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面向未來的智慧道路解決方案與實踐

發(fā)表時間:2020-07-20 08:47

“智慧道路”就是以信息化、智能化引領(lǐng)高速公路管理和運營服務(wù)水平提升,積極準進云計算、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)與道路管理、運營服務(wù)的深度融合,全面深化道路信息數(shù)據(jù)的共享利用,可靠的通信保障體系、實時的預(yù)報預(yù)體系。


“智慧道路”是智慧交通的特色場景之一,今天和大家分享的是《面向未來的智慧道路解決方案與實踐》,供大家學(xué)習(xí)參考。


一、

發(fā)展背景


(一) 作為道路信息化載體的桿件缺乏統(tǒng)一規(guī)劃,設(shè)備共用與數(shù)據(jù)整合不足,影響城市景觀。
政府部門職能分割導(dǎo)致道路兩側(cè)桿件林立,各類檢測設(shè)備重復(fù)占用空間資源,凌亂的布設(shè)影響城市景觀。各部門桿件信息無法整合,道路智能化功能單一,缺乏統(tǒng)一部署和有效融合。

(二) 人工道路巡查效率低,非現(xiàn)場執(zhí)法智能化監(jiān)管手段匱乏。
道路規(guī)劃、道路管養(yǎng)、運輸管理、交通執(zhí)法和安全應(yīng)急等道路責(zé)任單位,普遍存在人員編制不足,巡查力量薄弱,在道路監(jiān)管工作中,智慧監(jiān)管空白,存在管理短板。支撐非現(xiàn)場執(zhí)法的外場設(shè)備嚴重不足,智能化監(jiān)管手段匱乏,存在監(jiān)管難、取證難、執(zhí)法難的問題。

(三) 以機動車為主交通控制體系難以滿足高品質(zhì)慢行交通的要求。
交叉口信號控制大多以單點優(yōu)化為主,全局控制效率低,對行人優(yōu)先的策略不足。在路口處缺乏新型交通設(shè)施(地面紅綠燈、道釘?shù)龋槍π腥税踩奶嵝延写嵘?/span>

(四) 道路與車輛的智能化發(fā)展水平失衡,難以支撐車路協(xié)同交互。
車路協(xié)同、自動駕駛時代,交通信息的感知將由傳統(tǒng)的關(guān)注交通流信息的感知轉(zhuǎn)向面向基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)境感知、車輛行駛狀態(tài)的精細感知以及V2X的異構(gòu)互聯(lián)通信交互。純靠車輛本身的AI在短時間內(nèi)難以實現(xiàn)安全自動駕駛,需要道路智能化、精細化感知以支撐V2X應(yīng)用。

綜上所述,可感知、可運營、可管控、可服務(wù)是未來城市和交通發(fā)展的重要趨勢,如圖 1所示。以對城市交通的深入理解把握功能需求,結(jié)合新型傳感、車路協(xié)同、人工智能等技術(shù),構(gòu)建智慧道路系統(tǒng),是支撐建立面向未來城市交通整體解決方案的重要基礎(chǔ)。


圖 1 未來4C 城市


二、

智慧道路解決方案

(一) 智慧道路的定義及定位
智慧道路是借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù),構(gòu)建以數(shù)據(jù)為核心,以信息的收集、處理、分析和發(fā)布為主線,實現(xiàn)道路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、管理科學(xué)化、運行高效化和服務(wù)品質(zhì)化,從而解決交通問題、降低運行能耗、提升出行體驗的新型道路。

智慧道路的主要目標(biāo),就是要通過引入U型管廊和多功能智能桿,多功能路邊設(shè)備箱等設(shè)計理念,對城市道路相關(guān)的所有道路基礎(chǔ)設(shè)施和城市服務(wù)功能,進行統(tǒng)一規(guī)劃,統(tǒng)一建設(shè),統(tǒng)一運維,以及資源共享和信息融合,是支撐未來智慧城市、智能網(wǎng)聯(lián)汽車和車路協(xié)同發(fā)展的最重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施。

智慧道路系統(tǒng)是智能交通整體解決方案的數(shù)據(jù)源、承載體、應(yīng)用端,智慧道路系統(tǒng)在未來城市發(fā)展的定位如圖 2所示。


圖 2 智慧 道路的定位


(二) 深圳交通中心智慧道路解決方案
圖 3所示的深圳交通中心智慧道路系統(tǒng)建立以智慧燈桿為主要載體的全對象、全時空、全粒度的道路全息感知體系,實現(xiàn)人-車-路-云的全要素協(xié)同管控。

圖 3 交通中心智慧道路示意圖

1. 功能效果
(1)多桿合一:打造設(shè)施設(shè)備集約化管理,實現(xiàn)數(shù)據(jù)高度整合共享。
以路燈桿為核心載體,深度集成智慧道路所需的設(shè)備,預(yù)留未來車路協(xié)同場景下的新增設(shè)備的接口,實現(xiàn)多桿合一與數(shù)據(jù)整合,并針對各部門業(yè)務(wù)需求提供數(shù)據(jù)接入權(quán)限。

(2)全息感知:實現(xiàn)道路全時空范圍覆蓋,設(shè)備多功能高度復(fù)用。
采集車流數(shù)據(jù)、人流量、路面險情、交通事件、環(huán)境氣象等23種道路交通信息?;谌斯ぶ悄芩惴?,實現(xiàn)對視頻圖像的邊緣計算和云校核,極速精準識別道路異常事件,并實現(xiàn)自動預(yù)警與上報。

(3)泛在互聯(lián):支持基礎(chǔ)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)接入和車路協(xié)同交互。
全面支持接入LoRa、NB-IoT、LTE-V2X等通信協(xié)議或技術(shù),實現(xiàn)信息感知全面接入及車路短程通信,可為未來物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

(4)“云-邊-端”一體化協(xié)同:形成面向未來的智慧道路技術(shù)支撐體系。
基于業(yè)務(wù)需求與資源約束,構(gòu)建“云-邊-端”為一體的動態(tài)任務(wù)分配技術(shù),減輕云端壓力。

(5)慢行品質(zhì)提升:體現(xiàn)以人為本的全程服務(wù)理念。
沿線提供WiFi、城市廣播音樂、信息屏、智能照明等多元慢行服務(wù),為市民發(fā)布最近的公交到站信息、自行車道指引、施工占道提醒、周邊建筑樓宇、城市公園等信息服務(wù),提升行人慢行品質(zhì)。

2. 方案設(shè)計
構(gòu)建以智慧燈桿、智慧信控為核心產(chǎn)品,以智慧道路管理平臺為應(yīng)用界面的智慧道路系統(tǒng)。

1) 智慧燈桿
智慧路燈為硬件載體,掛載多元化智能路側(cè)設(shè)備,同時預(yù)留未來新增設(shè)備掛載的接口,實現(xiàn)對道路設(shè)備設(shè)施的集約化管理。智慧燈桿及其主要掛載設(shè)備如圖 4所示。

圖 4 智慧燈桿功能

(1) 高清攝像頭,同時基于標(biāo)準的前端硬件設(shè)備,結(jié)合視頻AI識別算法,實現(xiàn)實時監(jiān)控道路交通狀況,采集交通流數(shù)據(jù),如流量、速度、車輛類型等參數(shù);準確判別道路異常情況,包括路面險情、設(shè)施損毀、交通事件;實時交通違法監(jiān)控與治安監(jiān)控,為執(zhí)法、辦案提供取證依據(jù)。


(2) 信息交互LED屏,實現(xiàn)對路況、停車位、周邊樓宇/景點、行程時間、公交到站、道路施工、天氣、交通事故等多元信息的動態(tài)整合和智能化發(fā)布,在公交站臺附近可充當(dāng)臨時電子站牌。


(3) IP廣播,信息交互屏內(nèi)集成的廣播音響可以實現(xiàn)新聞、啟事、音樂、比賽賽況等不同內(nèi)容的對外音頻廣播。


(4) WiFi無線網(wǎng)絡(luò)及嗅探,為公眾提供道路沿線的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù),嗅探信號覆蓋范圍內(nèi)的移動終端,監(jiān)測人流量密度,實現(xiàn)人群聚集預(yù)警,輔助應(yīng)急處置。


(5) 物聯(lián)網(wǎng)中繼,支持沿線智能邊坡、智能井蓋、智能垃圾桶、路貼、隧道/橋梁傳感器等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)接入。


(6) LED智能照明燈,充分利用各時段人流量的情況實現(xiàn)分時段對路燈亮度自由調(diào)節(jié),功能更細化,支持遠程手動/自動、電力回路/有線網(wǎng)絡(luò)/NB-IoT等多種控制方式。


(7) SOS呼叫器,實現(xiàn)與指揮控制中心的語音通話,自動語音識別,迅速上報警情。


(8) 邊緣計算節(jié)點,搭載人工智能機器學(xué)習(xí)算法,支持前端視頻圖像“端到端”的深度學(xué)習(xí)算法與VA挖掘,滿足智慧城市管理要求。


2) 智慧信控
結(jié)合路口布設(shè)的廣域雷達等傳感器,實現(xiàn)數(shù)據(jù)自采集與信號控制策略的自適應(yīng)耦合聯(lián)動,支持信號主動優(yōu)先控制、行人過街控制、綠波帶以及區(qū)域最優(yōu)化配時。

1) 車路協(xié)同:以信號優(yōu)先控制策略為指導(dǎo),基于多目標(biāo)雷達實時獲取路口的社會車輛到達情況,同時根據(jù)路側(cè)設(shè)備(LTE-V/ 5G/DSRC)的雙向毫秒級通訊連續(xù)感知特殊標(biāo)記車輛的位置和信號狀態(tài),在線生成推薦車速和信號調(diào)整方案。


(2) 行人過街控制:基于視頻和紅外熱成像對等候區(qū)、過街區(qū)的行人實現(xiàn)精確檢測,根據(jù)機動車排隊時間與行人等候時間實現(xiàn)均衡放行;同時,為保證行人安全,將適當(dāng)自動延長行人綠燈相位,保證行人過街安全。


(3) 信號自適應(yīng)控制:基于“多源數(shù)據(jù)融合+定制化”控制策略,實現(xiàn)從單一線圈斷面數(shù)據(jù)到“斷面+區(qū)段+路徑多源數(shù)據(jù)”的全時空分類感知轉(zhuǎn)變;同時面向全交通需求分級控制,可針對各場景需求輸出定制化解決方案。


3) 智慧道路管理平臺
智慧道路集成化管理平臺的功能定位總體概括為數(shù)據(jù)匯聚與融合,數(shù)據(jù)標(biāo)準化與分級共享,運行監(jiān)測和應(yīng)急聯(lián)動,如圖 5所示。

圖 5 智慧道路管理平臺總體架構(gòu)

(1) 數(shù)據(jù)匯聚與融合:前端數(shù)據(jù)集中采集與處理,形成原始數(shù)據(jù)資源池、特征數(shù)據(jù)資源池和關(guān)鍵中間件;


(2) 數(shù)據(jù)標(biāo)準化與分級共享:為各級政府部門、行業(yè)和公眾提供分級標(biāo)準化數(shù)據(jù)共享接口;


(3) 運行監(jiān)測和應(yīng)急聯(lián)動:可視化展示跨行業(yè)融合的數(shù)據(jù)指標(biāo),定期形成報告,支持跨部門協(xié)同指揮。


基于智慧燈桿,借助信息技術(shù)和傳感技術(shù)組建信息感知和傳輸網(wǎng),建設(shè)標(biāo)準統(tǒng)一、高度可擴展、可擴充的智慧道路集成化管理平臺,有利于打破信息傳輸孤島,避免基礎(chǔ)智能設(shè)施的重復(fù)建設(shè),實現(xiàn)高度數(shù)據(jù)共享。基于智慧道路集成化管理平臺,實現(xiàn)大數(shù)據(jù)交互環(huán)境下的全息感知、視頻AI透鏡、無線服務(wù)、車路協(xié)同、應(yīng)急協(xié)同、數(shù)據(jù)可視化、資產(chǎn)生命周期管理等智慧道路核心功能,提供“數(shù)據(jù)采集-數(shù)據(jù)共享-城市服務(wù)”的智慧城市閉環(huán)服務(wù)。智慧道路管理平臺功能模塊如圖 6所示。

圖 6 智慧道路管理平臺功能模塊

三、

智慧道路深圳實踐


(一) 僑香路(深圳之花)
僑香路是深圳跨福田和南山的一條城市主干道,路面修繕及交通改善工程項目于2018年6月15日開工。在設(shè)計最初,僑香路項目融入了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、車路協(xié)同等新技術(shù),建設(shè)內(nèi)容涵蓋了基于“云-邊-端”整體架構(gòu)的智慧路燈、智能信號控制、智慧交通執(zhí)法、智慧道路平臺系統(tǒng),科技感和智慧功能十足,是深圳首條智慧道路。

圖 7 建成后的僑香路實景圖

1. 集約整合
多桿合一:整合后,桿件總體數(shù)量減少32%,其中小型標(biāo)志桿和監(jiān)控桿件減少65%,各類桿件合桿示意圖如圖 8所示。

圖 8 僑香路多桿合一

多箱合一:基于路口信號機箱,整合路口的電警機箱、閉路電視機箱、網(wǎng)絡(luò)機箱,實現(xiàn)多箱合一,可減少路口范圍80%的機箱。

2. 全息感知
建設(shè)智慧路燈,通過視頻動態(tài)監(jiān)測交通流,識別路面設(shè)施狀態(tài),實現(xiàn)人、車、路、環(huán)境的全息監(jiān)測,支撐交通運行研判、設(shè)施養(yǎng)護管理與改善效果評估

3. 精明管控
建設(shè)智能信號控制系統(tǒng)、智能違法監(jiān)管系統(tǒng),實現(xiàn)交通自適應(yīng)控制,提高路口運行效率,規(guī)范全路段交通秩序。

流量自適應(yīng)控制:采集進口道車輛排隊長度、停車次數(shù)、紅燈等待時間、多斷面平均車速等數(shù)據(jù),對流量大、飽和度高的路口系統(tǒng)會根據(jù)各個方向的實時交通需求,動態(tài)調(diào)整信號配時,使得整個路口的通行效率最高,排隊時間最短,實施流量自適應(yīng)控制。


同時,僑香路在香蜜湖路口和楓丹雅苑過街位置,布置了地面紅綠燈和紅外防撞柱。地面紅綠燈與人行燈同步,夜間將顯著警示車輛注意過街行人,保障行人尤其是“低頭族”的安全。


4. 數(shù)據(jù)共享
建設(shè)智慧道路管理平臺,實現(xiàn)交通數(shù)據(jù)在部門間的共享共用,發(fā)揮數(shù)據(jù)應(yīng)用價值。

(二) 馬拉松山湖綠道(美麗+智慧)
2019年3月24日深圳光明小鎮(zhèn)國際半程馬拉松賽落下帷幕,由深圳交通中心助力打造的智慧道路系統(tǒng),迎來了建成投入使用后的首次“大考”并順利通過,標(biāo)志著國內(nèi)最長的智慧道路系統(tǒng)全息感知、在線研判的保障任務(wù)階段性完成。

光明馬拉松綠道全長26.7公里,途經(jīng)歡樂田園花海、公明水庫、百花谷、滑草游樂園、農(nóng)科大觀園等多個光明區(qū)熱門景點,沿途全線布設(shè)共760多根智慧路燈,國內(nèi)規(guī)模最大、AI智慧程度最高的智慧綠道,如圖 11所示。

圖 11 最美山湖綠道

1. 看得見的美麗
馬拉松綠道項目的如圖 12所示的智慧路燈叫“鋼鐵俠”,因其獨特的設(shè)計理念和外觀獲得2019年深圳市經(jīng)貿(mào)信息委組織的多功能桿外觀設(shè)計比賽一等獎。

圖 12 智慧路燈-鋼鐵俠

設(shè)計理念:
  • 基于扁平化流線設(shè)計,一體化成型,支持模塊化拼裝及走線。

  • 外觀簡潔優(yōu)美,設(shè)備內(nèi)嵌(隱藏式設(shè)計),刪繁就簡,給人一種優(yōu)雅穩(wěn)重的美好印象。

  • 富有科技感、藝術(shù)感,加上高品質(zhì)的材料及工藝處理,打造出一款具有高辨識度的深圳名片。


2. 看不見的“黑科技”智慧內(nèi)核
除了亮眼的外觀,“鋼鐵俠”也是智慧才華的擔(dān)當(dāng)?;谖锫?lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等最新科技,在燈桿中內(nèi)嵌了智慧照明、視頻監(jiān)控、信息發(fā)布、廣播、無線AP、環(huán)境監(jiān)測等智慧模塊,打造了高科技智慧綠道。

1) 全線無死角監(jiān)控
為保證綠道的管理與賽事期間的安全,設(shè)計之初基于綠道無死角覆蓋的原則,全線基于智慧路燈布設(shè)了近300路攝像頭。所有視頻共享接入公安現(xiàn)場指揮部,支持公安的現(xiàn)場安防監(jiān)控與聯(lián)動指揮。

2) 視頻AI分析賦能賽事管理
在視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上,全面引入AI技術(shù),實現(xiàn)對人流量統(tǒng)計、行人特征識別以及特殊事件預(yù)警,賦能賽事管理,如圖 13所示。
  • 人流量實時統(tǒng)計,預(yù)警人流高發(fā)區(qū)域。

  • 對每個人進行“打標(biāo)簽”,識別性別、身高、上衣顏色、褲子顏色、有無帶帽等特征,支持人員時空搜索。

  • 面向綠道管理,定義行人摔倒、路面異物、自行車橫放等事件,并實現(xiàn)即時預(yù)警。

圖 13 基于視頻AI的全線監(jiān)控保障

3) 信息發(fā)布按需規(guī)劃定制
與組委會充分溝通,根據(jù)賽道所處的區(qū)段與進程,推送適宜的信息屏內(nèi)容與音樂播放。針對AK段的崎嶇山路,全力保證賽道指引的完整性,對轉(zhuǎn)彎、急坡、賽道距離等信息進行及時提醒,定制化的發(fā)布信息如圖 14所示;針對賽道分區(qū)段的坡度與難度,提供舒緩型與激昂型兩種風(fēng)格的音樂集進行切換播放。

圖 14 信息發(fā)布按需規(guī)劃定制


4) WIFI全覆蓋提供暢游體驗
山湖綠道位于山林區(qū)域,手機移動信號覆蓋較弱,為提升慢行或跑步中的網(wǎng)絡(luò)體驗,沿線在燈桿上內(nèi)嵌布設(shè)了超過140個無線AP,并提供超大綜合帶寬,保證沿線暢享WiFi網(wǎng)絡(luò)。

(三) 福田中心區(qū)(極致品質(zhì)和慢行體驗)
福田中心區(qū)智慧交通項目通過超前部署數(shù)字化的基礎(chǔ)設(shè)施,實現(xiàn)道路運行監(jiān)測、道路事件監(jiān)測、道路病害監(jiān)測,建設(shè)可調(diào)節(jié)、可對話、可服務(wù)的智慧道路,積極擁抱以“萬物互聯(lián)”為基礎(chǔ)的全新出行體驗時代的到來。



來源:深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計研究中心有限公司


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