智慧高速公路系统集成技术架构设计.docx

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1、智慧高速公路系统集成技术架构设计在交通强国建设纲要指引下，我国高速公路建设进入了高质量发展的新阶段，围绕基础设施数字化、路运一体化车路协同、北斗高精度定位综合应用、基于大数据的路网综合管理、“互联网+路网综合服务、新一代国家交通控制网等领域，一批智慧高速公路试点工作陆续开展，取得了阶段性成果。智慧高速公路总体上还处于探索阶段，标准、架构、建设内容等尚不统一，建设、管理经验较为匮乏，在具体实现路径上还存在众多技术难题，一定程度上制约了智慧高速公路的健康发展。智慧高速机电系统相较于传统高速公路机电系统，在建设内容、设备配置、指标要求和管理模式等方面均有所不同。因此，传统高速公路机电系统的技术架构不

2、适用于智慧高速，如何制定适应智慧高速特点的技术架构，值得进一步深入研究。1智慧高速与传统机电的区别智慧高速与传统机电系统对比如图1所示。图1智慈高速与传统机电系统对比1.1 建设内容范围不同智慧高速相较于传统高速公路，更注重对出行公众的精细化服务。传统高速公路机电主要包括监控、收费、通信三大系统，覆盖路网监测、应急指调、收费等基础业务。智慧高速新增了车路协同、全天候通行保障、智慧服务区等出行服务相关建设内容，重点提升智能感知、主动交通管控等道路管控能力，探索匝道预收费、自由流收费、云收费等新型收费模式和车路协同等新型应用场景。车路协同是智慧高速有别于传统机电的典型应用。分析其特征将有助于理解智

3、慧高速不同于传统机电的典型特征。根据建设效果及指标要求的不同，将车路协同划分为狭义车路协同和广义车路协同。狭义车路协同主要面向自动驾驶车辆个体提供精准的超视距信息服务，对算法和数据要求较高，时间和位置精度需分别达到毫秒级、分米级。广义车路协同与现有业务较为接近，面向车辆群体提供安全预警及道路信息服务，要求时间和位置精度分别达到秒级、米级。受自动驾驶车辆普及程度影响，目前国内普遍探索建设的是广义车路协同，即通过智能感知系统、智能分析及信息发布系统协同联动，实现交通安全预警及道路信息发布。此外，基于雷视融合的车辆连续轨迹跟踪技术也是国内建设热点，该技术对实现重点车辆实时管控、交通仿真推演等具有重要

4、意义，也为狭义车路协同的实现奠定了基础。1.2 设备种类与配置不同在设备配置上，传统机电监控系统采用视频监控和卡口相机实现道路运行监测及车辆特征抓拍，通过情报板进行信息发布，配套设备及方案较为成熟。智慧高速在传统机电基础上增加了雷达、视频A1分析和边缘计算等新装备，对设备间的联调联试和智能化水平要求高。在现阶段，由于智慧高速设备种类多、技术方案多，缺乏相关标准，设备大多使用非标协议，多类型设备的系统集成方案尚需完善成熟，需要从业务效果、经济价值、推广价值等方面综合考虑设备及方案选型等问题，建设前期需要开展大量设备及方案比选和试验，在实施过程中也面临着工作界面复杂、协调难度大、设备和系统集成要求

5、高、方案变更多等问题。1.3 对计算能力的要求不同传统机电各设备系统间相互独立割裂，缺乏互联互通和有效协同，对计算和分析的要求低，智慧高速需实现各类机电设备协同联动，完成信息采集、传输、计算和控制全过程闭环的半自动或自动化处理，对边缘计算、智慧化分析、业务算法模型等要求高。在事件监测的精准度、时效性等方面，智慧高速相较于传统机电有质的提升。智慧高速通过增设雷达和边缘计算设备，与视频进行雷视融合，能够弥补传统高速公路夜间及恶劣天气情况下视距不良等问题，实现事件A1识别、秒级发现，识别准确率295%,漏报率5机能够转变传统人盯、车巡的事件监测方式，变被动式事件上报变为主动式发现预警。为实现车道级精

6、准管控，需构建GIS高精地图和高精度定位系统，位置和时间精度需分别达到秒级、米级。通过低延时、高精度的雷视融合算法，智慧高速能够实现车辆跨杆连读轨迹跟踪，轨迹连续性白天297%,夜间290乐端到端触达时延W700ms.2架构设计思路某种意义上，智慧高速有生命周期、系统层级和智能特征三条逻辑主线，分别明确了具体的标准化需求、对象和范围。生命周期是指其在高速公路设计、建设、运营、养护、服务等全过程中所处的具体阶段。系统层级是指具体技术或应用在路网结构和组织管理体系中所对应的层级，如路网层、路段层、场站单元层等。智能特征是指基于新一代信息技术使高速公路建管养运等不同场景具有的智能感知、智能决策、智能

7、执行等能力，包括设施系统间的互联互通、数据资源的融合共享、深度的系统集成等。智慧高速逻辑主线如图2所JO智慧高速技术架构设计应围绕三条逻辑主线开展。结合建设、养护、运营、服务等业务领域的实际需求确定智慧高速建设的应用场景，充分挖掘智慧高速新技术装备的业务价值。根据场站、路段、路网等不同层级管理需求，分层次构建管理软件，实现管理的纵向贯通、业务的横向协同、设备的协同联动。结合应用场景技术指标要求和业务成效，加强设备及方案选型、设备及系统集成。智慧高速技术架构区别于传统机电，应重点突出设备及系统集成能力、事件联动能力及“一张网管控能力。在道路感知、控制、决策等关键环节实现设备与设备、设备与软件、软

8、件与软件的集成联动，以及顶层的在线化、智能化路网管理。3总体技术架构智慧高速总体技术架构自上而下划分为三层，包括云端的路网业务管理平台、边端的智能控制中台以及路侧的设备设施。具体如图3所示。图3智慧高速技术架构云端的路网业务管理平台是集监测、控制及决策于一体的智慧高速的顶层大脑，也是与外部系统对接的统一通道，实现数据共享交换及业务协同，根据业务类别大脑进一步划分为交通运行监测、应急指挥调度、出行服务等业务子模块，承担具体业务管控功能，为支撑各类业务管理需求，大脑需建设展示操作层、业务中台层和数据中台层等技术支撑底座，实现各类业务数据的汇聚、分析及展现。路侧智能控制中台主要负责集中管控区域范围内

9、各类设备和路侧软件，进行海量数据的分析、过滤和边缘计算，为上层业务系统提供过滤后的精准感知数据，结合业务管理规则，可配置实现区域范围内的感知-计算控制全过程闭环自动化管控。路侧设备设施主要包括感知、发布和控制等设备设施，主要承担源端感知数据的采集、终端设备的控制和信息发布等功能。3.1 路网管理智慧大脑路网管理智慧大脑涵盖了路网调度指挥和道路运行监测等业务管理模块，包括展示操作层、企业级数据中台和企业级业务中台三部分。展示操作层主要面向业务管理操作以及系统演示，需具备良好的用户交互能力和先进的可视化展现能力，宜结合数字挛生、利用动画引擎等工具加强视觉效果设计。企业级数据中台实现了其他业务系统到

10、智慧大脑的数据归集与展示，电子地图是数据中台的重要组成部分，需统筹规划设计，向各应用系统提供服务支撑，满足各子系统使用需求。企业级业务中台实现交通仿真、收费稽查、数据质量管理模型等一系列算法和业务模型，并基于高质量的数据进行计算分析，为业务管理赋能。除此之外，智慧大脑还需对接互联网导航、外部行业应用等系统。3.2 路侧智能中台路侧智能中台是结合智慧高速项目特点，在传统机电技术架构基础之上新增的内容，是智慧高速集成的关键和重点，主要具备以下4项功能。1、实现区域范围内设备的注册、协议互通、设备配置等功能。2、数据接入和融合计算主要针对智慧高速新增的边缘计算设备，进行雷达、视频数据融合、数字挛生等

11、功能。根据雷视融合和数字挛生的需要，确定设备的组网（网络）要求、设备配置选型与布设方案、存储部署方案等。数据接入方面，实现区域范围内设备数据的汇聚、跨设备数据的时空对齐和融合计算，并对上层应用提供统一数据上传服务，降低传统机电各类设备直连上层业务带来的网络传输压力，有效支持上层业务效果实现。3、设备的联动协同控制解决传统机电里面设备彼此间无联动，需要人工分别控制的情况。实现若干设备的自动控制、优先级管理下的半自动/自动控制，并接受智慧大脑下发的优先级管理要求。例如，视频或气象感知设备监测到能见度降低，自动控制雾区诱导系统启动，自动控制情报板系统发布提示信息。由于存在多个子系统均需要通过情报板发

12、布信息的情况，因此需设定情报板系统信息发布的权限和优先级。4、路侧业务中台主要围绕业务管理需求，制定路侧融合计算所需的业务模型，包括数据过滤模型、去重模型等，通过各类业务模型的制定，确保路侧融合计算产生的数据更精准、更贴合实际业务需求、具有业务价值，为上层业务管理提供有效数据支撑，减轻人工筛选和甄别信息的工作强度。为实现上述功能，需要构建配套的路侧智能中台管理软件，根据应用场景需求和设备管控需要，可在不同区域范围内部署多套路侧智能中台管理软件，可选择分中心、路段（门架）、隧道所或无人机房等位置进行部署。此外，路侧智能中台建设应基于统一的技术架构、标准化的设备协议，在业务功能上应根据应用场景需求

13、有所区分。如道路事件类与气象环境类的路侧智能中台在技术架构、设备协议方面应当制定统一标准，但在业务处理逻辑和设备控制等方面有所区分，道路事件类的重点进行事件信息发布预警，气象环境类的重点进行路侧诱导灯等设备的控制。3.3路侧设备智慧高速路侧设备主要包括感知、发布、声光等路侧设备设施以及手机端、车载终端等终端设备。各类设备向上对接路侧智能中台，实现集成控制，协同联动。在事件感知方面，通过雷达、枪机、卡口及球机等感知设备的集成，实现事件类别、发生时间、发生地点、车辆信息的精准识别、时空唯一以及现场视频自动抓取。通过雷达+枪机雷视融合，确定事件位置信息；通过卡口相机确定车辆特征信息；通过控制球机抓取

14、事件现场视频，便于业务管理人员核实查看现场情况。在道路控制方面，通过事件感知、气象感知等系统与手机端、情报板和车载终端等发布系统以及路侧广播、诱导灯等设备设施进行集成联动，实现安全预警信息发布和诱导。在隧道内，通过CO/VI监测设备与通风控制设备集成联动，实现智能通风控制；通过亮度检测设备与照明灯具集成联动，实现智能照明控制；通过洞内事件监测系统与洞外情报板发布系统、交通信号灯等设备集成联动，实现交通诱导控制。在服务区，通过车位监测系统和情报板、手机端等发布系统以及服务区诱导系统的集成联动，实现服务区车位信息发布及停车诱导。在处置决策方面，通过感知系统与应急指调系统和信息发布系统的集成联动，实

15、现事件快速告警、预案自动调取、信息快速发布。通过道路健康监测系统与养护管理系统的集成联动，实现养护科学决策。4结束语智慧高速建设的主要目标是满足道路智能管控、安全高效出行的业务需求，通过新兴技术提升高速公路感知、控制和决策等关键环节的智能化水平，更好地服务于道路运营管理和公众出行体验。智慧高速建设需要多种设备、多套软件协同配合，其“智慧主要体现在精准感知、融合计算以及多设备之间的协同联动等方面。路侧智能中台技术架构的提出，能够使多种设备接入统一的路侧平台进行管控，通过多源数据的融合计算和业务中台实现多套系统的协同联动，打破了传统机电设备系统之前孤立的现象，同时也对传统机电的技术架构升级提出了新的要求。路侧智能中台在实际应用中结合道路运行情况及运营管理需求可持续迭代演进，具有衍生出新的边缘计算设备、智能设备控制箱等新业务、新设备的潜力，有利于创造新的市场价值。