智慧公路顶层设计方案

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智慧公路顶层设计方案一、智慧公路建设背景二、智慧公路建设总体思路三、智慧公路建设内容四、智慧公路下的车路协同目录 1 、发展政策 2 、智慧公路发展情况 3 、智能网联汽车发展 4 、智慧公路案例 1 、发展政策  2018 年 2 月，交通运输部办公厅发布《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》，覆盖北京、河北、吉林、江苏、浙江、福建、江西、河南、广东。  2020 年 2 月国家发改委印发《智能汽车创新发展战略》，在战略愿景里提出，展望 2035 到 2050 年，中国标准智能汽车体系全面建成、更加完善。安全、高效、绿色、文明的智能汽车强国愿景逐步实现，智能汽车充分满足人民日益增长的美好生活需要。  2020 年 12 月交通部发布了《交通运输部关于促进道路交通自动驾驶技术发展和应用的指导意见》，到 2025 年，自动驾驶基础理论研究取得积极进展，道路基础设施智能化、车路协同等关键技术及产品研发和测试验证取得重要突破；出台一批自动驾驶方面的基础性、关键性标准；建成一批国家级自动驾驶测试基地和先导应用示范工程，在部分场景实现规模化应用，推动自动驾驶技术产业化落地。 2 、智慧公路发展情况  高速公路车路协同方面，全国有超 6000 公里高速公路已经和即将开展智慧高速和车路协同创新示范工作。车路协同建设内容分布在车端、路端和云端，主要实现“感知、通信、计算”三大功能。用于提供面向 C/B 端的主动安全类、提升效率类、信息服务类业务，和面向 G 端的监管控制类业务等。  车城网（城市车联网）方面，建设呈现由点到面的趋势，逐步覆盖全国 50 余个城市。建设内容主要包括“仿真实验 + 封闭测试场 + 半开放道路 + 开放道路”四级架构。建设路径一般是“小规模试点示范 — 规模试点示范 — 局部区域全覆盖 — 全城覆盖”四个阶段。  智能网联封闭测试场方面，全国目前约有 50 个封闭测试场（已建成和待建设），其中 30 个具备智能网联汽车测试能力。 3 、智能网联汽车（ CAV ）发展  据预测， 2021 年全球无人驾驶汽车市场规模将达 70 亿美元；到 2035 年，预计全球无人驾驶汽车销量将达 2100 万辆。  产业链方面，参加“新四跨”企业共有 37 家国内外整车企业、 12 家芯片模组企业、 52 家终端企业、 21 家 CA 平台和安全企业、 4 家图商及 5 家定位服务提供商共同参与，参与车联网产业链企业数量大幅增长。  我国自动驾驶相关企业的创新能力也在不断提高。天眼查专业版专利数据显示，据不完全统计，我国共有超过 1.2 万件与“自动驾驶”或 “ 无人驾驶”相关的专利，其中于 2019 年新申请的专利超过 3 千余件。 4 、智慧公路案例  深圳外环高速公路深圳段一期工程  沿线布设 135 根多功能智能杆，挂载基站实现全线 5G 全覆盖，可使司乘充分感受智慧交通带来的便利。通过综合应用 5G 、边缘机算、人工智能、大数据等新技术，可搭载智慧照明、交通监控、应急广播、气象监测等智能硬件，多维融合道路交通数据，可以实现智能路网监测、智慧应急指挥、实时交通在线仿真、无人驾驶辅助等功能。  杭绍台智慧高速公路  该智慧高速打造智慧隧道、智慧服务区、准全天候通行、车路协同为核心的四大特色场景。项目立足于“新”，在采集整合原有信息资源基础上，通过建设智慧高速云平台，搭建智慧基础设施，协同建设 5G 基础设施，构建道路信息交互平台等方式，打通不同平台间的信息瓶颈。  河南 5G 赋能的智慧高速  国内首次测试将 5G 网联自动驾驶车辆应用于高速公路道路清扫，配合车上的 5G 摄像机、北斗定位和激光雷达等装备，使其按照既定路线自动行驶，精准清扫垃圾，未来有望替代人工清扫和其他人工养护作业。一、智慧公路建设背景二、智慧公路建设总体思路三、智慧公路建设内容四、智慧公路下的车路协同目录 1 、建设原则 2 、建设目标 3 、总体架构 4 、主要应用系统功能 5 、主要建设内容 1 、建设原则  顶层设计、分步实施  着眼于交通运输部、交通委《“十四五”发展规划》，全面、系统地规划设计“智慧公路”建设总体框架，提出总体思路和建设目标，落地建设项目，明确路线图和时间表。  需求导向、注重实效  统筹解决当前道路管理中反映强烈的热点、难点问题；提高政府及部门间协同管理水平；提升公路运行效率，尝试创新体制机制。  资源整合、信息共享  科学规划和整合公路现有资源，打破信息孤岛和资源分割，统筹为各业务部门及广大驾乘人员提供服务，最大限度地提高资源利用效率，减少重复建设。  统一标准、业务协同  同步规范技术标准和业务流程，使“智慧公路”具有良好的复制性和可拓展性，并与其他业务主管部门形成信息互联互通渠道。 2 、建设目标  实现“互联网 +” 模式路政管理  充分发挥“互联网 +” 在公路运行管理中的优化和集成作用，将“互联网 +” 的创新成果深度融合于公路运营管理、安全管理及路产路权管理等工作中，提升路政管理水平。  提升交通运行水平  推进“智慧公路”建设，以“改善交通、方便出行”为核心理念，坚持交通基础设施先行，以绿色交通为导向，构建与城市定位相匹配的现代化综合交通运输体系。  提高公众出行服务水平  始终贯彻“以人为本”的理念，通过与服务商实现公路交通数据共享、通过提高外场信息化设备布设密度，增强数据发布能力，满足公众出行的多样化、个性化、动态化的交通服务需求，提升公众出行服务水平。  提供智能网联车路侧支撑  建立车路协同示范道路，为智能网联车提供路端的技术支撑。应用服务（ SaaS ）数据采集传感器数据视频数据 GNSS 数据事件报警气象数据 …… 智慧应用支撑服务智公路应用支撑消息服务通用中间件 GIS 服务开发服务慧公标准（ PaaS ）数据服务（ DaaS ）路安规范数据采集数据交换数据管理数据共享全体体系基础设施智慧交通云系（ IaaS ）计算资源存储资源网络资源信息安全运行监测智慧管控应急处置公路管养公路资产系统系统系统系统管理系统信息服务决策支持系统系统 3 、总体架构  总体架构分数据采集、基础设施、应用支撑、和应用服务等四层。 4 、主要应用系统功能  应用系统包括运行监测系统、智慧管控系统、应急处置系统、公路管养系统、公路资产管理系统、信息服务系统和决策支持系统等七个。运行监测系统环境检测路面病害监测视频监控事件监测运行状态监控化危车 GNSS 监测智慧管控应急处置系统公路管养系统公路资产管理系统信息服务决策系统交通管理政策辅瓶助颈点智慧识别区域公路智慧养护区域公路网优化 …… 交通气象信息道路运行信息交通出行信息 …… 信息化设施道路附属设施道路基础设施备品备件管理运维人员管理设施养护管理设备台账管理设备故障监资测源管理预案演练管理预案管理应急处置应急事件监测交通行政执法超限车辆管控可变标志控制车道信号灯控制  主要建设内容包括一个大数据中心、 N 个智慧公路应用系统和一套支撑。 5 、主要建设内容一个智慧公路大数据中心综合交通大数据中心 N 个智慧公路应用系统运行监测系统智慧管控系统应急处置系统公路管养系统公路资产管理系统信息服务系统决策支持系统 …… 一套支撑支撑软件系统计算、存储支撑网络支撑大数据安全支撑指挥公路指挥大厅一、智慧公路建设背景二、智慧公路建设总体思路三、智慧公路建设内容四、智慧公路下的车路协同目录 1 、智慧基础设施 2 、运行监测系统 3 、智慧管控系统 4 、应急处置系统 5 、公路管养系统 6 、公路资产管理系统 7 、信息服务系统 8 、决策支持系统 1 、智慧基础设施  为适应高标准，高精度建设要求，建立基于“ GIS ＋ BIM” 的二维、三维全覆盖路网模型，采用基础设施“一张图”管理，实现基础设施建设有序化，管理规范化，维护及时化。  建设内容 1 GIS+BIM 路网数字化 2 感知设备网络化 3 交通安全设施智能化 4 道路基础设施建设一体化 1 、智慧基础设施  GIS 路网数字化  建立全覆盖 GIS 基础路网及 BIM 三维模型 1 、智慧基础设施  感知设备网络化  增加外场设备的规划，检测设备的规划、布局、设备类型、数量、密度  视频、毫米波雷达、极光雷达、交调设备  传感器：湿度、温度传感器设备等 1 、智慧基础设施  交通安全设施智能化  在现有基础上完善感知体系建设，为“智慧公路”数据获取提供支撑，实现示范路、核心区视频监控全覆盖、流量检测全覆盖，达到交通安全设施传感协同及智能化。路口排队长度检测交调检测气象检测排队长度检测 1 、智慧基础设施  道路基础设施建设一体化  道路电力、通讯、管道、充电设施等同步建设；  推进随路光纤网络建设，降低通讯成本，为智慧公路建设提供基础；  与交管局、通讯运营商共同推进微型基站公共 wifi 建设，为区域内公众提供网络服务。同时，应急处突时，也向公众发布应急服务信息。道路巡查设施通讯免费网络信息 ..... 发布 2 、运行监测系统  运行状态监控  事件监测  视频监控  路面病害监测  环境检测  化危车 GNSS 监测监控平台 3 、智慧管控系统  车道信号灯控制  可变标志控制  超限车辆管控  交通行政执法车道信号控制交通管控设备 3 、智慧管控系统  交通诱导条状屏视频屏交通数据检测数据校验融合分析预测诱导方案生成审核发布 3 、智慧管控系统  超限超载车辆智能监管  不停车称重  自动车牌识别  自动报警提示  自动违章通知 3 、智慧管控系统  化危车辆智能管控  化危车辆实时定位监控  历史轨迹回放查询  设定电子围栏区域报警车辆实时定位监控历史轨迹回放查询区域报警 3 、智慧管控系统  车路协同控制系统  交通信息采集和交通管理  基于车载感知的安全报警和控制  车车 / 车路通讯和信息共享智能路侧系统一体化集成车路协同框架 4 、应急处置系统  应急处置  应急值守  应急处置  预案管理  预案演练  资源管理应急事件监测紧急事件监测应急情况初判信息报送应急处置启动预案预案勤务指挥调度应急状态跟踪处置结果反馈应急处置系统预案管理预案建立预案效果评价预案更新预案演练演练计划管理演练过程管理演练过程记录演练评估资源管理人力管理物资装备管理应急信息管理 4 、应急处置系统  突发事件应急处置操作员人接到报警信息运行监测系统自动监测报警显示操作员查看和确认报警信息启动预案，同时发布消息对现场进行监控，直至事件处理结束应急处置系统返回事件处理结果指令管控系统恢复日常交通管控状态对事件处理进行总结，更新预案 5 、公路管养系统  系统描述  依靠智能分析引擎，以流程驱动的工作方式实现机电运维管理工作由 “被动维护”到“主动维护”、由“计划维护”到“状态维护 ”的提前式、预防式的智慧化综合运维管理；  公路管养系统  设备故障监测  路况监测  设备台账管理  设施养护管理  运维人员管理  备品备件管理 5 、公路管养系统  智慧隧道管养移动应用 APP  三维 GIS 平台  手机 APP 故障报告 设备运行状态 故障信息自动报警 维护人员巡查计划 备品备件查询公路管养手机 APP 6 、公路资产管理系统  智慧路产管理采用基于 GIS 的“一张图”管理模式，通过 BIM 三维建模，实现区域内路产管理高精度、全可视。  管理对象主要包括：  内部普通公路、重点桥隧涵  进出高速公路、普通公路、重点桥隧涵  内部道路附属设施、信息化采集与发布设备  内部道路井盖设施  具体包括：  智能路产管理  智能设备管理  交安设施管理  路政管理 6 、公路资产管理系统  路产设施三维可视化管理平台  高精度 GIS 地图  BIM 三维模型  路产资源台账 6 、公路资产管理系统  信息化设施监控运维平台  外场设备、传感器台账  设备状态在线管理  现场摄像头视频调取  故障设备报警 6 、公路资产管理系统  交安设施管理  井盖  标志  护栏  路面点击查看长寿命 RFID 电子标签（ 10 年左右） 6 、公路资产管理系统  路政管理  治超  红外入侵检测  破坏公路安全检测  图像视频检测 7 、信息服务系统  为落实高标准服务要求，做好全方位信息服务保障，拟在以下几方面开展数据采集、共享相关工作。  交通出行信息  道路运行信息  交通气象信息交通信息服务平台交通出行信息拥堵指数停车场信息充电、加油站信息公共交通到站信息公交站位置信息重要地点信息道路运行信息道路施工信息交通管制信息盲区车辆检测信息交通气象信息道路团雾情况道路积水情况道路冰雪情况道路环境信息 8 、决策支持系统  以智慧基础设施为支撑，深入收集各类交通数据和信息。通过交通数据建模、大数据挖掘等技术，全面把握区域交通运行时空规律，为城市规划、交通管理等工作提供决策依据。具体应用包括：  区域公路网优化  区域公路智慧养护  瓶颈点智慧识别及改造  交通管理政策辅助决策 8 、决策支持系统  区域公路网优化  优化调整区域公路网布局规划，以协调及引导城市土地开发。 8 、决策支持系统  瓶颈点智慧识别及改造瓶颈点 1 瓶颈点 2 1 2 利用智慧公路基础设施，全感知道路运行状态，准确识别出潜在瓶颈路段并进行优化改造。 8 、决策支持系统  区域公路智慧养护  养护资金的争取与统筹安排，进一步提高养护决策的科学性与透明度，提高养护资金的使用效率。  路段（项目）  时序  方案（措施）  效果 / 目标 / 投资效益 8 、决策支持系统  交通管理政策辅助决策  流量分析  路段负荷度分析  过境交通及费用分析  制定收费原则，如对境内、过境车辆差别化收费。措施前措施实施后总费用总费用小客大货小客大货区域外 330 1130 330 1130 区域内 290 1000 370 1190 一、智慧公路建设背景二、智慧公路建设总体思路三、智慧公路建设内容四、智慧公路下的车路协同目录 1 、车路协同感知 2 、车路协同通信 V2X 3 、高精度地图 4 、实时边缘计算 5 、公路车路协同服务 6 、车路协同架构 7 、车路协同数据处理流程 1 、车路协同感知  车路协同感知在结合现有的智能交通感知设备的基础上，增加了更加精密的路侧感知设备、车载感知设备和 5G 移动大数据。  路侧感知设备：激光雷达、毫米波雷达和带目标识别功能的视频摄像机；  车载感知设备：则是包括自动驾驶车辆能够感知到的数据，需要通过路侧单元 RSU 实时上传到边缘计算节点。车载单元 OBU 路侧单元 RSU 2 、车路协同通信 V2X  V2X 车路协同通信技术是对 D2D （ Device to Device ）技术的应用过程。它指的是车辆之间，或者汽车与行人、骑行者以及基础设施之间的通信系统。可基于 5G 技术和 LTE-V 技术。 5g 通讯优点：通信距离长传输速率高高速移动性 • 5G 车联网 • 5G 车联网 • 5G 车联网 V2V 通信的为 V2X 通信支持速度更最大距离大提供高速的快的车辆通约为下行和上行信，其中， 1000m 。链路数据速支持车辆最率（最大传大的行驶速输速率为度约为 1Gbit/s ） 350km/h 。 3 、高精度地图  高精度地图是指电子地图的绝对坐标精度更高且所含道路交通元素更丰富和细致的电子地图，其中绝对坐标精度是指地图上某个目标和真实的外部世界的事物之间的精度。  局部动态地图是统一描述道路动态环境的高精地图，是判断车辆是否处于危险状态的重要参照。高精度地图局部动态地图的四层架构 4 、实时边缘计算  边缘计算是以云计算为核心，以现代通信网络为途径，以海量终端为感知前端，通过优化资源配置，使得计算、存储、传输、应用等服务更智能，具备优势互补、深度协同的资源调度能力。 传统云 边缘云高速公路车路协同服务政府监管服务交通管理 ( 高速交警 ) 交通状态监管车道匝道控制特种车辆优先实时安全状态检测安全应急处置警力指挥调度交通运输管理 ( 交通运输局 ) 高速公路运行状态监管高速公路治超监管客运车辆监管危险品货运监管公路应急管理环保 ( 环保局 ) 高排放车辆排放监测超标车辆驶入监控企业营运服务长途客运服务车辆运营管理车辆安全警告车辆失控处置车内安全服务物流运输服务车辆运营监控