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中国智能交通协会

智慧高速与车路协同—山东高速的探索与实践

2021-11-02   来源:交通工程与信息化分会


  作为建设管理运营高速公路者,对智慧高速公路是如何理解的。智慧高速概念的提出,首先是基于高速公路量的扩张。截止到2020年底,全国高速公里的通车里程已经达到了16万余公里,应该说我们国家拥有的通车的高速公路是这个地球上最多的一个国家,没有之一。咱们的高速公路还需要修吗,还需要修多少?这不仅仅只要量的扩张,只计算通车的里程,需要全面的质的提高;再一个就是效率问题,从目前来看全国的高速公路所承担的交通量来看,基本是这个样子:大约有四分之一的高速公路其交通量处于饱和运行,也就是说这部分高速公路路段处于四、五级的服务水平(节假日可能会达到六级),交通通流处于稳定流范围的下段或交通流拥堵流的上半段;二分之一的在均匀运行,处于二、三级的服务水平,交通流处于相对自由流的状态或稳定流的上半段;四分之一是自由流,处于一级服务水平,交通流处于完全自由流状态。
  二是高速公路安全事故频发,导致人民的生命财产面临巨大损失,社会各界对高速公路运营管理的反响,特别是节假日和恶劣天气情况下。
  三是高速公路从规划、设计、建设到运营管理和养护的数字化、信息化应用发展与当前其他行业的数字化、信息化发展极不匹配,目前国家要求高速公路数字化转型。同时,谈到了高速公路自身发展,高速公路潜力的发挥,它的运行效率。高速公路的运营管理,说到底,其实就是为高速公路使用者位移的服务。(高速公路)建设、管理、运营都是为这个服务做的一个阶段性过程工作,是最终服务产品的过程产品。众所周知,我们的高速公路数字化水平还是非常低的,比较一下,同处于同一年代其他行业的发展来看,我们国家在80年代末就开始建高速公路,同时期的,80年代末咱们的手机还是模拟的,大砖头(大哥大)。看现在,咱们现在的手机发展到什么程度了?而我们的高速公路从规划、建设、运营以及到后期的养护还基本还是原来的状况,有进步,但是不大,没有整体的质的升级换代。
  山东高速集团目前运营管理着7745公里高速公路,有540多个收费站,178对服务区,在建、拟建高速公路重点项目总里程2622公里,作为高速公路的管理运营者,有切实感受。我们的确更需要建设智慧高速,这不单单是对(高速公路)运营管理,而要从规划、设计、施工、监理、咨询、检测、运营、养护,整个的全过程。我们管理的高速公路上每天运行着265万辆车,假期的入口流量数据是270万辆,出口是279万辆,出入口总量将近550万辆。平日入口是180万辆,出口是170万辆,出入口总量是350万辆。假期的超饱和通行量,对我们高速管理部门压力是非常大的,关键是,并不是所有的路段都饱和,也不是全时段的饱和,事故的发生也往往出现在饱和和超饱和的时候和路段,这就需要针对性的解决或缓解这一状况。
  通过我们前期调研和不完全统计,大家期望获得的信息是所通行路段的堵车、事故、前方路况、天气等信息,其中获得信息通道或来源最多的是导航软件,达到74%。通过道路标志等通道获得(信息的)仅为百分之十几,这就提出另外一个问题,标志标线大家的感受率还是稍微差一些,那么,我们的标志等应该如何设置,设多少,规格标准等等。
  2017年咱们国家就已经开始进行部署智慧高速公路建设了,我们的国家,咱们的政府是一个负责任的政府。从17年、18年、19年,包括咱们“交通强国”等,党中央、国务院都下发了一系列文件,各个省也进行了进一步的具体要求。交通运输部部署北京、浙江、江苏、广东、福建等9省份进行试点,提出加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点的要求。试点省份的试点工作也均有侧重点,有基于基础设施一体化、路运一体化、车路协同、北斗高精度定位,有基于大数据的、基于互联网的,还有交通控制网(等相关方向的)。各个试点省份做的都是比较好的,取得了比较好的经验,我们山东也去各个省学习了。
  国外的情况也是,美国主要是对单车智能这块做的新一些,欧盟就是网联化、标准化,日本是车路协同,刚才王院长、赵院长也谈到了这块,日本有很多值得咱们学习的地方。
  对于高速公路的理解,我认为广义的智慧高速就是在土地资源区域饱和的状况下,为了满足日益增长的交通需求,通过传感、通讯、人工智能等满足新一代(通行者)对驾驶工具的需求状态。狭义的智慧高速就是,运用互联网思维、使得路网具备可知、可测、可控、可服务的能力,车路协同应该达到这个目的,实现更加安全、更加舒适、更加智能、更加绿色的智慧交通,这是我们对智慧高速公路建设的思考。智慧高速是一项全局性、系统性的工作,我们要立足自身优势、加强顶层设计、统筹数字化转型,(通过)路网布局规划,业务、产业和技术发展等实际开展相关工作。
  智慧高速建设目标应该是全路段感知、全过程管控、全天候通行(准),这里要强调的一点是极端恶劣天气下的确是不易出行的,也的确难以保证。智慧高速建设内容主要是基础设施建设这一部分,从我们的规划到设计一定要是BIM+GIS,因为智慧高速公路并不是仅仅运营管理那一阶段,基础是高速公路的自身建设,需要应用BIM+GIS从建设施工做起来 。再一个就是智慧工地、品质工程、无人预制场、基于BIM工程量管理、招投标都是基于BIM这块。再一个养护运维,建起数字孪生以后把路况评价和路的基础情况结合起来。可以根据算法把它抓出来,而并不是说(高速公路)出现了裂缝,出现了坑槽(才发现),那时候发现已经晚了。应用就是云控平台、出行服务、交通管理,还有网络安全、数字安全,网络安全这块是非常重要的。
  我们研究了整个智慧高速体系框架,首先包括智慧建设、勘察设计、建设管理、智慧工地、智慧建造。再一个智慧养护检测,包含基础设施检测,路侧高边坡,高填土路段,特大桥检测等等,还有养护的科学决策,(通过这些)能最大限度的减少(路)对通行车辆的影响。通过路网监控的全路段感知,出行服务的伴随式信息服务、智慧服务区,无感自由流收费达到车路协同,这是我们对智慧高速公路的理解。
  我们如何做的呢,国内外已经对智慧高速公路建设的必要性形成了共识,然而对其理解和认知尚未达到深层次形成统一。为什么还没有统一呢?因为咱们的标准还没有出台。所以在无标准依托、无经验遵循、无先例借鉴,而且,其建设是具有跨领域、跨学科、跨业务、跨行业特点,这里呢(重点)还是要(建设)以信息装备为主体的新型基础设施。我们想以路段级的示范形式开展。
  统筹布局,因路制宜、先进适用、分步实施。
  智慧我们认为它体现在精准时空、精准感知、综合研判能力、安全保障能力等方面,成果体现在业务升级、产业拓展和核心能力的提升上。
  业务驱动技术方面主要是通过业务升级,要覆盖全业务领域、建管养运服务全过程,提升基础设施数字化和管养能力,这块还要有畅达出行、智慧建养、创新运营、快行慢享,高效物流。在产业拓展层面要做到ETC拓展服务,我们也关注特色服务区这块。大家现在行驶在高速公路的服务区,感受和诟病的是乱的,收费站是堵的,路上是不安全的,我认为,智慧高速应该重点解决高速公路使用者感受的这三点,以使其有获得感。
  结合山东的实际情况,统筹在役的高速公路、新建高速公路和改扩建高速公路,因路制宜,一路一策,推进智慧高速公路网建设。具体项目推进上,改扩建项目以京台南段为主,新建项目以济青中线为代表,以智能网联测试基地和智慧高速公路科技研发为支撑,打造行业领先的智慧高速公路示范项目。京台南段智慧高速先试先行,提供了经验和技术积累;济青中线智慧高速充分消化吸收“京台”成果,统一实施建设,体系性打造、规模化落地;智能网联测试基地充当先端技术测试场  角色。
  我们省科技厅立项了两个重大科技项目,一个是车路协同,这个是和长安大学、山东大学、东南大学等几所大学一块做的。再一个做了“两客一危”智能监管与安全运营,大家都知道“两客一危”对高速公路运行的影响是最大的。
  测试基地这一块赵校长(前面)也谈了,我们是依托滨莱高速公路改扩建原址保留的26公里真实高速公路场景(含三隧一桥),打造测试场景最丰富、测试环境最真实智能网联高速公路测试基地。并统筹整合优势资源,建设智慧交通重点实验室建设,我们分了几个专门的区域:有综合测试区、智慧桥隧测试区、车联网及车路协同测试区,还有极限场景的测试区。场地按照交通部测试场地建设标准建设。以500米间隔安装路侧毫米波雷达、监控摄像头、V2X路侧单元、边缘计算服务器等机电设备;以1公里间隔部署可变速标志牌、LED情报板,在隧道区域部署激光雷达、定位加强基站等设施,构建覆盖全域的LTE-V、DSRC、5G、Wi-Fi、万兆网等多种异构网络,应该说在测试基地可以满足高速公路初级的自动驾驶与应用。
  目前已经有重汽、上汽商用、东风商用等(企业)在测试基地正在进行着测试工作,我们联合长安大学、清华大学、大连理工、山东大学等单位正在申报两项科技部的国家重点研发计划。同时我们也和部路网中心一起做了1号公路相关的对智慧高速建设探索的相关工作。
  大家都知道山东有个泰山,京台高速公路南段就是在泰山以南,南北向的路段,到鲁苏省界,路段全长189公里左右。目前是双向4车道的高速公路,正在进行扩建成双向8车道,预计今年10月底建成通车。我们要(将它)建设成智慧高速示范路段,同时要建造20公里的自动驾驶试验路段。再一个,京台高速公路作为省内第一条改扩建智慧高速,我们希望(项目建设能够)实现全过程数字管控,实车道级智能管控,全天候安全通行,我们布设了气象监测预警、雾区行车诱导、智能融冰除雪、夜间行车诱导等服务。我们希望通过全方位立体服务,降低行车事故,实现安全出行。
  济青中线这个项目是济南到青岛的高速公路,说他是中线,是相对于济南到青岛已建成的东西向的,南北两条高速公路而言,中线处于南北两线的中间,济青中线智慧高速建设范围长约210公里,原来大家比较了解济南到青岛的北线项目(山东省建设的第一条高速公路,通车于1993年,已于19年拓宽为八车道)。(济青中线)智慧高速,目前正在进行征地和土方及桥涵的基础的构筑。此段线路地形较为复杂,临朐以西为山岭区,高差达到400米,以东逐步转换为微丘区,因此建设智慧高速比较有意义。我们项目的建设思想是初步达到全路段感知、全过程管控、全天候通行。
  在这两个项目中,我们的主要有八个关注点,一是主动的交通管控,过去我们的监控都是被动的,现在我们想通过主动的交通监控,通过路侧单元,出现问题能及时发现,通过导航、通过APP及时告知车辆;二是隧道,高速公路上隧道对通行车辆的影响是比较大的;三是全天候通行(准),相对恶劣天气状态下的安全出行;四是智慧服务区的建设,五是一个构筑数字孪生,六是绿色能源综合供给,七是收费站治堵,达到无感通行。八是探索车路协同。
  (在感知手段方面)我们通过毫米波雷达、高清摄像机、北斗高精定位,实施精准感知交通状态、车辆轨迹、交通事件等信息。在我们精准的掌握车的位置的同时,也让车精准感知我在什么位置,要是出现事故能够通过导航及时提醒(车)。去年统计94.2%的事故是追尾和碰撞防撞护栏,如果说追尾和碰防撞护栏是驾驶员的原因,我们可以通过导航提醒他,(如何)把这事故避免。
  对于智慧隧道大家最关心的就是两点:一个是降低侧壁效应,一个是黑白洞效应。这些对咱们交通影响非常大,我们就把这两个问题解决了。事故发生后可以自动感应,实现自动灭火和自动报警。
  对于全天候通行,一是我们和气象部门合作,(使得)气象信息能够掌握到。再一个利用动态的情报板(发布信息),同时通过导航软件APP和第三方(平台)合作推送一些信息。二是我们全线设置雨夜反光标线和智能行车诱导系统,重点路段和出入口布设智慧道钉,枢纽互通立交等位置设置主动发光标志,打造夜光公路。三是我们在开展重点路段融冰除雪,应该说这一块我们做的科研项目已取得不错成果。
  智慧服务区,你只要使用导航或APP,行驶高速路上,可以及时了解到服务区的繁忙情况,点一下,就会有一个图显示出来人是否较多、车是否较多,停车位的利用率和待用率有多少。同时,很多事情我们都用ETC解决,服务区都有引导路线。
绿色能源供给,这是大家一致提倡的,昨天主会场提到的碳中和、碳达峰、碳排放这些,分布式的太阳能发电,地热的利用,地表水的收集循环利用。
  数字孪生,这是我们做高速公路必须要做的,实现建设期协同化管理,运维期可视化、精准化管控,为车路协同提供空间信息支撑。
  收费站治堵,通过高速不停车超限检测、通行车辆智慧分流,实现收费站预收费让大家实现无感支付。
  车路协同示范,构建“泛在无线通信网+全时空动态信息感知+车路协同边云计算平台+信息发布终端”车路协同系统。其实,(以上)这些事情各个省都做的非常好了。
  接下来是我们的总结与展望,也面临着一些问题:
  一是智慧高速公路建设的投资回报,也是高速公路运营企业家普遍关心的,但还没有有效解决的途径,这个事情下一步如何解决。
  二是建设智慧高速相关,国家和行业的指南标准还没有出来,下一步如何做,亟待需要解决。
  三是智慧高速建设需要跨区域、跨行业、跨部门的协同管理机制问题。例如交警的问题、通信的问题、气象的问题,这都需要高层领导统筹协调解决问题。
  四是责任的划分。设备的问题、网络的问题、云的问题、车端接受的问题。如果作为路方,把需要的信号发了,车方没收到怎么办?路的设备是好的,车的设备是好的,但是通信不稳定,如何解决,或者,有一方的设备出故障了,如何判断与解决。大家都知道高速公路是120km/小时(的速度),33m/每秒。稍微一抖动、稍微一丢数据包,这个车就出问题了。所以  在网络的稳定性,云的效率上是咱们智慧高速公路建设面临比较艰难的问题。如果出现这些问题谁解决?怎么解决?谁去判定?
  五是信息安全与信息辨别,刚才赵校长谈到黑客问题,黑客他要做一些事情的话,他要通过这些信息发出,咱们接收端,路端和车端收到的(信息)不一致如何解决。
  六是需要解决多网融合问题。
  七是科学评价路侧设备可靠性及其寿命,大家都知道机械设备在野外放置寿命也就3~5年,有的时候时间将更短一些。这个过程的可靠性如何解决,下一步也应该在智慧高速实施当中解决。
  八是政府政策支持的问题,目前国家文件下了很多,但如何解决这个事情没有一个合适的途径去解决。
智慧高速将更加安全、高效和高品质的提供交通运输服务,将更好的满足人民群众对美好生活的向往,也对便捷出行的要求会有利地提升效率,降低事故发生率,咱们建人民满意的交通,建智慧交通,便捷出行。

  本报告来源于2021WTC世界交通运输工程技术论坛“车路协同智慧交通”技术论坛,未经本人确认。

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