作者簡(jiǎn)介:韋樂香(1988—),碩士,工程師,主要從事高速公路智慧交通咨詢?cè)O(shè)計(jì)工作。
文章以沙吳高速公路智慧高速專項(xiàng)的設(shè)計(jì)方案為依托,對(duì)沙吳高速公路基本特征、項(xiàng)目定位和技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)剖析,分析智慧高速的設(shè)計(jì)理念和思路,探索傳統(tǒng)高速公路機(jī)電工程轉(zhuǎn)型路徑,總結(jié)智慧高速公路的建設(shè)成果和經(jīng)驗(yàn),為后續(xù)智慧高速公路建設(shè)提供參考。
智慧高速;數(shù)字化;車路協(xié)同
U495A602093
0?引言
近年來,國(guó)家先后出臺(tái)《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》《數(shù)字交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》等一系列文件,從國(guó)家戰(zhàn)略層面統(tǒng)籌推進(jìn)交通強(qiáng)國(guó)建設(shè),促進(jìn)先進(jìn)信息技術(shù)與交通運(yùn)輸深度融合,為交通信息化向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展提供支撐,明確智慧高速公路的建設(shè)方向[1]。
根據(jù)交通運(yùn)輸部關(guān)于廣西的交通強(qiáng)國(guó)批復(fù)文件精神“依托南寧沙井至吳圩公路,積極開展車路協(xié)同及自動(dòng)駕駛技術(shù)應(yīng)用,構(gòu)建云控平臺(tái)及交通控制平臺(tái),推動(dòng)建成智慧高速路段,實(shí)現(xiàn)在途傳統(tǒng)車輛及網(wǎng)聯(lián)車輛動(dòng)態(tài)管理與調(diào)度”[2],南寧沙井至吳圩公路(以下簡(jiǎn)稱“沙吳路”)將建設(shè)智慧高速公路專項(xiàng)工程。本文以沙吳路智慧高速公路專項(xiàng)的設(shè)計(jì)方案為依托,對(duì)沙吳路基本特征、項(xiàng)目定位和技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)剖析,分析智慧高速公路的設(shè)計(jì)理念和思路,探索傳統(tǒng)高速公路機(jī)電工程轉(zhuǎn)型路徑,總結(jié)智慧高速公路的建設(shè)成果和經(jīng)驗(yàn),為進(jìn)一步推動(dòng)廣西區(qū)內(nèi)傳統(tǒng)高速公路更新?lián)Q代和智慧高速公路的新型基礎(chǔ)設(shè)施快速發(fā)展提供參考。
1?工程概況
沙吳路是G72泉南高速公路支線G7211南友高速公路和《廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃(2018—2030年)》中“縱6線”全州(黃沙河)至友誼關(guān)高速公路的重要補(bǔ)充通道,是西部陸海新通道的重要組成部分。沙吳路主線設(shè)計(jì)全長(zhǎng)為28.5 km,其中主線起點(diǎn)沙井至那洋互通長(zhǎng)21.0 km,設(shè)計(jì)速度為120 km/h,雙向六車道,路基寬度為34 m;那洋互通至吳圩西互通段長(zhǎng)4.7 km,設(shè)計(jì)速度為120 km/h,雙向八車道,路基寬度為43 m;全線涉及3處互通式立交、1處收費(fèi)站、1處服務(wù)區(qū)、1處養(yǎng)護(hù)工區(qū)、1處監(jiān)控通信分中心(如圖1所示)。
2?項(xiàng)目定位和技術(shù)難點(diǎn)
2.1?項(xiàng)目定位
沙吳路智慧高速公路專項(xiàng)工程設(shè)計(jì)旨在以新發(fā)展理念,落實(shí)交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)、新基建、西部陸海新通道試點(diǎn)
示范工作,探索廣西高速公路高質(zhì)量發(fā)展道路,推進(jìn)高速公路產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。
2.2?技術(shù)難點(diǎn)
項(xiàng)目在智慧高速公路設(shè)計(jì)從“傳統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)”向“新基建”發(fā)展過程中,要提供全方位的監(jiān)管服務(wù)、高效的應(yīng)急響應(yīng)服務(wù)與實(shí)時(shí)的出行服務(wù),必須解決如下技術(shù)難點(diǎn):
(1)增強(qiáng)路況感知范圍和深度,提高智能化自動(dòng)識(shí)別和分析能力。
(2)提供車路協(xié)同系統(tǒng)場(chǎng)景應(yīng)用必要的基礎(chǔ)條件。
(3)完善基礎(chǔ)數(shù)據(jù)架構(gòu),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通、共享、融合。
(4)解決高速公路運(yùn)營(yíng)管理業(yè)務(wù)分散,難以協(xié)同統(tǒng)一的問題。
(5)實(shí)現(xiàn)“一張圖”可視化管理,提升運(yùn)營(yíng)管理和決策科技水平。
(6)提升高速公路安全保障能力和綜合運(yùn)行效率。
3?項(xiàng)目設(shè)計(jì)要點(diǎn)
3.1?設(shè)計(jì)理念
作為交通運(yùn)輸部交通強(qiáng)國(guó)試點(diǎn)工程,該項(xiàng)目智慧高速公路設(shè)計(jì)堅(jiān)持“目標(biāo)導(dǎo)向、模塊推進(jìn)、示范引領(lǐng)”的總體理念,依托北斗、物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等系列技術(shù)的集成應(yīng)用,服務(wù)于高速公路的建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營(yíng)、管理等業(yè)務(wù),探索具有廣西特色的智慧公路建設(shè)與運(yùn)營(yíng)管理新
模式,精準(zhǔn)對(duì)接“一帶一路”、西部陸海新通道等國(guó)家重大戰(zhàn)略,立足廣西、服務(wù)全國(guó)、面向東盟,推動(dòng)形成中國(guó)—東盟互聯(lián)互通的新型數(shù)字交通模式。
3.2?設(shè)計(jì)思路
項(xiàng)目以北斗衛(wèi)星在交通的應(yīng)用為主線,設(shè)計(jì)北斗高精度地基增強(qiáng)網(wǎng),構(gòu)建統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn),攻關(guān)道路高精度移動(dòng)測(cè)量設(shè)備的設(shè)計(jì)與集成、全周期空間數(shù)據(jù)采集、基于物聯(lián)感知大數(shù)據(jù)的路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)智能檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù),加強(qiáng)路網(wǎng)運(yùn)行的全面感知能力,提升基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、管理數(shù)字化水平[3],實(shí)現(xiàn)數(shù)字化精準(zhǔn)施工、基礎(chǔ)設(shè)施狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控、交通態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警等智慧應(yīng)用,形成基于新一代空間信息技術(shù),建設(shè)一套融合ETC和C-V2X的車路協(xié)同,具有廣西特色的智慧公路技術(shù)體系。具體思路如下:
(1) 應(yīng)用基于新一代空間信息技術(shù),建立具有廣西特色的智慧公路技術(shù)體系。
(2)以需求為導(dǎo)向,采用統(tǒng)籌數(shù)字化應(yīng)用與傳統(tǒng)交通工程的設(shè)計(jì)模式,整合智慧高速公路與傳統(tǒng)機(jī)電,形成廣西特色智慧高速公路。
(3) 以時(shí)空基準(zhǔn)統(tǒng)領(lǐng)多維感知體系的感知網(wǎng)絡(luò),融匯互通感知網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)全域交通狀態(tài)的數(shù)字化轉(zhuǎn)換。
(4)構(gòu)建面向多元的車路協(xié)同網(wǎng)絡(luò)體系,豐富系統(tǒng)場(chǎng)景應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)智慧出行服務(wù)全覆蓋。
[=XJT(]南寧沙井至吳圩公路智慧高速專項(xiàng)工程設(shè)計(jì)分析/韋樂香
3.3?項(xiàng)目建設(shè)方案
與常規(guī)的高速公路不同,沙吳路智慧高速公路專項(xiàng)工程采用了前瞻性設(shè)計(jì)理念,融合多維度交通運(yùn)行數(shù)字化感知、北斗高精度定位、車路協(xié)同云管控、全生命周期高精度多模態(tài)空間數(shù)據(jù)工程等技術(shù)方案,創(chuàng)新試點(diǎn)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,建立車路協(xié)同示范應(yīng)用等一系列創(chuàng)新設(shè)計(jì)場(chǎng)景,打造廣西第一條支持基于車路協(xié)同智能駕駛的智慧高速公路。如圖2所示。
3.3.1?多維度交通運(yùn)行數(shù)字化感知設(shè)施
為解決傳統(tǒng)高速公路外場(chǎng)設(shè)備感知內(nèi)容有限、智能化程度不高、無法形成整體感知體系的問題,該項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用多維度交通運(yùn)行數(shù)字化感知手段,結(jié)合線路及各構(gòu)造物的情況,精細(xì)化進(jìn)行選點(diǎn),在全路段范圍內(nèi)設(shè)置高清視頻攝像機(jī)、毫米波雷達(dá)、微氣象站等各類感知設(shè)施,建立多維度交通運(yùn)行數(shù)字化感知體系,包括全域車輛軌跡感知網(wǎng)絡(luò)、車輛運(yùn)行環(huán)境感知網(wǎng)絡(luò)、氣息環(huán)境感知網(wǎng)絡(luò)及邊坡穩(wěn)定性感知網(wǎng)絡(luò)等。
3.3.2?北斗高精度增強(qiáng)網(wǎng)工程
依據(jù)沙吳路工程測(cè)量、基建施工、構(gòu)造物狀態(tài)感知以及車路協(xié)同等業(yè)務(wù)對(duì)北斗高精度信號(hào)的需求,項(xiàng)目通過建設(shè)北斗高精度增強(qiáng)網(wǎng)工程,主要包括一套覆蓋全路段的衛(wèi)星導(dǎo)航連續(xù)運(yùn)營(yíng)基準(zhǔn)站(CORS)網(wǎng)絡(luò)以及區(qū)域高精度數(shù)據(jù)解算、處理和播發(fā)服務(wù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)北斗高精度定位信號(hào)的無縫覆蓋,滿足系統(tǒng)高穩(wěn)定、高可靠、高連續(xù)、可擴(kuò)展的業(yè)務(wù)化運(yùn)行,為各類業(yè)務(wù)提供實(shí)時(shí)可靠的高精度定位服務(wù)。
3.3.3?車路協(xié)同系統(tǒng)
項(xiàng)目圍繞車路協(xié)同的設(shè)計(jì)思路,充分融合C-V2X通信技術(shù)、邊緣計(jì)算、云控平臺(tái)和多維度感知等技術(shù),探索構(gòu)建一套支撐車路協(xié)同應(yīng)用以及無人駕駛的基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境,實(shí)現(xiàn)路端感知和智能網(wǎng)聯(lián)車輛信息的互聯(lián)互通,滿足網(wǎng)聯(lián)安全預(yù)警、高速路網(wǎng)管理、交通信息發(fā)布等車路協(xié)同業(yè)務(wù)需求。
同時(shí),項(xiàng)目在采用C-V2X方案的基礎(chǔ)上,積極探索采用ETC平臺(tái)搭建車路協(xié)同應(yīng)用的可行性。設(shè)計(jì)在車路協(xié)同方案中選取基于“ETC+C-V2X”的車路協(xié)同技術(shù)路線,意在探索兩種技術(shù)路線并存的可行性,并最大限度挖掘現(xiàn)有資源利用空間。通過整合高速公路收費(fèi)、監(jiān)控、養(yǎng)護(hù)、出行服務(wù)等多系統(tǒng)資源,實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸,形成可服務(wù)用戶的有效信息,遵循“充分利用現(xiàn)有ETC門架、與智慧高速路側(cè)感知設(shè)備共用、關(guān)鍵點(diǎn)位部署路側(cè)通信設(shè)備”的原則,通過ETC天線為現(xiàn)有存量ETC用戶及智能OBU用戶提供限速提醒、擁堵提醒、氣象預(yù)警、道路危險(xiǎn)狀況信息服務(wù)。
3.3.4?全生命周期高精度多模態(tài)空間數(shù)據(jù)工程
基于智慧高速公路在數(shù)字化施工、車路協(xié)同、智能養(yǎng)護(hù)作業(yè)以及公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化等業(yè)務(wù)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的需求,項(xiàng)目設(shè)計(jì)綜合天地一體化遙感、北斗、GIS與BIM等技術(shù),通過開展沙吳路多源空間數(shù)據(jù)的獲取與處理,形成高精度、多模態(tài)空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),提供在線與離線數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品定制等形式的空間數(shù)據(jù)服務(wù),為智慧高速公路的施工、運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)以及車路協(xié)同等新業(yè)態(tài)提供全生命周期的高精度、多模態(tài)空間數(shù)據(jù)服務(wù)支撐。
3.3.5?云管控平臺(tái)
云管控平臺(tái)是智慧高速公路的大腦,是系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)下行和數(shù)據(jù)安全的關(guān)鍵所在。具體建設(shè)內(nèi)容包括云基礎(chǔ)設(shè)施、交通大數(shù)據(jù)中心、智慧交通云管控支撐中臺(tái)(包括AI中臺(tái)和業(yè)務(wù)中臺(tái))和智慧應(yīng)用(包括運(yùn)營(yíng)管理現(xiàn)代化展示、收費(fèi)機(jī)電管理、道路資產(chǎn)養(yǎng)護(hù)管理、應(yīng)急服務(wù)管理和智慧服務(wù)區(qū)管理等智慧應(yīng)用系統(tǒng)),實(shí)現(xiàn)對(duì)道路全域的各類多源數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)管理、數(shù)據(jù)處理和精準(zhǔn)發(fā)布,以及對(duì)所有在途智能網(wǎng)聯(lián)車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)追蹤與檢測(cè),并通過對(duì)車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況進(jìn)行分析,形成動(dòng)態(tài)調(diào)整實(shí)時(shí)管控機(jī)制。如圖3所示。
3.3.6?主動(dòng)安全管控系統(tǒng)
為提升高速公路安全保障能力和綜合運(yùn)行效率,打造完善可靠、反應(yīng)快速的交通安全體系,將主動(dòng)安全設(shè)計(jì)理念融入各個(gè)環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)根據(jù)該項(xiàng)目特殊路段、構(gòu)造物及運(yùn)營(yíng)管控需求等特點(diǎn),采取在互通匝道分合流區(qū)域設(shè)計(jì)匝道智能管控系統(tǒng),在項(xiàng)目團(tuán)霧多發(fā)路段設(shè)置霧區(qū)誘導(dǎo)系統(tǒng),在全路段設(shè)置車道級(jí)的主動(dòng)管控系統(tǒng)等諸多措施,形成系統(tǒng)性的主動(dòng)安全管控系統(tǒng)。
4?項(xiàng)目實(shí)施效果
4.1?實(shí)現(xiàn)道路及環(huán)境狀態(tài)的全方位實(shí)時(shí)感知
通過主動(dòng)采集路段的車輛軌跡信息及相關(guān)環(huán)境信息,并對(duì)車輛行駛狀態(tài)和交通態(tài)勢(shì)進(jìn)行研判,增強(qiáng)路況感知范圍和深度,提高智能化自動(dòng)識(shí)別和分析能力,構(gòu)建了全方位的信息采集系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)道路及環(huán)境狀態(tài)的全方位實(shí)時(shí)感知。
4.2?實(shí)現(xiàn)北斗技術(shù)在交通領(lǐng)域的深化應(yīng)用
通過建設(shè)北斗高精度地基增強(qiáng)網(wǎng)系統(tǒng),不僅為智慧高速公路的施工、運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)以及車路協(xié)同等提供全生命周期的高精度、多模態(tài)空間數(shù)據(jù)服務(wù)支撐和具體應(yīng)用,重要的是為智慧高速公路數(shù)據(jù)處理和數(shù)字化發(fā)展提供了宏大的、可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)框架。
4.3?構(gòu)建全生命周期高精度多模態(tài)空間數(shù)據(jù),建立智慧高速公路“大腦”——云管控平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了綜合系統(tǒng)應(yīng)用的一張圖管理
項(xiàng)目設(shè)計(jì)以北斗高精度地基增強(qiáng)網(wǎng)系統(tǒng)為支撐,通過多元方式進(jìn)行高精度、多模態(tài)的空間數(shù)據(jù)采集,構(gòu)建多模態(tài)空間數(shù)據(jù)管理服務(wù)基礎(chǔ),完善基礎(chǔ)數(shù)據(jù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通、共享、融合,為智慧高速公路的施工、運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)以及車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛等新業(yè)態(tài)提供全生命周期的高精度、多模態(tài)空間數(shù)據(jù)服務(wù)支撐。
同時(shí),為解決高速公路運(yùn)營(yíng)管理業(yè)務(wù)分散難以協(xié)同統(tǒng)一的問題,項(xiàng)目采用新舊融合的設(shè)計(jì)理念,建設(shè)云管控平臺(tái)(即一體化南寧區(qū)域中心、交投集團(tuán)六律中心),突破傳統(tǒng)平臺(tái)的割裂設(shè)計(jì),通過多源數(shù)據(jù)的融合,構(gòu)建基于云計(jì)算技術(shù)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)體系,建立高效的應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)綜合系統(tǒng)應(yīng)用的平臺(tái)管理,成為集監(jiān)測(cè)管控、應(yīng)急調(diào)度、出行服務(wù)、運(yùn)營(yíng)管理、智能養(yǎng)護(hù)、智慧運(yùn)維于一體的智慧高速公路“大腦”,并構(gòu)建交通仿真的數(shù)字孿生可視化與交互系統(tǒng)“一張圖”,提升運(yùn)營(yíng)管理和決策科技水平,在數(shù)據(jù)融合與賦能高速公路方面作出了有益嘗試,為后續(xù)既有高速公路升級(jí)智慧高速公路建設(shè)提供可借鑒經(jīng)驗(yàn)。見圖4。
4.4?提升高速公路安全保障能力,提供安全通暢行駛環(huán)境
項(xiàng)目打造了完善的主動(dòng)安全管控系統(tǒng),具有強(qiáng)大的綜合車輛管控能力,實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛速度進(jìn)行協(xié)調(diào)控制、對(duì)車道進(jìn)行安全管理以及對(duì)交通流進(jìn)行宏觀管理,有效降低交通態(tài)勢(shì)風(fēng)險(xiǎn),提高行駛舒適性、安全性和效率,為交通參與者提供安全的出行環(huán)境,保障司乘人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。
5?結(jié)語
沙吳路項(xiàng)目采用前瞻性設(shè)計(jì)理念,融合多維度交通運(yùn)行數(shù)字化感知、北斗高精度定位、車路協(xié)同云管控、全生命周期高精度多模態(tài)空間數(shù)據(jù)工程等技術(shù)方案,創(chuàng)新試點(diǎn)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,建立車路協(xié)同示范應(yīng)用等一系列創(chuàng)新場(chǎng)景設(shè)計(jì),打造全天候安全保障、全方位出行服務(wù)體系,構(gòu)建智慧高速公路示范工程,形成數(shù)字交通設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn),對(duì)加快發(fā)展廣西智慧交通起到示范和推動(dòng)作用。
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