智慧公路技术白皮书 v1.0 -华为

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智慧公路技术白皮书 — 车畅于路，人悦其行 — V1.0 编制单位 华为技术有限公司 中国公路工程咨询集团有限公司 目录 Contents 导言 /01 2.1 各国出台中长期规划，开启公路智慧化新篇 ...................................................03 2.2 标准先行，总体处于起步阶段 ...........................................................................05 2.3 聪明的车、智慧的路，加速交通行业产业升级 ...............................................06 现状和趋势 /03 3.1 智慧公路的内涵：空间连通、信息互通、要素融通 .......................................07 3.2 安全、效率、绿色、服务，智慧公路建设的共性需求 ...................................09 3.3 新技术赋能传统交通工程，是智慧公路的主要挑战 .......................................12 需求和挑战 /07 4.1 理念：通过场景找技术，解决客户问题，创造价值 .......................................13 4.2 参考架构：云、网、边、端全面协同的智能化体系 .......................................14 4.3 实施路径 ................................................................................................................ 17 体系架构 /13 5.1 全息感知，提升路网数字化感知能力 ...............................................................19 5.2 设备互联互通，助力公路机电设备智能化升级 ...............................................22 5.3 高效联接，打造低时延、高可靠、易运维的网络环境 ...................................23 5.4 智能边缘计算，计算更实时，前端更智能 .......................................................26 5.5 智能中枢，实现实时预测、精准管控 ...............................................................27 5.6 数字能源，使能智慧公路绿色低碳转型 ...........................................................30 关键技术 /19 6.1 以成就客户为使命，共创共赢的生态合作理念 ...............................................33 6.2 “平台+生态”战略，构建可持续发展的生态体系 .........................................34 6.3 多样化的生态伙伴，丰富全球智慧公路生态 ...................................................35 生态体系 /33 7.1 雷视感知+数字孪生拟合新技术，打造全息智慧隧道 .....................................36 7.2 随路无线和传输网络，满足视频回传和应急通信需求 ...................................37 7.3 太阳能供电和微波传输，实现高速超远、超宽网络覆盖 ...............................37 7.4 打造大数据中心示范标杆，助力云南交投数字化转型 ...................................38 7.5 一体化综合管控，构建城市交通“智”理系统 ...............................................38 7.6 AI赋能城市交通，“绣”出市民出行幸福感 ....................................................38 建设实践 /36 愿景：车畅于路，人悦其行 /39 智慧公路技术白皮书 01 智慧公路技术白皮书 02 以云计算、大数据、5G、物联网、人工智能、区块链等技术为核心的数 字化、智能化转型正在以前所未有的态势席卷全球，技术的发展正在驱动传 统交通行业的运营管理和组织模式变革。公路交通作为是国家经济、社会运 行发展的基础设施，各国纷纷在数字化路网、合作式车路系统（Cooperative Vehicle-Infrastructure Systems，CVIS）、路车一体化等领域开展了大量的 技术研发和示范推广工作。智慧公路是未来公路发展的方向，也是各个国家 优先发展的领域，通过新型数字化、智能化技术融入交通运输、服务控制和 车辆制造各领域，加强车辆、道路、使用者三者之间的联系，从而降低安全 事故、提升通行效率、改善出行体验、提升管理效率是各个国家和地区的共识。 本白皮书通过对全球智慧公路发展现状和业务需求的分析，针对智慧公 路面临的安全、效率、服务等方面的挑战，结合全球公路建设、管理、养护、 运营、服务各阶段的建设实践，提出了包含“智能交互、智能联接、智能中枢、 智慧应用”四层的技术参考架构，解构感知、传输、研判、控制、应用各个 领域的关键技术，旨在帮助全球客户建设开放共享、技术领先、持续演进的 智慧公路数字化、智能化体系。 导言 导言 智慧公路技术白皮书 03 现状和趋势 各国出台中长期规划，开启公路智慧化新篇 2.1 智慧公路作为新一代信息技术与公路道路运输深度融合的重要载体，已成为智能交通领域的新型数字基础设 施，在提升运输效能、培育新兴产业等方面战略作用明显，世界各国争相进行技术研发与应用。 2016 年 12 月，欧盟发布了《欧洲 C-ITS 战略》，其目标是促进整个欧洲范围内投资和监管框架的融合，开展 C-ITS 的大规模商业化部署，以提升道路安全、交通效率和驾驶舒适度。欧盟运输总司出台 Delegated Act 法案征求意 见稿，意图在欧洲推进合作式智能交通运输系统的部署，其重要的特点是通过新一代通信将各种交通要素和终端 连接 , 在共同的目标下协作解决交通的各种问题并实现集成服务。欧盟制定了《可持续及智能交通战略》, 以数字 技术作为引导 , 把减碳、减排作为考核目标 , 把新能源汽车的发展与能源转换效率结合在一起。欧洲 Easyway 项目， 智慧公路技术白皮书 04 针对全部路网开展网络化管理，根据统一规则进行关键路段的判别；通过跨国数据交换构建同步管理体系，覆盖 27 个国家和地区、3 万公里公路，以信息服务、主动交通管理为手段，侧重服务协同。 日本志在建设世界最安全道路，拟在 2030 年建成世界最安全和最畅通道路。2020 年，日本政府继续在内阁 牵头启动的 SIP（战略性创新创造方案）项目目标下，在人的多样性、共同创造价值和可持续发展 3 个目标下安 排技术开发和产业发展 , 强调应用智能化技术减轻交通对大自然的冲击 , 实现安全和舒适的交通 , 以及提高交通系 统的弹性。 韩国各界推广“下一代智能交通系统”（C-ITS）的数据共享标准化工作正在加速推进。首尔市、光州市、蔚 山市、济州岛和韩国高速公路公司等都通过试点和示范项目，在约 970 公里的路段建设了 C-ITS 基础设施，并通 过 Tmap 和 Kakao Navi 等专用应用程序向公众提供实时交通信息和道路危险状况等数据。 新加坡 15% 的土地面积用于建设道路，形成以 10 条快速路为主线的公路网络，以其健全发达的交通路网和 前瞻性的交通规划管理，为高密度的人流与车辆提供着优质的服务。其中富有成效地开发和运用智能交通系统是 新加坡在城市交通发展规划和实践中引人注目的一环。 中国在国家政策方面积极倡导智慧交通发展，国家及部委陆续出台了《智慧交通让出行更便捷行动方案 （2017-2020 年）》、《交通运输部办公厅关于加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点的通知》、《数 字交通发展规划纲要》、《交通强国建设纲要》、《智能汽车创新发展战略》、《国家综合立体交通网规划纲要》 等一系列政策文件。2018 年 2 月，交通运输部启动了新一代国家交通控制网和智慧公路试点工作，在北京、河北、 吉林、江苏、浙江、福建、江西、河南、广东 9 个省市开展智慧公路示范工程建设，确定了示范基础设施数字化、 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 + 路网综合服务以及新一代国家交通控制网等试 点方向，基本囊括和代表了中国智慧公路的发展方向。 目前南非、北非的公路建设处于初期阶段，部分道路有收费、通信、简单监控系统，还未有智慧公路建设方 面内容。中东地区在城市区域设置有一定规模数量的城市智慧交通工程，为当地经济、交通发展带来了一定效益。 针对特地的场景，部分城市设置了解决方案，但在顶层设计、路网互联互通方面还有待完善。 现状和趋势 智慧公路技术白皮书 05 标准先行，总体处于起步阶段 2.2 国际上，智慧公路主要聚焦于“合作式智能交通”、“智能基础设施”等相关的技术研究，并进一步开展了 相关行业标准的制定工作： » ETSI（欧洲通信标准化协会）和 CEN（欧洲标准化组织）：按照欧盟 M/453 法案的要求，合作共同制定合作 智能交通系统的相关标准； » ISO（国际标准化组织）：TC204（国际标准化组织智能运输系统技术委员会）是最早制定车联网相关标准的 组织； » IEEE（美国电气及电子工程师学会）：802.11p/1609 主要从事车用无线局域通信协议的标准工作，应用于车 - 车、车 - 路的中短程距离通信，解决了车用通信受限于高速移动的挑战。 上述标准仅就某一种技术应用进行建设，尚缺乏技术的整体协同应用，基础设施智能化标准制定进展缓慢。 中国智慧高速公路标准化工作也处于起步阶段，目前，智慧高速相关的标准由各省率先编制完成。 » 随着智慧高速试点工程推进，部分省份总结智慧高速的试点建设经验，编制了相应的建设指南，截止到目前， 浙江省交通运输厅发布了《智慧高速公路建设指南 ( 暂行 )》（ZJ/ZN 2020-1）；江苏省交通运输厅发布了 《江苏省智慧高速公路建设技术指南》（JSITS/T 0001-2020）、《江苏省普通国省道智慧公路建设技术指南》 （JSITS/T 0002-2020）；山东省交通运输厅发布了《智慧高速公路建设指南（试行）》（SDITS/GL 2021- 01）；云南省发布了《云南省智慧高速设计指南（试行）》；北京市发布了《智慧高速公路建设指南（试 行）》；宁夏发布了《宁夏公路网智能感知设施建设指南（试行）》；川渝区域形成了《智慧高速公路》（DB50T 10001.1-2021 DB51T 10001.1-2021）系列地方标准等不少省市做了一些智慧高速的试点探索实践。对于这 些省市的指南 / 标准有几个关键的行业共识共通点，安全效率是出行服务永恒的主题和目标：智能化作为手段， 智能化、信息化要和业务融为一体； » 2020 年，中国道路交通安全协会发布团体标准《车联网路侧设施设置指南》（T/CTS 1-2020）、《智慧高 速公路交通标准设置指南》（T/CTS 3-2020）中国智能交通产业联盟发布团体标准《智慧高速公路信息化建 设总体框架》（T_ITS 0125-2020）、《普通国省干线智慧公路总体框架》（T_ITS 0144-2021）。 相比智慧公路的建设步伐，智慧公路标准化的建设较为滞后，缺少基础共性、互通共享、以及系统建设等方 面能提供通用关键技术指标和规定的行业技术标准。随着公路建设里程的不断增加，越来越多新的技术问题和技 术需求不断出现，现有标准所涉及到的传统机电系统的内容，其广度和深度难以满足设计者的需求，还需通过专 门的标准规范等予以展开或补充，并为现有更高层次的标准将来的修订和完善提供参考。 现状和趋势 智慧公路技术白皮书 06 当前发达国家纷纷开展公路数字化、智能化等新技术的开发和测试，新的建设、运营模式也蓬勃发展， “聪明的车 + 智能的路”将是未来公路交通的基本形态。 建设未来互联互通畅行数字化路网 为了全面掌握路网运行状态、采集实时车辆运行数据，实现在线监控、指挥调度、公众信息服务等功能，建 设全程覆盖的气象、图像、交通量等路网状态感知数字化设施，实现全时、全天候路网宏观运行状态监测和预测 准交通对象微观运行轨迹，看得全、看得准、看得懂，是智慧公路全息感知体系的发展方向。 应用智慧云控平台决策道路运行 智慧云控平台是智慧公路建设成功的根本，是决定智慧公路能否发挥“智慧”和“服务”，实现信息互联互 通的关键。利用云计算、大数据等技术，整合路网静态交通设施、动态交通流和交通参与者的时空信息，并基于 GIS/ 高精地图构建完整的数字孪生平台，在此基础上提供认知、决策、仿真、评估等算法模型，是提升交通安全 和效率的关键。 构建多应用多层次服务体系 公众出行服务是智慧公路建设的最终目的，公众出行信息服务水平更是衡量智能交通现代化程度的重要标志。 智慧公路的发展需要持续激发市场活力，积极探索引入社会机制，调动资本参与智慧公路规划、建设、运行和管 理的积极性，采用多种方式鼓励政府与企业、社会机构等开展全方位合作，优势互补，共同构建多应用、多层次 的动态信息服务体系。 聪明的车、智慧的路，加速交通行业产业升级 2.3 现状和趋势 智慧公路技术白皮书 07 需求和挑战 智慧公路的内涵：空间连通、信息互通、要素融通 3.1 智慧公路是传统公路与新一代信息技术深度融合发展的新型基础设施，通过应用 5G、卫星定位、AI、物联网、 云计算、边缘计算、大数据、GIS、BIM 等现代化信息技术，全面感知、分析、整合和处理公路路网运行信息，以数 据资源驱动公路规划、建设、管理和服务创新发展。智慧公路的核心是交通要素的感知化、互联化和智能化，具体 表现形式包括智能设施、智能决策、智能管控和智能服务等，从而形成智慧化交通运输综合管理、控制和运营服务 系统。考虑称谓的全球适用性，本白皮书中所指的智慧公路涵盖开展智慧化交通建设的高速公路、普通公路和城市 道路三大类。 世界范围内对于智慧公路内涵尚未形成共识。不同国家与组织对于智慧公路概念认知的核心集中在利用前沿 技术与设备和公路需求进行适配，对公路信息进行感知、分析，实现动态管理与高水平服务方面。整体来讲，智 慧公路可以包含三层内涵，即空间连通、信息互通、要素融通。 智慧公路技术白皮书 08 融合协同是智慧公路终极表现。 智慧公路通过人车路环境的深度 融合及协同体现最终价值。根据 交通参与者个性化需求及不同路 段区域的功能需求，变被动为主 动，实现全方位主动管控和全过 程伴随服务。具体表现为车辆控 制由物理控制向信息控制，最终 向共鸣式信息诱导转变。系统服 务由间断式固定点位群体信息服 务向全过程伴随式多渠道个性定 制化转变。 空间连通是智慧公路的本质需求。 针对单一公路，智慧公路的目标不 仅包括人和物位置的移动，更是对 安全、快速、绿色移动提供了可能， 这是智慧公路的显著特征，具体表 现为平均行驶速度的提升、交通安 全水平的提升以及平均能耗的降低。 针对区域路网，由于不同等级公路 在管理体制、发展理念、技术标准 等方面均存在差异，通过对公路系 统的智慧化，可以拉通全面各级公 路间的引导和调度，优化路网运行 结构，提升公路可达性和高效性， 实现空间连通功能的安全高效提升。 信息互通是智慧公路的实现基础。 智慧公路采取全域道路一体化的 发展思路，随着 5G、物联网、人 工智能等技术的发展，基于数据 汇聚和处理机制在应用层实现道 路信息统一管理，为实现全场景 的互联互通奠定基础。具体特征 表现为感知数据从断面、集计交 通运行数据向个体非集计数据演 变；交通事件从被动辨识向风险 预警演变。 安全高效的空间连通 精准有效的信息互通 融合协同的要素融通 需求和挑战 智慧公路技术白皮书 09 安全、效率、绿色、服务，智慧公路建设的共性需求 3.2 公路业务需求可以划分为安全需求、效率需求、绿色需求、服务需求四个层次 安全需求 效率需求 绿色需求 服务需求 安全需求是确保公路正 常运行的基本需求，包 括道路基础设施安全、 交 通 运 行 安 全 以 及 数 据安全三大类。安全需 求是目前推动智慧公路 发展的最强大的动力。 本文中安全特指交通安 全，数据安全另行分析。 公路的价值在于运输效 率的基本保障。在安全 保障的基础上，如何提 供 便 捷、 高 效 的 出 行 供给，提升公路交通效 率是公路供给效能的关 键，也是地方经济发展 的保证。 低碳绿色是公路发展公 共属性需求，同时也是 个体节能的需求，绿色 理念是公路建设可持续 发展的“太阳能”，是 个体出行成本降低和公 共环境利益的结合体， 为公路提供持续保障。 公路对公众的服务能力 决定了公众对公路的认 同程度，同时作为参与 者，公众同样对公路建 设提供了助力，如何提 升公路的功能成效和社 会认同度，切实有效的 提升服务质量是公路核 心保障。 安全需求是公路业务需求中最根本的需求，是一切需求的基础。在解决交通安 全需求领域，全世界均在不同层面做出不懈努力。2020 年联合国大会第 74 届会议 期间通过决议，宣布 2021-2030 年为道路安全行动十年并发布《道路安全行动十年 全球计划》，该计划提出从 2021 年到 2030 年将道路交通死伤人数减少至少 50%。 世卫组织表示，在全球范围内，道路交通事故每年造成近 130 万本可预防的死亡以 及约 5000 万人受伤，是道路安全成为全世界儿童和青年的主要死因。若照目前趋势， 则今后十年道路安全问题还将造成约 1300 万人死亡，5 亿人受伤。道路交通事故造 成的死伤都是可预防的，可惜它仍然是全球死亡的一个主要原因。如何在道路交通 事故发生前预防、发生中减轻损失、发生后快速排险成为安全需求的根本。 预防事故发生 任何风险因素其背后都蕴含着事故发生的“必然”规律。在车辆行驶过程 中风险因素并不一定立即形成交通事故，当遇到一些偶发事件后就演化为事故。 防范于未然永远是遏制交通事故的最有效方式。核心需求是提前识别潜在交通事 故隐患并及时给予管控手段。 3.2.1 安全需求 需求和挑战 智慧公路技术白皮书 10 减轻事故损失 事故无法完全避免，零死亡愿景短期内较难实现。在这个大背景下