城市道路基础设施智能化建设方案研究.pdf

84 智慧交通|INTELLIGENT TRANSPORTATION作者简介杨羚（1993），女，硕士研究生，工程师，从事智能交通研究工作。Email:yangling_摘要：随着国家交通运输数字化转型、新基建相关文件的落地实施，以及智能网联、自动驾驶等新型产业的不断发展，传统的仅用于提供车辆通行功能的城市道路已难以满足时代发展需求，亟需采取智能化手段提升道路基础设施感知、管控和服务水平。该文基于近年来国内各城市智能化道路试点建设经验，对道路基础设施智能化进行解读，提出“服务多方位、设施全智能、平台一网联”的总体建设框架和实施内容，并将研究成果应用于苏州相城区城市道路智能化建设中，通过示范应用证明，提出的建设方案具有可实施性，智能化升级建设后的城市道路能够有效促进管理、服务和产业提升。关键词：城市交通；智能道路；智能化基础设施；建设方案Abstract:Abstract:With the digital transformation of national transportation,the implementation of new infrastructure-related documents,and the continuous development of new industries such as intelligent network connection and autonomous driving,traditional urban roads used only for vehicle traffic can no longer meet the needs of the times.There is an urgent demand for intelligent means to improve the level of sensing,control and service of road infrastructure.Based on the experience of the pilot construction of intelligent roads in various cities in China in recent years,this paper interpreted the intelligence of road infrastructure,and proposed a general construction framework and implementation content of“diversification of services,all-intelligent facilities and all-connected platforms”.The research results were applied to the intelligent construction of urban roads in Xiangcheng District,Suzhou.The demonstration and application proved that the construction scheme proposed in this paper is feasible.The transformed urban roads can effectively promote the improvement of management,services and industries.Keywords:Keywords:Urban Traffic;Smart Road;Intelligent Infrastructure;Construction Scheme0引言随着社会经济水平的提升和新一代信息技术的不断发展，城市出行结构与需求发生重大变化，道路不仅是具有通行、连接功能的土建设施，而且是能够提供主动感知、科学管控、多元服务的智能载体。国家有关部门相继出台交通强国建设纲要数字交通发展规划纲要等重要文件，明确指出了交通运输应进行数字化、智能化、网络化转型1，对城市道路基础设施建设提出了更高的要求。上海、武汉、无锡等城市积极响应政策号召2-4，陆续建设了一批智能网联道路、智慧道路示范工程，对已有城市道路的路侧设施、管理系统等方面都进行了一定程度的智能化升级。但目前全国各城市开展的道路智能化建设的实施框架、实施内容与要求却有很大不同，部分地区存在盲目追随热点、对新技术理解不深的误区，导致智能化应用场景不城市道路基础设施智能化建设方案研究杨羚1，陈玉飞1，党倩1，姜圣1，王君羽1，朱恒2，茅志强31.华设设计集团股份有限公司，2.苏州市相城区公路事业发展中心，3.先导（苏州）数字产业投资有限公司Research on Intelligent Construction Scheme of Urban Road Infrastructure85 智慧交通|INTELLIGENT TRANSPORTATION明确，难以带动新产业生态的协同发展5，为此亟需一种体系化、规范化的道路基础设施智能化建设方案的指引。本文从顶层设计的角度，对道路智能化升级的内涵和总体框架进行了思考和探索，提出了“设施全智能、平台一网联、服务全方位”的设计理念，为各城市道路基础设施智能化建设和推广提供参考。1智能化道路内涵理解1.1智能化道路定义道路是连通城市内部，承载市内交通运输的重要通道，它以路面为中心对象，包含空间域上与路面相关联的路基、沿线附属设施在内的实体工程6。而“智能化”的概念目前没有统一定义，根据关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见可理解为：将新一代信息技术进行深度赋能，使得“哑设施”具备自主能动性7。因此，道路基础设施智能化则是通过引入新型设备和先进技术，赋予传统道路具有主动感知、精准管控、多元服务的能力，将传统道路升级为智能化道路。本文根据上述分析，结合道路应用与服务场景，将智能化道路具体定义为：融合应用5G、高精度定位、人工智能等新一代信息技术，具备“强感知、强通信、强计算”能力，能够进行交通智能管理和服务、辅助自动驾驶的道路主体及其附属设施和相关系统平台。1.2智能化道路特征相比于传统道路，本研究认为智能化道路具有如下主要特征：（1）全要素自主感知能力传统城市道路主要满足基本道路管理和出行需求，布设的感知设备功能单一，一般仅实现交通流信息采集，对人、车、路、环境等信息采集不全，且不具备计算分析能力8。智能化道路通过科学部署AI监控视频、5G基站、路侧单元（Road Side Unit，RSU）、边缘计算、高精度定位等新型路侧设施，建立多源融合、全域监测的感知网络，能够实现对道路数据的全面采集和极速传输，是提供智能化管理与服务的基础。（2）主动式交通管控能力传统城市道路的管控模式以人工判断、事后处置为主，是一种被动式的管理方式9，具有延迟性和低效性。智能化道路基于海量道路数据，依托人工智能、大数据等技术，能够对交通事件、交通状态进行精准识别与态势预测，辅助管理人员进行科学研判，实现主动式管理，提高城市道路应急处置、智能决策能力。（3）多元化出行服务能力随着时代的发展，人们对于出行服务的需求越来越趋向于多元化发展，道路出行需同时兼顾安全性与高效性。智能化道路应用车路协同技术，能够将诱导信息、预警信息、辅助驾驶信息实时推送给行驶车辆，实现车与路之间的及时交互，保障道路出行的安全性与高效性，提升道路出行服务体验感。2道路基础设施智能化建设框架本文基于对智能化道路的理解，围绕城市交通管理部门、出行公众、相关企业用户的应用需求，提出“服务多方位、设施全智能、平台一网联”的道路基础设施智能化建设总体框架（图1）。服务全方位是综合考虑行业管理人员、驾乘人员、企业用户的应用需求进行应用场景建设。管理部门可以在更加智能的道路上提高运行监测、养护管理、分析决策等业务效能。驾乘人员可以享受更加安全、高效、舒适的出行服务。企业用户可以依托智能化道路进行车辆测试等。设施全智能是指对路侧设施进行智能化升级，运用更先进的外场的感知设施、通信设施、边缘计算设施等，实现对道路86 智慧交通|INTELLIGENT TRANSPORTATION图1 道路基础设施智能化建设总体框架主体及附属设施、道路运行状态、道路路域环境的融合感知与数据传输。平台一网联是指通过平台的构建，实现对路端、车端采集数据的汇聚、处理、分析与共享，并能与第三方平台进行对接，支撑应用服务。本方案提出建设边缘云和中心云两级车路协同云控平台，在具体建设时，可根据实际需求进行模块和功能选配。3道路基础设施智能化实施内容3.1服务多方位服务多方位围绕管理需求、出行需求、企业需求开展应用场景建设。不同用户服务内容如表1所示。行业管理应用服务面向不同运营、养护、执法等不同业务部门，提供监测预警、主动管控、应急调度、智慧养护、综合执法等功能，实现道路管理“可视、可测、可控”。驾乘人员应用服务围绕道路出行安全、效率、体验提升，提供车道级诱导服务、精准气象服务、伴随式出行信息服务、车路协同及自动驾驶服务等。企业应用服务面向交通运输企业提供道路交通流量、实时路口等数据支持，用于辅助交通运输企业进行管理调度、决策制定等。向智能网联企业提供封闭道路、半开放道路和开放道路的全方位企业级综合测试服务，为企业产品开发测试、安全性评估与功能评价提供基础支撑。3.2设施全智能路侧设施智能化需要依托智能感知、通信、边缘计算等设施，需要根据车路协同、治安、交通管控等不同需求确定选型和部署方案。本文则基于智能道路相关工程已有建设经验，提出通用性的实施建议，部署示意图如图2、图3所示。智能路侧感知设施重点包括AI摄像机、毫米波雷达、激光雷达设备，能够实现对车流量、交通事件、违法行为等监测识别。平直路段中，AI摄像机部署距离不应超过500 m，确保监控覆盖不留盲区，重点路段如公交站台、学校区域需局部加密；毫米波雷达在事故发生率高、流量大的路段宜500 m部署一个，在事故率低、流量小的路段可1 000 m部署一个；激光雷达由于目前费用较高，建议酌情部署在行人、车辆密集、事故较多的路段；平面交表1 智能化服务内容服务用户服务需求服务内容及功能行业管理人员满足运营、养护、执法等不同行业管理业务部门的需求面向运营部门提供道路交通状况实时信息，实现全面监测和交通管控；面向养护部门提供道路破损情况等信息，及时进行养护处理作业；面向执法部门提供执法取证信息，辅助执法判断驾乘人员满足驾乘人员高效、安全出行的需求，及时掌握道路交通状况实现车道级诱导、精准气象服务、实时预警提醒等伴随式服务企业用户（包括交通运输企业和智能网联企业）满足企业用户对于道路交通数据服务的需求面向交通运输企业提供实时路口数据辅助其进行车辆调度管理；面向智能网联企业提供车辆测试数据，辅助进行产品开发87 智慧交通|INTELLIGENT TRANSPORTATION叉口单个通行方向应至少部署一套摄像监控设备、一套毫米波雷达，双向车道数大于四的交叉路口可部署一套激光雷达设备。智能路侧通信设施包括5G基站、RSU等设备。由于5G基站一般由运营商建设，本文重点考虑RSU设备的部署要求。RSU设备需要与感知、计算及其他设施实现数据对接，支持与车载终端的信息交互，一般固定于道路横臂上，靠近车道中间，且与行驶车辆之间视距无遮挡，部署地点需具有良好的4G/5G蜂窝网络信号。路侧边缘计算设施的算力需满足服务区域，内数据融合、更新等需求，一般应至少支持4路摄像机、4路雷达设备同时接入和数据处理，且计算时延不高于100 ms。平直路段一般可23 km部署一台边缘计算设备，平面交叉口可在每个路口部署一台。图2 平直路段行人过街处路侧智能设施部署示意图图3 平面交叉口路侧智能设施部署示意图3.3平台一网联平台一网联依托边缘云和中心云两级云控平台组成。路侧设施部署于路侧，采集的信息通过通信网络接入边缘云子系统和中心云系统，边缘云子系统接入中心