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    面向未來的智慧道路解決方案與實踐

    來源:本站   發布時間: 2020-03-13 13:54:39

    深圳市城市交通規劃設計研究中心有限公司

    一、 發展背景

    (一) 作為道路信息化載體的桿件缺乏統一規劃,設備共用與數據整合不足,影響城市景觀

    政府部門職能分割導致道路兩側桿件林立,各類檢測設備重復占用空間資源,凌亂的布設影響城市景觀。各部門桿件信息無法整合,道路智能化功能單一,缺乏統一部署和有效融合。

    (二) 人工道路巡查效率低,非現場執法智能化監管手段匱乏

    道路規劃、道路管養、運輸管理、交通執法和安全應急等道路責任單位,普遍存在人員編制不足,巡查力量薄弱,在道路監管工作中,智慧監管空白,存在管理短板。支撐非現場執法的外場設備嚴重不足,智能化監管手段匱乏,存在監管難、取證難、執法難的問題。

    (三) 以機動車為主交通控制體系難以滿足高品質慢行交通的要求

    交叉口信號控制大多以單點優化為主,全局控制效率低,對行人優先的策略不足。在路口處缺乏新型交通設施(地面紅綠燈、道釘等),針對行人安全的提醒有待提升。

    (四) 道路與車輛的智能化發展水平失衡,難以支撐車路協同交互

    車路協同、自動駕駛時代,交通信息的感知將由傳統的關注交通流信息的感知轉向面向基礎設施的環境感知、車輛行駛狀態的精細感知以及V2X的異構互聯通信交互。純靠車輛本身的AI在短時間內難以實現安全自動駕駛,需要道路智能化、精細化感知以支撐V2X應用。

    綜上所述,可感知、可運營、可管控、可服務是未來城市和交通發展的重要趨勢,如 1所示。以對城市交通的深入理解把握功能需求,結合新型傳感、車路協同、人工智能等技術,構建智慧道路系統,是支撐建立面向未來城市交通整體解決方案的重要基礎。

     

    1 未來4C城市

    二、 智慧道路解決方案

    (一) 智慧道路的定義及定位

    智慧道路是借助物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術,構建以數據為核心,以信息的收集、處理、分析和發布為主線,實現道路基礎設施數字化、管理科學化、運行高效化和服務品質化,從而解決交通問題、降低運行能耗、提升出行體驗的新型道路。

    智慧道路的主要目標,就是要通過引入U型管廊和多功能智能桿,多功能路邊設備箱等設計理念,對城市道路相關的所有道路基礎設施和城市服務功能,進行統一規劃,統一建設,統一運維,以及資源共享和信息融合,是支撐未來智慧城市、智能網聯汽車和車路協同發展的最重要的城市基礎設施。

    智慧道路系統是智能交通整體解決方案的數據源、承載體、應用端,智慧道路系統在未來城市發展的定位如 2所示。

    2 智慧道路的定位

    (二) 深圳交通中心智慧道路解決方案

    3所示的深圳交通中心智慧道路系統建立以智慧燈桿為主要載體的全對象、全時空、全粒度的道路全息感知體系,實現人---云的全要素協同管控。

    3 交通中心智慧道路示意圖

    1. 功能效果

    1多桿合一:打造設施設備集約化管理,實現數據高度整合共享。

    以路燈桿為核心載體,深度集成智慧道路所需的設備,預留未來車路協同場景下的新增設備的接口,實現多桿合一與數據整合,并針對各部門業務需求提供數據接入權限。

    2全息感知:實現道路全時空范圍覆蓋,設備多功能高度復用。

    采集車流數據、人流量、路面險情、交通事件、環境氣象等23種道路交通信息;谌斯ぶ悄芩惴,實現對視頻圖像的邊緣計算和云校核,極速精準識別道路異常事件,并實現自動預警與上報。

    3泛在互聯:支持基礎設施物聯網接入和車路協同交互。

    全面支持接入LoRa、NB-IoT、LTE-V2X等通信協議或技術,實現信息感知全面接入及車路短程通信,可為未來物聯網、車聯網技術的應用奠定基礎。

    4“云--端”一體化協同:形成面向未來的智慧道路技術支撐體系。

    基于業務需求與資源約束,構建“云--端”為一體的動態任務分配技術,減輕云端壓力。

    5慢行品質提升:體現以人為本的全程服務理念。

    沿線提供WiFi、城市廣播音樂、信息屏、智能照明等多元慢行服務,為市民發布最近的公交到站信息、自行車道指引、施工占道提醒、周邊建筑樓宇、城市公園等信息服務,提升行人慢行品質。

    2. 方案設計

    構建以智慧燈桿、智慧信控為核心產品,以智慧道路管理平臺為應用界面的智慧道路系統。

    1) 智慧燈桿

    以智慧路燈為硬件載體,掛載多元化智能路側設備,同時預留未來新增設備掛載的接口,實現對道路設備設施的集約化管理。智慧燈桿及其主要掛載設備如 4所示。

    4 智慧燈桿功能

    (1) 高清攝像頭,同時基于標準的前端硬件設備,結合視頻AI識別算法,實現實時監控道路交通狀況,采集交通流數據,如流量、速度、車輛類型等參數;準確判別道路異常情況,包括路面險情、設施損毀、交通事件;實時交通違法監控與治安監控,為執法、辦案提供取證依據。

    (2) 信息交互LED屏,實現對路況、停車位、周邊樓宇/景點、行程時間、公交到站、道路施工、天氣、交通事故等多元信息的動態整合和智能化發布,在公交站臺附近可充當臨時電子站牌。

    (3) IP廣播,信息交互屏內集成的廣播音響可以實現新聞、啟事、音樂、比賽賽況等不同內容的對外音頻廣播。

    (4) WiFi無線網絡及嗅探,為公眾提供道路沿線的無線網絡服務,嗅探信號覆蓋范圍內的移動終端,監測人流量密度,實現人群聚集預警,輔助應急處置。

    (5) 物聯網中繼,支持沿線智能邊坡、智能井蓋、智能垃圾桶、路貼、隧道/橋梁傳感器等物聯網設備的數據接入。

    (6) LED智能照明燈,充分利用各時段人流量的情況實現分時段對路燈亮度自由調節,功能更細化,支持遠程手動/自動、電力回路/有線網絡/NB-IoT等多種控制方式。

    (7) SOS呼叫器,實現與指揮控制中心的語音通話,自動語音識別,迅速上報警情。

    (8) 邊緣計算節點,搭載人工智能機器學習算法,支持前端視頻圖像“端到端”的深度學習算法與VA挖掘,滿足智慧城市管理要求。

    2) 智慧信控

    結合路口布設的廣域雷達等傳感器,實現數據自采集與信號控制策略的自適應耦合聯動,支持信號主動優先控制、行人過街控制、綠波帶以及區域最優化配時。

    (1) 車路協同:以信號優先控制策略為指導,基于多目標雷達實時獲取路口的社會車輛到達情況,同時根據路側設備(LTE-V/ 5G/DSRC)的雙向毫秒級通訊連續感知特殊標記車輛的位置和信號狀態,在線生成推薦車速和信號調整方案。

    (2) 行人過街控制:基于視頻和紅外熱成像對等候區、過街區的行人實現精確檢測,根據機動車排隊時間與行人等候時間實現均衡放行;同時,為保證行人安全,將適當自動延長行人綠燈相位,保證行人過街安全。

    (3) 信號自適應控制:基于“多源數據融合+定制化”控制策略,實現從單一線圈斷面數據到“斷面+區段+路徑多源數據”的全時空分類感知轉變;同時面向全交通需求分級控制,可針對各場景需求輸出定制化解決方案。

    3) 智慧道路管理平臺

    智慧道路集成化管理平臺的功能定位總體概括為數據匯聚與融合,數據標準化與分級共享,運行監測和應急聯動,如 5所示。

    (1) 數據匯聚與融合:前端數據集中采集與處理,形成原始數據資源池、特征數據資源池和關鍵中間件;

    (2) 數據標準化與分級共享:為各級政府部門、行業和公眾提供分級標準化數據共享接口;

    (3) 運行監測和應急聯動:可視化展示跨行業融合的數據指標,定期形成報告,支持跨部門協同指揮。


    5 智慧道路管理平臺總體架構

    基于智慧燈桿,借助信息技術和傳感技術組建信息感知和傳輸網,建設標準統一、高度可擴展、可擴充的智慧道路集成化管理平臺,有利于打破信息傳輸孤島,避免基礎智能設施的重復建設,實現高度數據共享;谥腔鄣缆芳苫芾砥脚_,實現大數據交互環境下的全息感知、視頻AI透鏡、無線服務、車路協同、應急協同、數據可視化、資產生命周期管理等智慧道路核心功能,提供“數據采集-數據共享-城市服務”的智慧城市閉環服務。智慧道路管理平臺功能模塊如 6所示。

      6 智慧道路管理平臺功能模塊

    三、 智慧道路深圳實踐

    (一) 僑香路(深圳之花)

    僑香路是深圳跨福田和南山的一條城市主干道,路面修繕及交通改善工程項目于2018615日開工。在設計最初,僑香路項目融入了物聯網、大數據、人工智能、車路協同等新技術,建設內容涵蓋了基于“云--端”整體架構的智慧路燈、智能信號控制、智慧交通執法、智慧道路平臺系統,科技感和智慧功能十足,是深圳首條智慧道路。建成后的僑香路實景如 7所示。

     

    7 建成后的僑香路實景圖

    1. 集約整合

    多桿合一:整合后,桿件總體數量減少32%,其中小型標志桿和監控桿件減少65%,各類桿件合桿示意圖如 8所示。

     

                                                                                                                          圖 8 僑香路多桿合一

     

    多箱合一:基于路口信號機箱,整合路口的電警機箱、閉路電視機箱、網絡機箱,實現多箱合一,可減少路口范圍80%的機箱。

    2. 全息感知

    建設智慧路燈,通過視頻動態監測交通流,識別路面設施狀態,實現人、車、路、環境的全息監測,支撐交通運行研判、設施養護管理與改善效果評估

    3. 精明管控

    建設智能信號控制系統、智能違法監管系統,實現交通自適應控制,提高路口運行效率,規范全路段交通秩序

    流量自適應控制:采集進口道車輛排隊長度、停車次數、紅燈等待時間、多斷面平均車速等數據,對流量大、飽和度高的路口系統會根據各個方向的實時交通需求,動態調整信號配時,使得整個路口的通行效率最高,排隊時間最短,實施流量自適應控制;谝曨lAI的車流智能分析如 9所示。

    同時,僑香路在香蜜湖路口和楓丹雅苑過街位置,布置了地面紅綠燈和紅外防撞柱,如 10所示。地面紅綠燈與人行燈同步,夜間將顯著警示車輛注意過街行人,保障行人尤其是“低頭族”的安全。

     

    10 僑香路地面紅綠燈

    4. 數據共享

    建設智慧道路管理平臺,實現交通數據在部門間的共享共用,發揮數據應用價值。

    (二) 馬拉松山湖綠道(美麗+智慧)

    2019324日深圳光明小鎮國際半程馬拉松賽落下帷幕,由深圳交通中心助力打造的智慧道路系統,迎來了建成投入使用后的首次“大考”并順利通過,標志著國內最長的智慧道路系統全息感知、在線研判的保障任務階段性完成。

    光明馬拉松綠道全長26.7公里,途經歡樂田園花海、公明水庫、百花谷、滑草游樂園、農科大觀園等多個光明區熱門景點,沿途全線布設共760多根智慧路燈,國內規模最大、AI智慧程度最高的智慧綠道,如 11所示。

    1. 看得見的美麗

     

    11 最美山湖綠道

    馬拉松綠道項目的如 12所示的智慧路燈叫“鋼鐵俠”,因其獨特的設計理念和外觀獲得2019年深圳市經貿信息委組織的多功能桿外觀設計比賽一等獎。

     

    12 智慧路燈-鋼鐵俠

    設計理念:

    (1) 基于扁平化流線設計,一體化成型,支持模塊化拼裝及走線。

    (2) 外觀簡潔優美,設備內嵌(隱藏式設計),刪繁就簡,給人一種優雅穩重的美好印象。

    (3) 富有科技感、藝術感,加上高品質的材料及工藝處理,打造出一款具有高辨識度的深圳名片。

    2. 看不見的“黑科技”智慧內核

    除了亮眼的外觀,“鋼鐵俠”也是智慧才華的擔當;谖锫摼W、云計算、大數據等最新科技,在燈桿中內嵌了智慧照明、視頻監控、信息發布、廣播、無線AP、環境監測等智慧模塊,打造了高科技智慧綠道。

    1) 全線無死角監控

    為保證綠道的管理與賽事期間的安全,設計之初基于綠道無死角覆蓋的原則,全線基于智慧路燈布設了近300路攝像頭。所有視頻共享接入公安現場指揮部,支持公安的現場安防監控與聯動指揮。

    2) 視頻AI分析賦能賽事管理

    在視頻監控的基礎上,全面引入AI技術,實現對人流量統計、行人特征識別以及特殊事件預警,賦能賽事管理,如 13所示。

    1)人流量實時統計,預警人流高發區域。

    2)對每個人進行打標簽,識別性別、身高、上衣顏色、褲子顏色、有無帶帽等特征,支持人員時空搜索。

    3)面向綠道管理,定義行人摔倒、路面異物、自行車橫放等事件,并實現即時預警。

     

    13 基于視頻AI的全線監控保障

    3) 信息發布按需規劃定制

    與組委會充分溝通,根據賽道所處的區段與進程,推送適宜的信息屏內容與音樂播放。針對AK段的崎嶇山路,全力保證賽道指引的完整性,對轉彎、急坡、賽道距離等信息進行及時提醒,定制化的發布信息如 14所示;針對賽道分區段的坡度與難度,提供舒緩型與激昂型兩種風格的音樂集進行切換播放。

    14 信息發布按需規劃定制

     

    4) WIFI全覆蓋提供暢游體驗

    山湖綠道位于山林區域,手機移動信號覆蓋較弱,為提升慢行或跑步中的網絡體驗,沿線在燈桿上內嵌布設了超過140個無線AP,并提供超大綜合帶寬,保證沿線暢享WiFi網絡。

    (三) 福田中心區(極致品質和慢行體驗)

    福田中心區智慧交通項目通過超前部署數字化的基礎設施,實現道路運行監測、道路事件監測、道路病害監測,建設可調節、可對話、可服務的智慧道路,積極擁抱以“萬物互聯”為基礎的全新出行體驗時代的到來。福田中心區的智慧交通系統及樣桿實物圖分別如 15所示。


    15 福田中心區智慧交通系統架構圖


     

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