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智慧高速的探索之路

华为全球交通业务部 费吉祥

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当前,国家高速公路网主骨架已基本形成,行业发展重心由建管为主转向建管养运服并重,随着汽车保有量每年年复合增长率接近12%,人民生活水平不断提高,交通出行者对时效性的追求越来越高,车辆对路的要求越来越高,技术的发展越来越快,但高速公路还存在收费效率不高,高速收费站在重大节假日时依旧塞车,高速公路时常出现恶性交通事故,危运车频繁违规造成路损和交通事故等现象,表明我们离智慧高速的目标还有一定的距离,因此高速公路还迫切需要进一步的智慧化,如何统筹协调高速公路“人、车、路、环境”各要素,加快推进新基建时代智慧高速建设,提升管理服务能力,实现“4个交通”(综合交通、智慧交通、绿色交通、平安交通)的发展目标,成为了行业的重要课题。

智慧高速的目标演进及挑战

1. 智慧高速的演进路线

高速公路由电子信息化跨入数字化时代,以ETC自由流收费为起始,未来高速公路向智慧高速不断演进。数字化是智慧高速的基础,主要重点在路网的感知+认知,在感知认知的基础上,逐步构筑智慧路网,最终实现人车路互信协同。

图1 高速公路的演进路线图

2. 建设总目标

围绕“全路网感知、全方位服务、全天候通行、全过程管控、全数字运营”的建设总目标,不断提升高速公路的安全、效率、服务及管理水平,助力智慧高速的数字化转型升级。

安全:进一步打造出行安全保障体系,实现高速公路快速安全通行,远期依托基础设施数字化、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,实现全天候安全通行以及无严重安全事故的美好愿景。

快速:实现ETC收费设备的全覆盖,构建大数据驱动的智慧云控平台,通过智能系统、车辆管控等手段,有效提高高速公路的运行效率,将车辆平均的运行速度提升20~30%。

绿色:打造融合高效的智慧交通基础设施,在新能源新材料行业应用上,鼓励在高速公路服务区、边坡等公路沿线合理布局光伏发电设施,与市电等并网供电。从“十四五”到“十五五”十年期间,我国将进一步大力发展风电、太阳能发电,光伏在2021年的爆发已成定局。

智能:借助新技术,构建人车路协同综合感知体系以及路网综合运行监测与预警系统,全面实现自由流收费,未来还可通过构建车联网系统,全面支持自动驾驶。

3. 智慧高速公路信息化现状及挑战

未来十年,我国智慧高速公路的建设在新技术、新模式、新业态等方面将面临以下挑战:

(1)感知内容少、智能化程度低。

智慧高速的转型升级离不开数据,当前感知设施布设范围覆盖不足,检测手段智能化程度低,数据感知有待进一步完善。

(2)数据共享不充分、分析能力弱。

高速公路数据分析主要还是依靠车检器及视频采集的数据,缺乏其他方式采集的结构化数据,也缺少收费等数据的融合,对实时数据的分析处理能力较弱。

(3)业务不联动,协同不密切。

高速公路各路段运行的业务与养护业务之间缺少联动,同一业务跨路段、跨路网的协同不密切,联合调度指挥能力弱。

(4)预测能力差、辅助水平低。

因缺乏数据支撑,导致系统预测能力差,无法为人工决策提供有效的辅助,决策水平主要取决于指挥人员的经验。

(5)感知手段少、响应速度慢。

感知手段不全面,智能化程度低,导致事件发生后无法第一时间掌握现场状况,无法快速生成应急指令,从而降低了响应速度和指挥效率。

(6)问题溯源能力差、管控水平弱。

因缺乏全面感知的数据,无法对事件发生的根本原因通过仿真等方式展开溯源,无法确定问题症结,导致无法实现精准化管控。

(7)未真正形成综合管控网络。

当前高速公路设备及系统的运维管控尚处于被动模式,亟需一个综合的管控网络和运维平台进行统一、高效、自动化的管理和服务。

此外,还存在着网络安全问题突出、信息孤岛化严重、标准规范有待加强、公众服务质量有待提高等问题。

智慧高速的总体架构和特征

智慧高速是一场技术、发展模式及服务等全方位的变革,需要构建“数字化感知”“泛在联接”“数字平台”“智慧应用”的整体体系。在这场变革中,需要多方合力、共同创新最终达到最佳效果。

图2 智慧公路试点工程-试点方向

1. 智慧高速的特征

智慧高速的特征主要表现在6个方面:全面感知、智能分析、协同运行、自主决策、瞬时响应及精准管控。

全面感知:具备对高速公路沿线设施、承载车辆、运行环境等进行全面、智能、实时、准确的感知能力,能够主动感知异常情况,为后续自主决策、瞬时响应和精准管控提供数据支撑。

智能分析:具备对各种感知手段获取的群体信息与个体信息,历史信息与实时信息等多源信息,在典型场景下进行智能融合分析的能力,能够有助于识别异常,并支撑后续的自主决策。

协同运行:具备高速公路路段内不同业务之间,高速公路路段之间,高速公路与普通道路之间,高速公路与载运工具之间,高速公路与交通参与者之间,实现互联与协同联动的能力,以助于提升管理效率和服务水平。

自主决策: 具备利用机器学习技术开展高速公路异常事件自主学习的能力,可针对高速公路运行异常进行实时运算,精准推测发展轨迹和结果,快速提出最优行动方案,以全面提升高速公路的决策水平。

瞬时响应: 具备实时感知应急事件的发生、迅速判断应急事件的级别、瞬间生成详细处置的预案、快速调动应急处置资源的能力,以全面提升高速公路的应急处置水平。

精准管控: 具有高速公路全面的感知能力和路网异常运行的识别能力,具备主动开展路段级、车道级、特殊车辆精准化管控的能力,以全面提升高速公路的管控水平,保障高速公路安全、有序、畅通地运行。

2. 智慧高速解决方案总体架构

华为智慧高速解决方案,以道路全要素数字化、网络化、智能化为基础,万物互联;以数字平台为核心,构建多业务场景解决方案,即通过1套全要素感知+1个高速大脑+N个智慧应用,实现高速公路的可视、可管、可控、可服务,提高其安全、效率及服务体验。

图3 华为智慧高速解决方案总体架构图

全路网感知:路网的感知需要依赖大量的视频摄像头、传感器及车流量检测器等采集设备,其中视频是最重要的元素。在视频感知方面,主要有三方面的变化:功能机到智能机的转变、单点智能到全网智能的转变、单一手段到多源拟合的转变。通过联通物理世界和数字世界,让数据、软件和AI算法在云边端自由流动,推动交通基础设施的全方位感知及信息的实时交互。

智能联接:通过5G等联接技术,打造全覆盖、低时延、高可靠、超宽、无损的网络通信能力,以实现无缝覆盖、万物互联。

全天候通行:为了保障特殊情况的及时处理,及时恢复交通,避免采用封路这种极端手段,需要边缘计算与边缘智能技术做到以AI能力、应用为核心,缩短端到端的延时。华为解决方案中,将算力和AI能力下沉到边缘侧,缩短了业务处理的时延,同时,边侧对无用数据进行剔除再进行回传,减少了对于带宽的压力,最终保障高速公路的全天候安全通行。

高速大脑:高速大脑是智慧高速建设中最核心的内容,是支撑全业务场景、全生命周期行业智能升级的引擎。智慧高速建设的智慧应用,本质上要能够将感知到的数据,打通孤岛,打通传统的烟囱式系统,对数据进行统一汇聚、治理,通过深挖数据价值,盘活数字资产,使能智慧应用,最终实现智慧高速的一张图。

全过程管控:通过与客户和伙伴的协同创新,帮助交通客户在业务上实现安全、效率、体验的全面提升。从建、管、养、运、服的每个维度都能够达到精准管控,最终体现在出行指标上:道路事故率下降、通行能力提升、道路拥堵率下降及运营成本下降。

智慧高速公路的建设探索

智慧高速要实现数字化、信息化、智慧化,决定了智慧高速建设要有以下几个方面内容:

1. 基础设施数字化:对高速公路的基础设施运行状态进行数字化表述,让物能够“说话”(三维高精度地图,路面桥梁隧道边坡的运行状态感知),提前进行危险预警处置。

2. 网络化:通过网络将数字化的设施连接起来,实现数据交互,物和物之间能够对话(实现路上的设施动态管控,车辆提供个体的信息服务)。

3. 智能化:在网络传输的基础上实现智能反应与调控(车路交互,基于大数据的路网整体协调控制)。

4. 智慧化:借助万物互联,使高速公路能够精准泛在感知,车辆全程受控,在人类智慧的驱动下优化运行。

5. 通过5G通信设备,提供低延时高宽带的无线网络,通过覆盖F5G全光网络实现天地一张网,构建人车路协同的综合感知体系,依托高精度地图及北斗高精度定位,以全面支持未来的自动驾驶。

华为与北京首发集团等多方携手打造的北京首条高科技、智慧型高速公路:京礼高速北京段,借助5G打造的创新场景化解决方案,可以更好地支持车路协同的自动驾驶。2019年,曾在复杂的道路条件下,利用C-V2X蜂窝车联网通信技术、高精度地图等先进技术,进行了大小车多类型毫秒实验的L4级自动驾驶、车队编队全场景测试。

在湖南,华为携手湖南高速集团进行了在线收费稽核科技攻关,将路网运行车辆的计费流水、车辆牌识流水及车辆的全量特征进行多维数据融合、人工智能算法的在线训练,实现了秒级诊断分析和在线自动预警响应,为湖南高速收费的健康运行保驾护航。

智慧高速作为交通运输行业信息化、智能化发展程度最高的领域之一,是建设交通强国的必由之路,将有力带动信息产业的快速发展。智慧高速公路未来的发展趋势是朝着车路协同(LTE-V)自动驾驶迈进,实现人-车-路-环境的智能协同,科技赋能让出行更美好更安全。技术+业务双轮驱动,智慧高速已迎来了新时代,这对我们来说既是挑战,也是机遇!我们相信,在各位交通人的共同努力下,智慧高速将迎来一个美好的时代!

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第30期 智慧交通特辑

跨越IT&OT数字鸿沟,构建交通数字化新范式

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