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《江苏省智慧高速公路建设技术指南》详解

智慧高速的六个组成部分

近年来国家高度重视智慧公路建设,相继出台了一系列政策文件,例如在2018年,交通运输部发布了《关于加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点的通知》,之后这两年陆续出台了相关文件,为指导和推进智慧公路的发展铺平了道路。

目前全国各地正在积极开展智慧公路的建设,根据不完全统计,已经完成或正在开展智慧公路的项目,涉及10余个省份,共40多个项目,重点包括基础设施数字化、路网监测预警、车路协同、准全天候通行、智慧服务区、智慧隧道等,这些都为智慧公路的建设积累了丰富经验,尤其是江苏这两年完成了沪宁高速,包括五峰山未来智慧高速等项目,为本次的《江苏省智慧高速公路建设技术指南》编制奠定了良好基础。

在第四届(2021)智慧高速产业发展论坛上,华设设计集团股份有限公司主任工程师丁闪闪发表了“江苏省智慧高速公路建设技术指南介绍”的主题演讲。

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以下为丁闪闪的演讲实录(赛文交通网整理,有删减): 

这次的汇报主要分为“智慧公路建设必要性”、“指南主要内容介绍”、“智慧公路相关建议”三个版块。 

一、智慧公路建设的必要性

首先简单介绍一下智慧公路建设的必要性,这部分主要是从外在需求和内在需求两个方面为大家做介绍。

外在需求方面,第一是经济的发展,基础设施是国民经济和社会发展的基石,加大基础设施投资建设力度是拉动经济发展的一个重要抓手,在当前传统基建投资效应递减、经济下行压力不断加大的特殊时期,我国率先提出加强新型基础设施建设。

新型基础设施分为三个部分:融合基础设施、信息基础设施、创新基础设施,智慧公路是融合基础设施的重要组成部分,这是整个经济发展趋势带来的影响。

第二是技术的发展。近年来,5G、大数据、人工智能、区块链、北斗等新一代信息技术正快速发展,每一项技术都有其突出的特点和优势,这些技术正在公路领域加深融合,也在倒逼公路领域转型升级。

内在需求方面,主要分为管理者和出行者需求。从管理者角度,建、管、养、运各阶段智慧管理模式有待进一步提升。

例如传统工程建设,最终交付的是纸质图纸,当资产管理以及养护运维用到时,往往查找困难甚至找不到;在路网监测,主要通过人工观测视频的方式,发现事件的及时性和准确性都有待进一步提升。 

通过智慧公路建设,我们提出全寿命周期高效管理,包括设计、建设阶段的数字化公路设计,管理阶段的全方位路网云控等,通过数字化、智慧化手段提升管理效能。

从出行者角度,主要体现在安全、效率、服务三方面。传统公路主要通过可变情报板、微博、微信、广播、门户网站来发布信息,信息覆盖范围、信息发布及时性等均有提升空间。通过智慧公路建设,我们提出全过程、个性化、伴随式服务,例如通过车路协同提供伴随式的服务,通过车道级管控,提供更加精细化的服务。 

二、指南主要内容介绍

接下来介绍指南主要内容,智慧高速指南与高速公路特点密切相关。我们从技术等级、行车速度、通行能力、服务水平、收费规则、使用年限等多个维度对高速公路特点做了梳理。在开展智慧高速建设时,需要着重关注这些特点,通过新技术融合解决实际存在的问题。

江苏省智慧高速指南是去年年底发布的,归口单位为江苏省交通运输厅,主编单位为省厅、控股公司、交建局、华设集团等。

本次指南总共分为10个部分,包括范围、规范性引用文件、术语和定义、总体思路,以及五部分重点建设内容,还有最后的附录。

本次指南范围适用于新建、改扩建智慧高速公路的建、养、管、运各阶段。规范性引用文件包括相关的国标、地标、行标、政策性文件共40余项。

我们在指南中结合智慧高速的建设范围、建设内容、以及预期效果创新性提出两阶段建设目标。

近期重点在交通流量大的主干通道、以及对区域经济发展起到关键支撑作用的核心路网开展试点示范,主要建设内容为全要素感知、全方位服务、全过程管控、全数字运营、车路协同等,主要达到的效果是:恶劣天气、复杂环境下的道路交通事故率下降20%以上,关键节点及路段的通行效率提升20%以上,实现公路建、管、养、运全生命周期数字化和智能化。

远期我们提出在全网范围内建设智慧公路,实现人-车-路智能网联和高效协同、全智能化业务管理、车辆编队以及L3级以上自动驾驶,同时在预期效果方面,基础设施的服役能力大幅提升,道路交通事故率下降90%以上,通行能力有效接近设计通行能力。

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在智慧高速建设原则方面,我们以管理者和出行者需求为导向,提出“系统性、实用性、安全性、先进性、经济性和可扩展性”6项基本原则。综合考虑了近两年我们在智慧公路规划设计、科研开发等过程中,得到的业主单位的相关诉求。

智慧高速总体框架由6部分组成,核心建设内容为全要素感知、全方位服务、全业务管理、支撑及保障、以及面向未来的车路协同和自动驾驶这5部分,除此之外我们提出了新技术为各项核心内容赋能。

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全要素感知

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分别介绍一下,第一项核心建设内容为全要素感知。

全要素感知包括公路主体及附属设施监测、交通运行状态监测、公路气象环境监测。

我们重点针对桥梁、隧道、道路,以及附属设施,提出相关要求。

1、桥梁健康监测

首先规定主要监测的指标项包括哪些,例如结构应力、变型、结构裂缝、环境腐蚀等,接下来针对每一个主要的指标项提出其需要满足的功能和性能要求,最后提出布设原则和布设位置。此外,本指南重点强调了新技术、新装备的应用,桥梁健康监测可以通过无人机、水下机器人、无人驾驶等无人巡查装备来实现对桥面裂缝、渗水,以及桥梁结构损伤的智能化采集。

2、隧道状态监测

我们提出主要监测指标项为能见度、一氧化碳浓度、风速风向、亮度、火灾、交通事件,以及结构安全等,这里想重点强调的是在隧道结构安全监测这方面,需要根据隧道的类型来确定,例如水下隧道和山体隧道,监测重点有所不同。

3、道路状态监测

这部分的主要监测指标项是路面动荷载、路面病害,以及路基异常。其中路基异常包含边坡坍塌、路基沉降等等,这部分我们提出对于路面的病害检测,可基于机器视觉技术,综合运用无人机、巡查车等装备来实现“快检+精检”。解决目前日常养护巡查主要依托人工方式,工作量大、容易漏检的问题。

4、交通工程及沿线设施状态监测

这部分主要监测对象为交通安全设施和机电设备的运行状态,其中在交通安全设施中,我们提出可基于物联网、机器视觉等技术来进行自动监测,例如在五峰山未来智慧高速中,我们用了基于物联网的监测方式,这些都是可以作为监测的新手段。

全要素感知的第二部分内容是交通运行状态监测。

1、交通参数监测,除了传统的监测项之外,本次重点提出需要支持按车道统计交通参数的信息。

2、全景视频监控,是在传统视频监控基础上,主要针对互通式立体交叉、枢纽、收费广场、服务区和停车区等关键节点进行设置,可以进行大范围的宏观监控,同时支持监测范围内的多目标跟踪,宜具备透雾功能,可以满足低能见度下的应用需求。

3、公路事件检测,除传统监测项外,重点提出抛洒物等的检测,抛洒物很容易引发交通事故,是目前高速公路上非常关注的一个问题。同时,我们提出“宜具有边缘计算能力”,支持快速发现交通事件。当服务于车路协同和自动驾驶时,事件检测宜定位至单个车道。

4、车辆运行监测,这部分主要针对车辆微观信息,包括车辆身份、实时定位、运行状态、行驶轨迹等,我们提出通过人工智能、图像识别、专用短程通信、北斗等技术来实现监测,同时对于一些重点车辆,例如两客一危车辆、公路巡检车辆、清扫车辆等,实现行驶轨迹连续监测。

全要素感知的第三部分内容是公路气象环境监测。

公路气象环境监测需注意与服务中的全天候通行应该是相关联的。在易发生团雾的路段宜布设能见度监测设备,在易发生结冰的路段宜布设路面温、湿度监测设备。 

全方位服务

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第二项核心建设内容为全方位服务,这部分我们主要针对驾乘人员的体验,分为车道级服务、全天候通行、自主流收费、出行信息发布以及智慧服务区五个方面。

1、车道级服务

车道级服务主要针对关键路段和节点,共有3种方案。

第一个是主线控制,目前在江苏、浙江省开展的智慧高速建设中,均有主线控制方案,主要结合交通拥堵、交通事故、气象环境、施工情况等,实现分车道的开启关闭、可变限速等功能。系统主要由采集设施、发布设施、违法记录设施、主线控制器以及中心控制系统组成,这部分主要在交通流量大,或者事故发生率高的路段进行布设。

第二个是匝道控制,主要根据交通拥堵、交通事故等来实现匝道的调节,提升路网整体通行效率,系统主要由采集设施、控制器、信号灯以及中心控制系统组成,我们提出支持定时匝道控制、动态匝道调节、单匝道控制以及多匝道控制等功能。

第三个是匝道分合流服务,主要设置在匝道分合流区域,分为道路轮廓强化模式和行车主动诱导模式,根据主辅道车辆运行情况,对车辆进行预警。

2、全天候通行

全天候通行这块,我们重点针对恶劣天气下的安全保障,主要包含雾天行车诱导和智能消冰除雪两方面内容。

3、自由流收费

自由流收费可以通过ETC、电子车牌、机器视觉、北斗高精度定位等多种技术来实现,目前我们国家主要采用ETC技术。

4、出行信息发布

这部分主要为在途信息发布,包括智慧情报板、互联网信息发布等。智慧情报板部分,我们提出重点结合主线控制、匝道控制等进行联动发布,新设备要支持国产密码的加密标准等。互联网信息发布,主要手段包括信息查询终端、微信短信服务平台、互联网平台、第三方导航软件,这部分可以考虑通过公众普遍使用的第三方导航软件共享信息,提升公众的受众面。

5、智慧服务区

智慧服务区的主要内容包含智慧停车、集约型灯杆、智慧餐厅、智慧厕所、新能源充电、综合信息发布、综管平台等,可以根据服务区的规模、客流量进行选配,每一项内容的具体技术要求也在指南中做了界定。 

全业务管理

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第三项核心建设内容为面向管理人员的全业务管理,主要由7部分内容组成,包括建设管理、运行监测、应急指挥、养护管理、收费管理及决策支持,最终基于同一平台实现可视、可测、可控、可服务。

建设管理方面,主要包含七大功能:人员、设备、物料、质量、环境、安全及进度管理。对每部分也提出了新技术在其中的应用。

运行监测方面,提出基于三维GIS、BIM、倾斜摄影、高精度地图等技术实现重点路段的三维建模,综合展示监测信息。

应急指挥方面,主要围绕应急全流程,包括从事件发现、事件处置、预案生成、指挥调度、联动处置、流程记录、处置评价等,提出具体要求。

养护管理方面,我们聚焦于两个点,第一点是养护事件的快速获取,可以基于物联网的传感器检测车、移动装备、无人机等快速获取外场的一些技术状况;第二点是日常养护作业功能,主要提出养护自动化作业、养护过程中的异常预警功能。

收费管理方面,重点是结合自由流收费提出相关要求,同时我们提出,宜探索基于区块链分布式账本这样的新技术,来实现更加安全、开放、灵活的结算账务处理能力。

决策支持方面,主要是两个部分,第一个是统计分析,对关键指标进行综合展示,宜实现智能抽取和综合分析;第二个是围绕几项主要业务,应具有决策支持功能,尤其在运行监测决策这部分提出来基于数字孪生、虚拟仿真等技术,来实现精准映射和动态推演。

云控平台就是对以上功能的集成,同时云控平台可以实现所有数据上云,以及路段及路网级的协同管控,同时基于云控平台来实现跨路网、跨行业管控。 

车路协同与自动驾驶

关于面向未来的车路协同和自动驾驶,共提出3大类11个场景,这里面就是我们对它的安全、效率、服务需要各自满足的场景,这里面虽然11个场景不是很多,但是里面某个场景可能又包含多个细分子场景。自动驾驶是更远一步的发展目标,对它的相关要求也提出一定的界定。 

支撑及保障

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最后是支撑保障部分,主要是从通信供电、数据服务与信息安全方面提出来的。

设施供电方面,包含DR直供、中压供电、交直流远供、新能源供电等,可以根据负荷特点和电源可介入条件来进行合理选择。这里我们强调一下,结合目前“碳中和”、“碳达峰”等要求,可充分利用高速公路沿线的设施来构建新能源微电网和控制系统来补充供电的方式。

融合通信方面,主要是围绕路-路、车-车、车-路、路-中心以及车-中心的通信展开。

数据中台方面,主要是围绕采集、处理、聚合、分析、可视化提出了相关功能要求。

服务中台主要是从基础设施和应用支撑系统两方面提出来的,基础设施是我们提出来宜采用云平台的管理,在应用支撑方面除了传统系统,还可以根据智慧高速的技术程度,应用包含人工智能算法的系统、物联网的系统、高精定位系统等等。

信息安全方面,主要从网络通信、数据资源、业务应用三个方面提出来的。

最后我们的附件也围绕总体框架中的技术,以及主要应用场景做了描述,为技术的应用做一个参考。 

三、智慧公路相关建议

最后做个简单的总结,结合我们这几年在智慧公路规划设计、科研开发中的相关经验,我们认为智慧公路建设需要处理好4个关系,第一个是要做好整体推进和重点突破之间的关系,这部分我们在目标中也做了界定,做好分期建设,每期建设重点有所不同,同时要根据公路特点来做重点场景的建设。

第二个是处理好管理实用和技术领先之间的关系,我们有很多前瞻性技术,部分技术在现阶段尚处于试点阶段,还不能大规模推广,因此要做好实用性和前瞻性的协同。

第三个是处理好成本投入和效益产出之间的关系,这部分体现在智慧高速建设中,主要是对不成熟的技术可以做好预留、预埋,如果要大规模一次性投入,可能成本还是比较高的。

第四个是处理好新建和已有系统之间的关系,特别是对高速公路智能化升级,一些已建的高速公路尤其需要注意这部分的协同关系。

谢谢大家。

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