如何实现“改扩建智慧化改造”？

发布于：2022-09-14 09:23:14 来自：道路桥梁/道路工程 [复制转发]

【导读】 随着建设交通强国新征程的开启，我国高速公路建设与管理进入到追求高质量发展的新阶段，除新建的智慧高速公路外，很多高速公路项目都是在已建高速公路基础上进行智慧化提升和改造。以下整理了三条高速公路“改扩建”建设思路及亮点。

机荷高速

据媒体报道，机荷高速是国家高速公路网沈海高速的一部分，横跨深圳东西方向的交通大动脉，兼具国家高速路网与城市快速通道的双重功能。

据相关负责人介绍，机荷高速改扩建初步设计蓝图包括一套数字孪生中台及管控体系；两张增强网，一张是5G通信网，一张北斗地基增强网；三大平台，包括建设、运营、服务；7个应用系统。

据介绍，智慧机荷体现“四全”理念：全系统孪生、全要素感知、全数据融合、全过程管控，从而最终达到5个协同目标：数据协同、状态协同、代际协同、条件协同、业务协同。在数字孪生方面，除了数字孪生中台，还要体现数字孪生的能力，比如特征提取、模型构建、网络划分、融合数据、算法，再驱动上图的应用场景。最终打造高速公路建、管、养、运等不同阶段的数据流、信息流，实现公路生命周期中不同业务的有机协同。通过建设期间的建设，采用BIM模型，做数据积累，把BIM模型作为数据底座，融入到后续的运、养阶段，也是实现极端复杂条件下立体高速环境下的科学的交通运行管控；建设一套智慧主动交互的系统，通过事件自动识别报警，以及数字孪生中台匹配的应急预案，再开展高速公路的主动安全管控，实现业务协同。

此外，据悉机荷高速将选取八公里长的路段来做车路协同试点，希望通过车路协同系统，力争在重点区域实现人、车、路动态实时信息交互和协同，不管是车路协同，还是自动驾驶。车路协同发挥路的作用，将远视距的信息及时提供给车。

基于这些理念，依托智慧机荷高速的项目，建立一个基于全周期、全要素的智慧孪生智慧高速项目，实现高速公路及其附属设施的全生命周期、全管控过程的数字化和智慧化，打造智慧高速建设样板的工程。

京台高速

京台高速泰安至枣庄段双向八车道改扩建项目于2021年9月通车，试点项目具有里程长、规模大、车流量大、场景复杂、“改扩建+智慧化改造”等特点。在智慧实践方面，具有大量多维全息智能感知设备的多场景应用、“智慧大脑”实现全路段信息资源集成共享、新基建促进高速公路数字化转型等特点。

·大量多维全息智能感知设备的多场景应用

据悉，全线共安装各类视频感知、交通流感知、交通事件感知、环境感知、基础设施健康检测等设备70余类，不同场景监控摄像机300余套，各类车载移动设备、无人机巢、微波车检器、交调设备、护栏防撞传感设备、气象检测设备、路面检测设备、大桥位移传感器等120余套，定向/全向毫米波雷达200余套，同时还实现了各类不同的通信、安全、计算、存储等设备的多元化测试应用。

·“智慧大脑”实现全路段信息资源集成共享

各类智慧化感知设备种类多、数量大、型号复杂，出自于不同厂家，应用系统、接口标准、数据格式等均不统一，如何集成应用、发挥出最大作用是难点也是重点。该项目通过边缘计算技术，实现了所有外场设备的分级分类管控；通过建设“智慧大脑”——智慧高速云控平台，实现了基于多种复杂场景、多种应用需求、车路协同、“建管养运服”一体化的全路段全业务领域信息资源的集成和共享应用，实现了交警、路政、医院、消防等多方联动，为应急调度、事件处置、决策分析等提供了更加高效的服务。

·新基建促进高速公路数字化转型

基于C-V2X及北斗高精度定位技术，建成了开放式车路协同试验路段和全向/定向毫米波雷达融合路段，实现了分合流、弯道、地形起伏区域的高级辅助驾驶，完成了车路协同条件下的单车自动驾驶及重载车队编队行驶的实车测试。依托雷视融合、智能道钉、视频检测、无人机巡查等技术，通过智慧大脑的分析研判和可视化呈现，实现了精细化运行管理、一体化应急救援、预防性智能养护的转变。实现档案数据一次录入、多层引用，建成了改扩建高速公路“建管养一体化”电子档案管理系统，智能建造水平得到全面提升。完成了高速公路桥梁装配化施工技术研发和试点，实现了桥梁立柱、盖梁、涵节精准预制拼装，极大地降低了人力、施工成本和工期。

·道路通行能力和用户体验感明显提升

据介绍，针对不同地域易发团雾、冰雪、拥堵等情况，该项目采用交通运行态势评估算法及交通诱导管控方法，融合应用主动发光标志、雨夜标线、雾区智能诱导、融冰除雪等设施，同时结合可变信息标志引导、语音提示等方式，实现路域范围内各种特殊环境下的状态感知、安全预警、融冰除雪及预警分流、行车诱导全链条保障。针对货车比例高的情况，在部分平直路段安装防疲劳激光光幕，夜间可自动开启，发射绿色射线，对双向车流发出防疲劳提醒，且不影响车辆正常行驶。通过智慧服务区建设，实现车位级停车导航，推荐多种个性化优惠服务，并支持ETC用户洗车、加油等无感支付，让出行者获得更好的服务体验。据初步测算，京台高速通过智慧化建设，通行能力提升20%以上。

·探索绿色低碳生态高速公路建设新模式

据介绍，针对旧桥梁板再利用问题和高性能沥青路面材料再生利用问题，该项目研究应用梁板破坏机制与车辆荷载模型，形成既有板梁桥再利用的评价方法，全线再利用旧桥梁板节约资金近10亿元；提出全厚式再生路面结构设计方案，实现路面再生利用率超70%。为从源头减少生产能耗和污染，提高新能源使用效率，推广利用了新材料泡沫铝制成的新型护栏及声屏障，并大量使用光伏发电、新能源充电、污水回收再利用等技术，探索绿色高速公路建设模式。

沿江高速

江苏沿江高速公路有限公司总工程师曹阳曾介绍沿江高速公路扩建智能化建设思路。据介绍，体系架构包括五层三体系：五层分为基础设施层、数据融合层、应用支撑层、应用系统层和门户层；三体系分别是标准规范体系、信息安全体系及管理制度体系。建设内容主要包括智慧全息感知、智慧服务决策、智慧交通管控、智能通信传输、智慧业务管理、车路协同辅助自动驾驶。

体系架构图

·基础设施数字化

根据各条路段的具体特点，结合现有的技术条件，进行全息感知设备的布设、集成以及系统的开发和应用。高速公路全息数字感知系统建设包括以下几个方面：车辆运行状态感知、交通环境状态感知、道路健康状态感知及其它状态感知。利用智慧感知设备，进行时空精细化模拟，建立不同的时空分辨率、栅格化的道路运行状态数据库、监测数据库；通过交通状态演化快速仿真模型，对短时交通流量、交通事故风险进行预测，以及对于二次事故及连环事故风险进行快速预测和预警。

·智慧决策支撑

基于云计算、大数据技术，构建全面感知的、多源数据融合的、高效协同的服务决策应用智慧平台很重要，但完备的数据更重要。智慧服务决策主要包括：

智慧服务支撑：边缘计算能力GIS信息平台；
大数据中心存储：分布式数据存储区块链去中心化；
智慧高速云计算平台：AI智能计算数据深度挖掘；
可视化决策系统：多维数据分析、预测综合信息决策研判；
智慧服务应用：公众服务路网管理服务。

·智能业务管理

智能业务管理涉及到的子系统很多，针对设备、路面、桥梁进行差异化管控，通过视频、物联网、传感器等智能感知设备,基于特征识别、移动通信、互联网、北斗等构建智慧高速业务管理体系，实现差异监测，自主上报，智能运维、养护、调度、决策等。

·智慧道路主动管控

智慧道路主动管控包括：车道管控、匝道控制、动态信息诱导、可变速控制、事件管理、排队预警、全天候运行监测。高速公路车道级管控能力(包括对车辆的车道级导航能力)：数字化的基础设施的量和精确度；高精度电子地图、厘米级高精度定位、低时延无线通信、大数据实时分析和云控制系统等多项技术；涉及在路侧设备、车辆侧终端和云控中心侧数据信息和控制指令的处理传递逻辑；包括自由流收费、准全天候通行、危险路段安全预警等功能等多项技术集成和应用。匝道自主管控具体包括以下几方面：匝道动态开/放、匝道出入口危险驾驶行为监测、匝道分流诱导、合流警示。

·车路协同辅助自动驾驶

准全天候通行：通过高可靠、低时延、无缝覆盖的C-V2X车联网，实时传递给智能网联车，使驾驶员能够在视场受限的情况下产生安全预警，保证出行安全。车道主动管控及匝道汇入汇出预警：通过上帝视角将道路上运行所有车辆运行状态:方向、速度、位置等信息打包成高精地图中的动态图层。车路协同辅助自动驾驶：路侧雷达和视频感知在边缘计算节点精准拟合车辆轨迹感知。

·差异化出行服务

沿江智慧高速建成后能够同时为普通车辆、非自动驾驶网联车辆、自动驾驶网联车辆，提供差异化出行服务。为自动驾驶车辆提供自动驾驶辅助信息，对非自动驾驶网联车辆提供基于定位信息的伴随信息服务，对普通车辆提供比其他道路更丰富、精准的出行信息。

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