面向未來的智慧道路解決方案與實(shí)踐

“智慧道路”就是以信息化、智能化引領(lǐng)高速公路管理和運(yùn)營服務(wù)水平提升，積極準(zhǔn)進(jìn)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)與道路管理、運(yùn)營服務(wù)的深度融合，全面深化道路信息數(shù)據(jù)的共享利用，可靠的通信保障體系、實(shí)時(shí)的預(yù)報(bào)預(yù)體系。

“智慧道路”是智慧交通的特色場景之一，今天和大家分享的是《面向未來的智慧道路解決方案與實(shí)踐》，供大家學(xué)習(xí)參考。

一、

發(fā)展背景

(一)作為道路信息化載體的桿件缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，設(shè)備共用與數(shù)據(jù)整合不足，影響城市景觀。政府部門職能分割導(dǎo)致道路兩側(cè)桿件林立，各類檢測設(shè)備重復(fù)占用空間資源，凌亂的布設(shè)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(tǒng)一部署和有效融合。(二)人工道路巡查效率低，非現(xiàn)場執(zhí)法智能化監(jiān)管手段匱乏。道路規(guī)劃、道路管養(yǎng)、運(yùn)輸管理、交通執(zhí)法和安全應(yīng)急等道路責(zé)任單位，普遍存在人員編制不足，巡查力量薄弱，在道路監(jiān)管工作中，智慧監(jiān)管空白，存在管理短板。支撐非現(xiàn)場執(zhí)法的外場設(shè)備嚴(yán)重不足，智能化監(jiān)管手段匱乏，存在監(jiān)管難、取證難、執(zhí)法難的問題。(三)以機(jī)動(dòng)車為主交通控制體系難以滿足高品質(zhì)慢行交通的要求。交叉口信號(hào)控制大多以單點(diǎn)優(yōu)化為主，全局控制效率低，對行人優(yōu)先的策略不足。在路口處缺乏新型交通設(shè)施（地面紅綠燈、道釘?shù)龋?，針對行人安全的提醒有待提升?strong>(四)道路與車輛的智能化發(fā)展水平失衡，難以支撐車路協(xié)同交互。車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛時(shí)代，交通信息的感知將由傳統(tǒng)的關(guān)注交通流信息的感知轉(zhuǎn)向面向基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)境感知、車輛行駛狀態(tài)的精細(xì)感知以及V2X的異構(gòu)互聯(lián)通信交互。純靠車輛本身的AI在短時(shí)間內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)安全自動(dòng)駕駛，需要道路智能化、精細(xì)化感知以支撐V2X應(yīng)用。綜上所述，可感知、可運(yùn)營、可管控、可服務(wù)是未來城市和交通發(fā)展的重要趨勢，如圖 1所示。以對城市交通的深入理解把握功能需求，結(jié)合新型傳感、車路協(xié)同、人工智能等技術(shù)，構(gòu)建智慧道路系統(tǒng)，是支撐建立面向未來城市交通整體解決方案的重要基礎(chǔ)。

圖 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(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建以數(shù)據(jù)為核心，以信息的收集、處理、分析和發(fā)布為主線，實(shí)現(xiàn)道路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、管理科學(xué)化、運(yùn)行高效化和服務(wù)品質(zhì)化，從而解決交通問題、降低運(yùn)行能耗、提升出行體驗(yàn)的新型道路。智慧道路的主要目標(biāo)，就是要通過引入U(xiǎn)型管廊和多功能智能桿，多功能路邊設(shè)備箱等設(shè)計(jì)理念，對城市道路相關(guān)的所有道路基礎(chǔ)設(shè)施和城市服務(wù)功能，進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一建設(shè)，統(tǒng)一運(yùn)維，以及資源共享和信息融合，是支撐未來智慧城市、智能網(wǎng)聯(lián)汽車和車路協(xié)同發(fā)展的最重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施。智慧道路系統(tǒng)是智能交通整體解決方案的數(shù)據(jù)源、承載體、應(yīng)用端，智慧道路系統(tǒng)在未來城市發(fā)展的定位如圖 2所示。

圖 2智慧道路的定位

(二)深圳交通中心智慧道路解決方案圖 3所示的深圳交通中心智慧道路系統(tǒng)建立以智慧燈桿為主要載體的全對象、全時(shí)空、全粒度的道路全息感知體系，實(shí)現(xiàn)人-車-路-云的全要素協(xié)同管控。

圖 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(shè)施設(shè)備集約化管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shè)備，預(yù)留未來車路協(xié)同場景下的新增設(shè)備的接口，實(shí)現(xiàn)多桿合一與數(shù)據(jù)整合，并針對各部門業(yè)務(wù)需求提供數(shù)據(jù)接入權(quán)限。（2）全息感知：實(shí)現(xiàn)道路全時(shí)空范圍覆蓋，設(shè)備多功能高度復(fù)用。采集車流數(shù)據(jù)、人流量、路面險(xiǎn)情、交通事件、環(huán)境氣象等23種道路交通信息?；谌斯ぶ悄?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/2562/" target="_blank">算法，實(shí)現(xiàn)對視頻圖像的邊緣計(jì)算和云校核，極速精準(zhǔn)識(shí)別道路異常事件，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)預(yù)警與上報(bào)。（3）泛在互聯(lián)：支持基礎(chǔ)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)接入和車路協(xié)同交互。全面支持接入LoRa、NB-IoT、LTE-V2X等通信協(xié)議或技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息感知全面接入及車路短程通信，可為未來物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。（4）“云-邊-端”一體化協(xié)同：形成面向未來的智慧道路技術(shù)支撐體系?；跇I(yè)務(wù)需求與資源約束，構(gòu)建“云-邊-端”為一體的動(dòng)態(tài)任務(wù)分配技術(shù)，減輕云端壓力。（5）慢行品質(zhì)提升：體現(xiàn)以人為本的全程服務(wù)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(wù)，為市民發(fā)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(wù)，提升行人慢行品質(zhì)。
2.方案設(shè)計(jì)構(gòu)建以智慧燈桿、智慧信控為核心產(chǎn)品，以智慧道路管理平臺(tái)為應(yīng)用界面的智慧道路系統(tǒng)。1)智慧燈桿以智慧路燈為硬件載體，掛載多元化智能路側(cè)設(shè)備，同時(shí)預(yù)留未來新增設(shè)備掛載的接口，實(shí)現(xiàn)對道路設(shè)備設(shè)施的集約化管理。智慧燈桿及其主要掛載設(shè)備如圖 4所示。

圖 4智慧燈桿功能

（1）高清攝像頭，同時(shí)基于標(biāo)準(zhǔn)的前端硬件設(shè)備，結(jié)合視頻AI識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控道路交通狀況，采集交通流數(shù)據(jù)，如流量、速度、車輛類型等參數(shù)；準(zhǔn)確判別道路異常情況，包括路面險(xiǎn)情、設(shè)施損毀、交通事件；實(shí)時(shí)交通違法監(jiān)控與治安監(jiān)控，為執(zhí)法、辦案提供取證依據(jù)。

（2）信息交互LED屏，實(shí)現(xiàn)對路況、停車位、周邊樓宇/景點(diǎn)、行程時(shí)間、公交到站、道路施工、天氣、交通事故等多元信息的動(dòng)態(tài)整合和智能化發(fā)布，在公交站臺(tái)附近可充當(dāng)臨時(shí)電子站牌。

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

（4） WiFi無線網(wǎng)絡(luò)及嗅探，為公眾提供道路沿線的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，嗅探信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的移動(dòng)終端，監(jiān)測人流量密度，實(shí)現(xiàn)人群聚集預(yù)警，輔助應(yīng)急處置。

（5）物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)接入。

（6） LED智能照明燈，充分利用各時(shí)段人流量的情況實(shí)現(xiàn)分時(shí)段對路燈亮度自由調(diào)節(jié)，功能更細(xì)化，支持遠(yuǎn)程手動(dòng)/自動(dòng)、電力回路/有線網(wǎng)絡(luò)/NB-IoT等多種控制方式。

（7） SOS呼叫器，實(shí)現(xiàn)與指揮控制中心的語音通話，自動(dòng)語音識(shí)別，迅速上報(bào)警情。

（8）邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，搭載人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)算法，支持前端視頻圖像“端到端”的深度學(xué)習(xí)算法與VA挖掘，滿足智慧城市管理要求。

2)智慧信控結(jié)合路口布設(shè)的廣域雷達(dá)等傳感器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自采集與信號(hào)控制策略的自適應(yīng)耦合聯(lián)動(dòng)，支持信號(hào)主動(dòng)優(yōu)先控制、行人過街控制、綠波帶以及區(qū)域最優(yōu)化配時(shí)。

1）車路協(xié)同：以信號(hào)優(yōu)先控制策略為指導(dǎo)，基于多目標(biāo)雷達(dá)實(shí)時(shí)獲取路口的社會(huì)車輛到達(dá)情況，同時(shí)根據(jù)路側(cè)設(shè)備（LTE-V/ 5G/DSRC）的雙向毫秒級通訊連續(xù)感知特殊標(biāo)記車輛的位置和信號(hào)狀態(tài)，在線生成推薦車速和信號(hào)調(diào)整方案。

（2）行人過街控制：基于視頻和紅外熱成像對等候區(qū)、過街區(qū)的行人實(shí)現(xiàn)精確檢測，根據(jù)機(jī)動(dòng)車排隊(duì)時(shí)間與行人等候時(shí)間實(shí)現(xiàn)均衡放行；同時(shí)，為保證行人安全，將適當(dāng)自動(dòng)延長行人綠燈相位，保證行人過街安全。

（3）信號(hào)自適應(yīng)控制：基于“多源數(shù)據(jù)融合+定制化”控制策略，實(shí)現(xiàn)從單一線圈斷面數(shù)據(jù)到“斷面+區(qū)段+路徑多源數(shù)據(jù)”的全時(shí)空分類感知轉(zhuǎn)變；同時(shí)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(tái)智慧道路集成化管理平臺(tái)的功能定位總體概括為數(shù)據(jù)匯聚與融合，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與分級共享，運(yùn)行監(jiān)測和應(yīng)急聯(lián)動(dòng)，如圖 5所示。

圖 5智慧道路管理平臺(tái)總體架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)匯聚與融合：前端數(shù)據(jù)集中采集與處理，形成原始數(shù)據(jù)資源池、特征數(shù)據(jù)資源池和關(guān)鍵中間件；

（2）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與分級共享：為各級政府部門、行業(yè)和公眾提供分級標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)共享接口；

（3）運(yùn)行監(jiān)測和應(yīng)急聯(lián)動(dòng)：可視化展示跨行業(yè)融合的數(shù)據(jù)指標(biāo)，定期形成報(bào)告，支持跨部門協(xié)同指揮。

基于智慧燈桿，借助信息技術(shù)和傳感技術(shù)組建信息感知和傳輸網(wǎng)，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、高度可擴(kuò)展、可擴(kuò)充的智慧道路集成化管理平臺(tái)，有利于打破信息傳輸孤島，避免基礎(chǔ)智能設(shè)施的重復(fù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)高度數(shù)據(jù)共享?；谥腔鄣缆芳苫芾砥脚_(tái)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)交互環(huán)境下的全息感知、視頻AI透鏡、無線服務(wù)、車路協(xié)同、應(yīng)急協(xié)同、數(shù)據(jù)可視化、資產(chǎn)生命周期管理等智慧道路核心功能，提供“數(shù)據(jù)采集-數(shù)據(jù)共享-城市服務(wù)”的智慧城市閉環(huán)服務(wù)。智慧道路管理平臺(tái)功能模塊如圖 6所示。

圖 6智慧道路管理平臺(tái)功能模塊

三、

智慧道路深圳實(shí)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(xiàng)目于2018年6月15日開工。在設(shè)計(jì)最初，僑香路項(xiàng)目融入了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、車路協(xié)同等新技術(shù)，建設(shè)內(nèi)容涵蓋了基于“云-邊-端”整體架構(gòu)的智慧路燈、智能信號(hào)控制、智慧交通執(zhí)法、智慧道路平臺(tái)系統(tǒng)，科技感和智慧功能十足，是深圳首條智慧道路。

圖 7建成后的僑香路實(shí)景圖1.集約整合多桿合一：整合后，桿件總體數(shù)量減少32%，其中小型標(biāo)志桿和監(jiān)控桿件減少65%，各類桿件合桿示意圖如圖 8所示。

圖 8僑香路多桿合一多箱合一：基于路口信號(hào)機(jī)箱，整合路口的電警機(jī)箱、閉路電視機(jī)箱、網(wǎng)絡(luò)機(jī)箱，實(shí)現(xiàn)多箱合一，可減少路口范圍80%的機(jī)箱。2.全息感知建設(shè)智慧路燈，通過視頻動(dòng)態(tài)監(jiān)測交通流，識(shí)別路面設(shè)施狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)人、車、路、環(huán)境的全息監(jiān)測，支撐交通運(yùn)行研判、設(shè)施養(yǎng)護(hù)管理與改善效果評估3.精明管控建設(shè)智能信號(hào)控制系統(tǒng)、智能違法監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)交通自適應(yīng)控制，提高路口運(yùn)行效率，規(guī)范全路段交通秩序。流量自適應(yīng)控制：采集進(jìn)口道車輛排隊(duì)長度、停車次數(shù)、紅燈等待時(shí)間、多斷面平均車速等數(shù)據(jù)，對流量大、飽和度高的路口系統(tǒng)會(huì)根據(jù)各個(gè)方向的實(shí)時(shí)交通需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整信號(hào)配時(shí)，使得整個(gè)路口的通行效率最高，排隊(duì)時(shí)間最短，實(shí)施流量自適應(yīng)控制。

同時(shí)，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。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。

4.數(shù)據(jù)共享建設(shè)智慧道路管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)交通數(shù)據(jù)在部門間的共享共用，發(fā)揮數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值。(二)馬拉松山湖綠道（美麗+智慧）2019年3月24日深圳光明小鎮(zhèn)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(tǒng)，迎來了建成投入使用后的首次“大考”并順利通過，標(biāo)志著國內(nèi)最長的智慧道路系統(tǒng)全息感知、在線研判的保障任務(wù)階段性完成。光明馬拉松綠道全長26.7公里，途經(jīng)歡樂田園花海、公明水庫、百花谷、滑草游樂園、農(nóng)科大觀園等多個(gè)光明區(qū)熱門景點(diǎn)，沿途全線布設(shè)共760多根智慧路燈，國內(nèi)規(guī)模最大、AI智慧程度最高的智慧綠道，如圖 11所示。

圖 11最美山湖綠道
1.看得見的美麗馬拉松綠道項(xiàng)目的如圖 12所示的智慧路燈叫“鋼鐵俠”，因其獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念和外觀獲得2019年深圳市經(jīng)貿(mào)信息委組織的多功能桿外觀設(shè)計(jì)比賽一等獎(jiǎng)。

圖 12智慧路燈-鋼鐵俠設(shè)計(jì)理念：

基于扁平化流線設(shè)計(jì)，一體化成型，支持模塊化拼裝及走線。

外觀簡潔優(yōu)美，設(shè)備內(nèi)嵌（隱藏式設(shè)計(jì)），刪繁就簡，給人一種優(yōu)雅穩(wěn)重的美好印象。

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

2.看不見的“黑科技”智慧內(nèi)核除了亮眼的外觀，“鋼鐵俠”也是智慧才華的擔(dān)當(dāng)。基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等最新科技，在燈桿中內(nèi)嵌了智慧照明、視頻監(jiān)控、信息發(fā)布、廣播、無線AP、環(huán)境監(jiān)測等智慧模塊，打造了高科技智慧綠道。1)全線無死角監(jiān)控為保證綠道的管理與賽事期間的安全，設(shè)計(jì)之初基于綠道無死角覆蓋的原則，全線基于智慧路燈布設(shè)了近300路攝像頭。所有視頻共享接入公安現(xiàn)場指揮部，支持公安的現(xiàn)場安防監(jiān)控與聯(lián)動(dòng)指揮。2)視頻AI分析賦能賽事管理在視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上，全面引入AI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對人流量統(tǒng)計(jì)、行人特征識(shí)別以及特殊事件預(yù)警，賦能賽事管理，如圖 13所示。

人流量實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，預(yù)警人流高發(fā)區(qū)域。

對每個(gè)人進(jìn)行“打標(biāo)簽”，識(shí)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(shí)空搜索。

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(shí)現(xiàn)即時(shí)預(yù)警。

圖 13基于視頻AI的全線監(jiān)控保障3)信息發(fā)布按需規(guī)劃定制與組委會(huì)充分溝通，根據(jù)賽道所處的區(qū)段與進(jìn)程，推送適宜的信息屏內(nèi)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(zhuǎn)彎、急坡、賽道距離等信息進(jìn)行及時(shí)提醒，定制化的發(fā)布信息如圖 14所示；針對賽道分區(qū)段的坡度與難度，提供舒緩型與激昂型兩種風(fēng)格的音樂集進(jìn)行切換播放。

圖 14信息發(fā)布按需規(guī)劃定制

4)WIFI全覆蓋提供暢游體驗(yàn)山湖綠道位于山林區(qū)域，手機(jī)移動(dòng)信號(hào)覆蓋較弱，為提升慢行或跑步中的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，沿線在燈桿上內(nèi)嵌布設(shè)了超過140個(gè)無線AP，并提供超大綜合帶寬，保證沿線暢享WiFi網(wǎng)絡(luò)。(三)福田中心區(qū)（極致品質(zhì)和慢行體驗(yàn)）福田中心區(qū)智慧交通項(xiàng)目通過超前部署數(shù)字化的基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)道路運(yùn)行監(jiān)測、道路事件監(jiān)測、道路病害監(jiān)測，建設(shè)可調(diào)節(jié)、可對話、可服務(wù)的智慧道路，積極擁抱以“萬物互聯(lián)”為基礎(chǔ)的全新出行體驗(yàn)時(shí)代的到來。

來源：深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心有限公司