江子立

(福建高速福泉高速公路有限公司,福建 福州 350000)

0 引 言

21世紀(jì)隨著人類社會(huì)的進(jìn)步,網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化、信息化、自動(dòng)化的不斷創(chuàng)新和發(fā)展,推動(dòng)了智能交通的出現(xiàn)。當(dāng)前,我國(guó)正處于新型城鎮(zhèn)化和綠色生態(tài)城市快速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。隨著信息技術(shù)的巨大發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,出現(xiàn)了感知城市、數(shù)字城市、無(wú)線城市、智能交通等一系列先進(jìn)的城市形態(tài),智能交通不同于傳統(tǒng)的交通方式[1]。智能交通突出的是物與物、人與物、人與人之間的互動(dòng)。同時(shí)也體現(xiàn)了人與物的智慧的完美結(jié)合。它的本質(zhì)是利用先進(jìn)的信息和通信技術(shù),對(duì)城市公路各部分的運(yùn)行信息和關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行感知、收集、處理和分析,使系統(tǒng)更智能、更高效、更符合居民生活的各種需求。而高速公路系統(tǒng)是城市與周邊聯(lián)通的重要組成部分。據(jù)官方統(tǒng)計(jì),近10年來(lái),中國(guó)城鎮(zhèn)化水平從2000年的36%上升到2010年的49.68%,中國(guó)城鎮(zhèn)化率穩(wěn)步上升至57.35%[2]。隨著城市化進(jìn)程的加快,普通的交通系統(tǒng)已無(wú)法承載快速的人口增長(zhǎng),因此,解決高速公路擁堵、高速公路安全、高速公路噪音、高速公路環(huán)境等一系列高速公路問(wèn)題迫在眉睫。高速公路智慧出行是全面深化交通運(yùn)輸改革的重要途徑。同時(shí),這也是解決現(xiàn)有高速公路問(wèn)題的一個(gè)突破。

隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的不斷改進(jìn),人們正在開(kāi)發(fā)和測(cè)試新的交通工具,以提高機(jī)動(dòng)性和安全性。其中包括安全駕駛輔助系統(tǒng)、先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備、存儲(chǔ)、處理和分析來(lái)自多個(gè)來(lái)源的數(shù)據(jù)的新方法,以及車輛通信和自動(dòng)化系統(tǒng)。智慧出行指的是所有類型的車輛與其他車輛、道路基礎(chǔ)設(shè)施以及其他非機(jī)動(dòng)車道路用戶進(jìn)行無(wú)線通信的能力,以支持一系列的安全性、移動(dòng)性、公共和私營(yíng)部門感興趣的環(huán)境應(yīng)用。智慧出行可能會(huì)給由交通信號(hào)控制的城市網(wǎng)絡(luò)的交通性能帶來(lái)顯著的額外好處。每輛車的位置、速度、方向等信息都是實(shí)時(shí)的,這意味著每輛車都是傳感器,可以提供車輛軌跡層面上的連續(xù)交通需求信息。此外,通過(guò)車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信,車輛可以獲得交通信號(hào)相位和時(shí)間的信息,從而為控制策略提供了機(jī)會(huì),使車輛能夠在最短的延誤下安全通過(guò)交叉口,同時(shí)也能最大限度地減少燃油消耗。

1 智能交通的發(fā)展現(xiàn)狀

十九大報(bào)告提出了建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)的宏偉目標(biāo),要求我國(guó)必須加快交通系統(tǒng)信息化、智能化的速度,加快交通公路智慧化的建設(shè)[3]。與此同時(shí),中國(guó)在交通和基礎(chǔ)設(shè)施方面投入了大量資金。據(jù)中國(guó)高速公路協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),2016年,中國(guó)完成公路建設(shè)投資17 976億元。其中,完成公路建設(shè)投資82 350億元,我國(guó)新公路智能系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1 730億元,比5年前規(guī)模幾乎翻了一番[4]。目前,高速鐵路、高速公路、城市公路里程分別為2.5萬(wàn)公里、13萬(wàn)公里和400萬(wàn)公里,居世界第一[5]。中國(guó)在交通基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域具有天然的、絕對(duì)領(lǐng)先的基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)。目前,除了推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),還在推出交通系統(tǒng)各個(gè)行業(yè)發(fā)展智能交通的詳細(xì)規(guī)劃。

城市中心人口的增長(zhǎng)、對(duì)能源效率的需求增加、城際投資競(jìng)爭(zhēng)以及來(lái)自人們的其他需求使城市系統(tǒng)更加緊張。人口增長(zhǎng)與城市發(fā)展之間的矛盾日益突出。為了平衡人口和城市發(fā)展的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展,建設(shè)更智慧化更高效率的高速公路是當(dāng)務(wù)之急。構(gòu)建高速公路智慧化的三大驅(qū)動(dòng)力,首先是以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等快速發(fā)展為代表的新一代先進(jìn)信息技術(shù)。此外,模式創(chuàng)新的趨勢(shì)和居民的生活趨向于高效率。此外,國(guó)家政策引導(dǎo),鼓勵(lì)創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)升級(jí)。這三大驅(qū)動(dòng)力從技術(shù)、社會(huì)和政策的角度引導(dǎo)社會(huì)自發(fā)向智慧化發(fā)展。建設(shè)智能交通是一種有效的實(shí)踐形式。以互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)業(yè)智能化、產(chǎn)業(yè)融合為代表;以人工智能、清潔能源、無(wú)人控制技術(shù)、量子信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、生物技術(shù)為基礎(chǔ)的全新技術(shù)革命被視為第四產(chǎn)業(yè)。在這一過(guò)程中,各國(guó)都抓住了產(chǎn)業(yè)的高度。建設(shè)智能交通是這一過(guò)程的重要部分。它不僅是創(chuàng)新思想的大門,而且是科學(xué)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的催化劑。如果中國(guó)想在第四次工業(yè)革命的浪潮中走得更遠(yuǎn),就必須加快智能交通等重大智能系統(tǒng)的建設(shè)。

2 高速公路智慧出行服務(wù)的研究規(guī)劃

智慧出行是智能交通的重要組成。交通是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的核心。其發(fā)展和創(chuàng)新的重要性不言而喻。交通對(duì)城市的重要性就等于血管對(duì)人的重要性。它擔(dān)負(fù)著共享人流、傳遞信息、減輕交通壓力和保護(hù)環(huán)境的作用。

2.1 構(gòu)建高速公路智慧出行服務(wù)網(wǎng)絡(luò)

將城市交通網(wǎng)絡(luò)與高速公路的感知采集設(shè)備相結(jié)合,還將應(yīng)用移動(dòng)通信、傳感器和云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù),創(chuàng)建智慧出行交通服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)了路與車、車與車實(shí)時(shí)互聯(lián),充分保障交通安全。智能監(jiān)控系統(tǒng)、智能流量觀測(cè)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)路況信息系統(tǒng)等智能設(shè)備的應(yīng)用可以大大提高交通運(yùn)輸效率。設(shè)備技術(shù)的高低決定著智慧服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的整體效率。受限于年代,部分感知設(shè)備的年代較早,受當(dāng)時(shí)技術(shù)限制,存在精度質(zhì)量參差不齊、功能不全、響應(yīng)不及時(shí)等問(wèn)題。雖然高速公路智慧化的建設(shè)已經(jīng)取得了初步的成功,但高速公路智慧出行技術(shù)仍有巨大的發(fā)展?jié)摿?。在解決了當(dāng)前的困難后,其發(fā)展速度和給社會(huì)帶來(lái)的巨大成果是不可想象的。

2.2 構(gòu)建高速公路智能化的應(yīng)急調(diào)度和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防系統(tǒng)

利用智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀察交通狀況,預(yù)測(cè)可能發(fā)生的交通事故。然后利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)及時(shí)反饋到現(xiàn)場(chǎng)的交通人員,讓他們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)指揮,從而避免交通事故。如果不能防止事故的發(fā)生,就要及時(shí)做出有效的應(yīng)急決策,指揮調(diào)度,迅速恢復(fù)交通,避免造成重大損失。同時(shí)鼓勵(lì)應(yīng)用公路智能養(yǎng)護(hù)設(shè)備,提高在役交通基礎(chǔ)設(shè)施檢查、檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警以及養(yǎng)護(hù)決策、作業(yè)的快速化、自動(dòng)化、智能化水平,提升重點(diǎn)設(shè)施自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控能力。將高速公路智慧出行從城市基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)展到其他領(lǐng)域,城市基礎(chǔ)交通作為高速公路智慧出行建設(shè)的基礎(chǔ),并擴(kuò)展到其他領(lǐng)域。例如,城市物流港口、軌道交通、航空和空中交通管制也被納入高速公路智慧出行建設(shè)。打造物流港區(qū)物流信息監(jiān)控系統(tǒng)和公共物流服務(wù)平臺(tái)。建立軌道交通綜合管理體系。與地面服務(wù)和機(jī)場(chǎng)信息集成的建筑服務(wù)系統(tǒng)和航空空對(duì)空綜合系統(tǒng)?；A(chǔ)交通運(yùn)輸與物流港口、軌道交通、航空的有機(jī)結(jié)合,將有助于完善高速公路智慧出行建設(shè),提高高速公路智慧出行的質(zhì)量。

2.3 建設(shè)多功能更智慧化的新型高速服務(wù)區(qū)

高速公路服務(wù)區(qū)是隨著高速公路里程的延伸而產(chǎn)生的配套服務(wù)設(shè)施,它在提升高速公路司機(jī)及乘客出行體驗(yàn)感方面有著舉足輕重的作用。傳統(tǒng)服務(wù)區(qū)僅定位為出行公眾中途休息、車輛能源補(bǔ)給的基礎(chǔ)性出行服務(wù)場(chǎng)所,隨著智能交通時(shí)代的到來(lái)及新技術(shù)的疊加應(yīng)用,服務(wù)區(qū)將轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域服務(wù)會(huì)客廳、創(chuàng)新交通科技集成應(yīng)用載體、產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)策源地,開(kāi)展智能停車引導(dǎo)、結(jié)合服務(wù)車輛類型特征及時(shí)空規(guī)律分析的個(gè)性化服務(wù)、公眾畫像、實(shí)時(shí)旅游信息指引等創(chuàng)新應(yīng)用,引領(lǐng)出行體驗(yàn)升級(jí)、關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。

3 高速公路某收費(fèi)站智慧出行技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1 工程概況

試點(diǎn)項(xiàng)目的收費(fèi)站位于福建省的交通樞紐地帶,收費(fèi)站建設(shè)之前沒(méi)有考慮到后期車流量會(huì)急劇增大,選址的收費(fèi)站中心位置距離匝道口太近且出入口匝道又彎又長(zhǎng),近幾年車流量上升之后,這個(gè)收費(fèi)站在出行高峰時(shí)段經(jīng)常發(fā)生擁堵情況,特別是入口匝道方向甚至?xí)碌绞袇^(qū)馬路上。

該方案通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、視頻監(jiān)控等技術(shù),實(shí)現(xiàn)包括“車輛逆行檢測(cè)、 停車占道檢測(cè)、 行人檢測(cè)、非機(jī)動(dòng)車檢測(cè)、壓黃線行駛檢測(cè)、拋灑物檢測(cè)、火災(zāi)檢測(cè)、團(tuán)霧檢測(cè)等功能。具體方案是通過(guò)出入口各在高點(diǎn)安裝兩個(gè)高清攝像頭錯(cuò)開(kāi)角度實(shí)現(xiàn)距離收費(fèi)站100 m范圍內(nèi)的全覆蓋,攝像機(jī)的實(shí)時(shí)圖像傳到收費(fèi)站的視頻服務(wù)器或硬盤錄像機(jī),乙方科技公司的算法服務(wù)器從收費(fèi)站舊服務(wù)器提取實(shí)時(shí)視頻后通過(guò)事件檢測(cè)的AI算法,判斷是否圖像中有異常事件發(fā)生,如有異常事件實(shí)時(shí)通過(guò)WEB端提醒收費(fèi)監(jiān)控室,監(jiān)控員查看報(bào)警畫面后可以用在攝像機(jī)周邊安裝的喊話器發(fā)出警告也可以通知在收費(fèi)廣場(chǎng)的機(jī)動(dòng)人員進(jìn)行人工干預(yù)和預(yù)防,甚至可以將收費(fèi)站實(shí)時(shí)情況共享到手機(jī)導(dǎo)航APP,通過(guò)提前軟件預(yù)警來(lái)避免擁堵目前世界智能交通已經(jīng)發(fā)展到第三階段,以美國(guó)、歐洲、新加坡、日本、韓國(guó)為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家及地區(qū)借助新技術(shù)、新理念不斷拓展智慧交通新領(lǐng)域:美國(guó)力求實(shí)現(xiàn)地面交通網(wǎng)絡(luò)的全面連通;歐洲也在努力創(chuàng)建一個(gè)可持續(xù)的交通系統(tǒng),同時(shí)注重環(huán)境保護(hù);韓國(guó)重點(diǎn)關(guān)注智能精細(xì)化管理服務(wù),日本力圖實(shí)現(xiàn)人車路協(xié)同的大規(guī)模應(yīng)用。中國(guó)在2019年將河北雄安新區(qū)、遼寧省、江蘇省、浙江省、山東省、河南省、湖北省、湖南省、廣西壯族自治區(qū)、重慶市、貴州省、新疆維吾爾自治區(qū)、深圳市等13個(gè)地區(qū)為第一批交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)試點(diǎn)。各地區(qū)的智慧交通試點(diǎn)因不同文化、不同地區(qū)、不同政策等原因而有所不同,但智慧出行服務(wù)大眾相信會(huì)是共同發(fā)展的一個(gè)重要方向。

3.2 技術(shù)挑戰(zhàn)

高速公路服務(wù)區(qū)是在高速公路上設(shè)置的,主要為車輛、司機(jī)和乘客提供服務(wù)場(chǎng)所和施工設(shè)施。高速公路服務(wù)區(qū)與互聯(lián)網(wǎng)融合。形成線上線下互動(dòng)、需求與資源匹配。智能高速公路服務(wù)區(qū)也是智能高速公路的重要組成部分。智能服務(wù)領(lǐng)域包括行業(yè)主管部門、公路運(yùn)營(yíng)商、旅游服務(wù)提供商、交通信息服務(wù)提供商和公眾。高速公路某收費(fèi)站智慧出行技術(shù)的應(yīng)用一直面臨著諸多障礙,其中只有一些是技術(shù)性障礙。部署成本、資金限制、責(zé)任擔(dān)憂、不確定需求、制度惰性和政治挑戰(zhàn)。在后面的章節(jié)中列出了以新興技術(shù)為重點(diǎn)的常見(jiàn)實(shí)現(xiàn)挑戰(zhàn)。

技術(shù)要求。在高速公路某收費(fèi)站智慧出行技術(shù)需要大量的基礎(chǔ)設(shè)施投資,包括在每個(gè)交叉口和車道上的傳感器,以及與交通管理中心的通信。交通信號(hào)控制器可能需要升級(jí)以支持自適應(yīng)信號(hào)控制功能。可能需要光纖通信或信號(hào)之間的其他互連,以支持動(dòng)脈走廊上的自適應(yīng)操作。閉路電視攝像機(jī)有助于定位和確認(rèn)事件,并在自適應(yīng)系統(tǒng)不正常運(yùn)行的情況下。動(dòng)態(tài)設(shè)施管理措施的實(shí)施需要在大約半英里的距離安裝高架車道控制標(biāo)志。動(dòng)態(tài)車道管理:對(duì)交叉口進(jìn)場(chǎng)的通行車道的允許利用進(jìn)行更改,以響應(yīng)實(shí)時(shí)交通狀況,并通過(guò)相關(guān)機(jī)制將更改通知接近交交叉口的司機(jī)。此外,還可以動(dòng)態(tài)地指定特殊行車車道(如連續(xù)或間歇公交車道)?；诠潭z測(cè)器和移動(dòng)源的數(shù)據(jù),向高速公路用戶提供實(shí)時(shí)信息。這可以包括旅行時(shí)間和顯示施工區(qū)域位置的地圖,與擁堵的聯(lián)系,以及撞車或其他事故的位置。擁堵的嚴(yán)重程度和延遲的長(zhǎng)度也可以提供。導(dǎo)航指導(dǎo)已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn),通常用戶可以比較可用的路線和運(yùn)輸方式。當(dāng)主路路上的條件由于擁塞、事件或其他情況而惡化,低于規(guī)定的閾值時(shí),還可以提供備用路線指導(dǎo)。信息可以為交通,自行車,步行模式以及駕駛。旅客可以使用他們的手機(jī)查找從他們當(dāng)前的位置或從一個(gè)預(yù)定的出發(fā)點(diǎn)到一個(gè)計(jì)劃的目的地的過(guò)境路線和時(shí)間表,并檢查過(guò)境車輛的到達(dá)時(shí)間。及時(shí)、可靠的多式聯(lián)運(yùn)出行信息的可用性可以作為一種交通需求管理策略,減少乘車輛的道路出行需求。

流量分析工具。交通機(jī)構(gòu)現(xiàn)有的交通分析工具是基于人類駕駛車輛的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)的。這些工具不太適合評(píng)估智慧出行技術(shù)的應(yīng)用,因?yàn)樗鼈儫o(wú)法整合車輛連通性和自動(dòng)化。嵌入在這些分析工具中的關(guān)系可能不再適用于連接的環(huán)境。在新工具問(wèn)世之前,各機(jī)構(gòu)需要對(duì)現(xiàn)有工具的應(yīng)用及其局限性進(jìn)行具體指導(dǎo)?，F(xiàn)有建模和仿真工具的一些關(guān)鍵缺點(diǎn)包括:由于智慧出行技術(shù)的局限性,很難評(píng)估各種聯(lián)網(wǎng)車輛場(chǎng)景下的預(yù)期效果(例如,設(shè)備故障、通信延遲問(wèn)題、典型負(fù)載和資源需求)。這使得在特定應(yīng)用中很難評(píng)估替代智慧出行技術(shù)的有效性。目前,根據(jù)通信設(shè)備的類型,假定延遲的參數(shù)是固定的。建模駕駛員行為的局限性:現(xiàn)有的仿真工具基于跟車、換道和排隊(duì)放行算法對(duì)駕駛員行為進(jìn)行建模。這些算法目前被設(shè)計(jì)用來(lái)模擬人類行為,并根據(jù)人類駕駛車輛的行駛軌跡進(jìn)行校準(zhǔn)。

4 應(yīng)用前景

建設(shè)智能交通是一項(xiàng)偉大的工程,而高速公路智慧出行系統(tǒng)則是其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)?？萍疾粩鄤?chuàng)新和發(fā)展,更智能更高效已成為大勢(shì)所趨。基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的真正高速公路智慧出行時(shí)代正在到來(lái),新基建下的高速公路建設(shè)也將使智慧出行的發(fā)展達(dá)到更高水平,為人類創(chuàng)造更美好的出行環(huán)境。