基于路运与服务智能化管理为一体的智慧交通信息化平台建设 - 91 -

基于路运与服务智能化管理为一体的智慧交通信息化平台建设 - 91 -

于建游 1 吴建波 1 刘家俊 1 刘畅 1 刘荣 2 母佳 2 （ 1、 河北省高速公路延崇管理中心 ， 河北 延崇 075400 2 、 西南交通大学 ， 四川 成都 610000）

近年来，公众出行特别是小客车出行需求日益旺盛，车辆行驶速度较快，一旦发生交通事故往往会造成车物的严重损害及人员的重大伤亡，更严重的是高速公路环境的相对封闭性，极易诱发二次事故，进一步造成更多的车辆损害和人员伤亡，带来更为巨大的损失。保证高速行车安全，成为管理方、使用方最迫切的需求，是智慧交通建设过程中首要考虑的问题。当交通流量较大时，不仅造成通行效率降低，还会造成交通事故，通过技术手段进行流量管控，使得路上流量相对均匀，进而提高整条路段的通行效率已成为公众出行的迫切需求。此外，从国家层面的生态文明战略、行业层面的绿色交通部署、地方层面的生态省建设，最终到地级智慧交通信息化平台示范任务，都要体现绿色建养、运营需求。统筹道路资源利用、能源消耗、污染排放、生态影响、运行效率、功能服务之间的关系，统筹公路规划、设计、建设、运营、管理全过程，实现外部刚性约束与公路内在供给之间最大限度均衡。路运与服务智能化一体化智慧管理，使得智慧交通运维管控措施做到高度统一协调。

1. 概述

传统智能交通系统建设路线是从业务系统到外场设备，业务需求的增加会驱动业务系统建设，业务系统建设会驱动外场设备建设，最终形成各类基于流程的业务系统。“流程式”的不同业务系统必然会导致基础设施冗佘、数据釆集重复、存储资源浪费。经过很长一段时间的建设，国内高速公路上已围绕常规运营管理业务建成了独立的业务系统，这些系统都是基于流程的事务性系统，在不同时期、不同公司、不同业务需求背景下完成开发，每个系统都是孤立的。而且，这些数据从产生时，就决定了这些数据以后会被如何使用，使用场景已经受限，这也就导致了系统本身的局限性：

■系统孤岛

现有系统基本上是偏向业务型的，各个业务系统由不同IT公司在不同的时间开发，系统之间难以衔接，形成一座座的系统孤岛。

■数据孤岛

业务系统开发之初，以本条线需求为导向，设计和定义了本系统的数据意义、格式、存储方式、统计利用方式，每个单独的系统数据都相互独立，形成数据孤岛。

■数据成本高

数据基本上都是以结构化的数据库形式存储，使得数据分析使用的成本非常高，Oracle数据库、服务器的费用和空间占用也都非常大，综合利用时，关联查询效率非常低。

■应用场景单一

由于系统孤岛和数据孤岛的存在，使得各个应用系统所统计出来的数据结果需要经过人力凭借经验进一步分析，才能为决策者服务，这不仅意味着加大了管理、决策的工作量和难度，也使得管理和决策难以从经验判断转向理性判断。

传统业务系统示意图

近年来，公众出行特别是小客车出行需求日益旺盛，车辆行驶速度较快，一旦发生交通事故往往会造成车物的严重损害及人员的重大伤亡，更严重的是高速公路环境的相对封闭性，极易诱发二次事故，进一步造成更多的车辆损害和人员伤亡，带来更为巨大的损失。保证高速行车安全，成为管理方、使用方最迫切的需求，是智慧交通建设过程中首要考虑的问题。当交通流量较大时，不仅造成通行效率降低，还会造成交通事故，通过技术手段进行流量管控，使得路上流量相对均匀，进而提高整条路段的通行效率已成为公众出行的迫切需求。此外，从国家层面的生态文明战略、行业层面的绿色交通部署、地方层面的生态省建设，最终到地级智慧交通信息化平台示范任务，都要体现绿色建养、运营需求。统筹道路资源利用、能源消耗、污染排放、生态影响、运行效率、功能服务之间的关系，统筹公路规划、设计、建设、运营、管理全过程，实现外部刚性约束与公路内在供给之间最大限度均衡。路运与服务智能化一体化智慧管理，使得智慧交通运维管控措施做到高度统一协调。

2. 总体设计

（1）设计原则

1）顶层设计为主，分层设计为辅。

通过顶层设计对全路段进行整体规划，集中资源配置、增强应用能力、提高使用效益；通过对感知层、传输层、数据中心层和服务层的分层设计，确保传统机电系统正常运行，预留机电设施足以提供支撑，智慧交通方案切实可行。

2）需求分析和技术选取适度超前。

当前，各级政府积极出台政策，营造智能交通发展环境，通过批复试验段和组织开展测试示范等工作积极推动智能交通相关行业的技术研发和产业化。在政策扶持下，我国智能交通系统行业的投入将持续增长，战略规划将直接驱动市场需求，在较长一段时间内都将继续呈现高速增长的态势。因此，在高速智慧交通方案设计过程中需求分析和技术选取均应适度超前，以适应不断发展的社会。

3）近期建设与远期规划并重。

遵循机电工程特点和智慧交通发展趋势，项目在综合考虑近期机电工程建设的同时，应注重远期综合规划，按照“一次设计，分期实施”的原则进行综合规划。近期工程建设在土建、管线、光缆、供电等基础性设施上要为远期智慧交通预留充足的发展空间，传输设备、数据中心平台建设需满足后期专项工程接入的需求，智慧交通结合远期规划，紧跟技术发展，成熟一个实施一个，对整体机电工程进行完善和提升。

4）服务和管理并重。

与传统的“重管理，轻服务”理念相比，在高速智慧交通方案设计过程，应当转变理念，从“为高速管理出行者”向“为出行者管理高速”转变，以服务和管理并重为原则，以提升服务满意度为目标进行智慧交通的方案设计。

（2）总体框架

基于路运与服务智能化管理为一体的智慧交通信息化平台建设以服务高速公路管理者、出行者和大型活动为目标，按照管理运营和服务并重，日常管理、应急处置、出行服务和大型活动保障相结合的原则，充分整合利用现有资源，采用云计算、大数据、物联网、移动互联、宽带无线移动通信、车路协同等新一代信息技术和手段，引入“互联网+”思维，对传统高速公路机电系统进行重构和再造，全面实现高速公路监控管理、应急指挥、辅助决策管理、业务管理、出行服务信息化、智能化。

基于路运与服务智能化管理为一体的智慧交通信息化平台建设的总体架构是在标准规范、安全保证和运营保障的基础上构建智慧感知层、信息传输层、数据中心层、用户交互层和智慧服务层。

智慧感知层：负责采集各类数据并上传大数据中心，采集数据包括公路基础设施固有静态数据、外场各类检测设施的动态数据、养护和路政部门的数据、社会其他行业共享的实时、预测数据等。

信息传输层：负责信息的传输，主要包括光纤通信传输网络、无线通信传输网络以及将信息传递给用户的前端系统。

数据中心层：主要实现公路静态数据、动态数据、业务管理数据、应用主题数据、异构多元数据的汇集、清洗、整合、存储、分析、计算和利用，以及数据中心的软件支撑平台、硬件支撑平台、数据共享交流平台、内部处理平台和外部对接平台。

智慧服务层：主要为管理者、出行者、大型活动提供智慧服务，为活动安保、交通运输运行监测与应急指挥平台提供对接服务，包括高速公路综合业务管理、应急处置、智能化辅助决策、高速公路出行信息服务、大型活动安保服务及其他需求对接以及交通运输运行监测与应急指挥平台对接等服务。

3. 详细设计

（1）智慧服务层框架设计

以服务为主题的交通时代已经到来，综合交通、智慧交通、平安交通和绿色交通成为公路行业的发展方向。在此背景下，高速公路管理者为适应国家和行业科技发展需求，积极投身到信息化、智能化建设中，转变理念，从以“建设为主”到“建管养并重”最终向“服务”转变。

高速公路智慧交通建设主要是为管理者、公众和大型活动提供全面优质服务。

（2）服务管理方

智慧高速对管理者来说意味着高效、强化的管理和全方位服务提供。

♦高效、强化的管理

通过将前沿的知识图谱、人工智能等技术引入交通管理实践中，将零散的交通数据进行整合，实现数据一知识一智慧的转化，全面提升高速管理水平，力争将高速公路智慧交通建设项目打造成为国内交通管理的标杆。

通过3DGIS+BIM静态三维可视平台，叠加动态交通信息，实现多交通状态的虚拟再现，全面掌握全线的交通状态，实时掌握事件状态，及时采取管控措施，保证道路行车畅通。

♦全方位服务提供

服务管理能力的覆盖应该是全方位的，除了关键业务领域外，还应该以更直观的方式对交通管理中的各类因素进行全面透视，以便管理者能够做出更全面的判断。

面向管理需求，方案提出智慧高速决策指挥、智能逃费稽查、智能安全运营、智能设备管理、节能增效专题分析等服务功能。其中智慧高速指挥决策面向管理人员提供决策依据；智能逃费稽查在传统技术手段上引入新技术，打击违法、违规，减少国家损失；智能安全运营针对“两客一危”等重点危险车辆，提供实时分析，及时发现安全隐患；智能设备管理针对高速设备资产进行分析、预测，为管理、养护提供建议；节能增效专题分析针对高速相关的路段、设备、人员、指标等提供多维度分析。

（3）服务公众

智慧高速对行驶在其上的公众来说意味着全新的高速行驶体验。在高速公路智慧管养运平台中专门设置了公众出行信息服务模块，通过此模块整合交通信息资源，利用互联网、呼叫中心、手机、PAD等移动终端、交通广播、路侧广播、图文电视、车载终端、可变情报板、警示标志、分布在公共场所内的大屏幕、触摸屏等各类媒介，为出行者提供较为完善的出行信息服务，使其获得全新的行驶体验。

（4）常规设计

路段监控分中心是常规机电工程的核心，包括监控计算机网络及其周边设备、闭路监视子系统、多屏拼接显示子系统、交通事件检测子系统、软件子系统、综合控制台和供配电子系统。

1）监控计算机网络及其周边设备

监控计算机网络及其周边设备主要包括监控数据服务器、交通控制工作站、通信工作站、管理工作站、图形工作站以及数据以太网交换机；外围设备主要包括激光打印机、彩色扫描仪和便携式维护终端等设备。

2）闭路监视子系统

闭路监视子系统主要包括大屏幕显示系统、视频管理服务器、视频管理工作站、视频回放工作站和IPSAN视频存储设备等。

3）多屏拼接显示子系统

根据监控大厅实际尺寸，监视墙全部釆用组合大屏方式，为5x12x55〃液晶拼接屏。

4）交通事件检测子系统

包括1台事件管理服务器、1台事件管理工作站和视频事件分析仪。可实现对干线道路视频图像的事件和交通量检测。

5）软件子系统

系统软件：服务器操作系统、终端操作系统、数据库管理系统、防病毒软件、开发工具。

应用软件：

•信息釆集子系统：信息釆集子系统主要负责同外场设备进行数据通信，对进出的数据进行协议分析和格式转换，并将处理的数据入库，为系统的其他功能模块提供数据来源。信息釆集子系统为整个系统提供数据入口和控制出口，是整个系统正常运行的前提和基础。

•通信子系统：通信子系统提供一组功能完善的接口函数，应用程序通过此组函数与信息釆集子系统交换信息，对信息釆集子系统预处理后的数据进行转发工作，确保实时和可靠的网络数据传输。

•数据显示子系统：显示子系统能通过网络接口实时接受通信子系统发送的信息釆集子系统预处理过的数据，并能及时显示在用户界面上。

•图像显示子系统：监控计算机应能通过该子系统控制多屏拼接控制器和矩阵在大屏幕显示屏和主监视器上进行视频图像显示，还能控制矩阵实现对外场遥控摄像机的操作。

•远程遥控子系统：如果需要，系统可以根据设备种类的不同，路监控分中心操作员一次对单个或一组外场设备进行远程遥控。

•自动控制子系统：为充分挖掘的系统资源，充分发挥系统的整体功效，车辆正常行驶情况下，系统应实现全自动控制，为实现路监控分中心无人值守奠定基础。

•管理子系统：管理子系统包括系统维护管理、人员管理、日志管理、数据维护管理、手工事件管理、数据统计分析、报表管理等。

6）综合控制台

包括操作台和操作椅。

7）供配电系统

主要包括UPS不间断电源、综合配电柜、供电电缆等。

8）监控系统构成图

监控系统构成图

（5）大数据分布式计算存储系统

Hadoop开源系统全部采用x86PC服务器集群进行建设部署，确保平台物理硬件可以实现随未来业务增长和数据膨胀进行平滑扩展和性能线性升级。

大数据分布式计算存储平台技术架构图

大数据分布式计算存储平台所部署的x86架构服务器集群按照计算需求和支撑目标的不同，从整体上划分为三部分：存储/计算服务器集群，数据应用服务器和外部接口服务器集群。

大数据分布式计算存储平台网络构成图

（6）道路监控视频与收费视频传输网

将沿线设置的STM-4等级的SDH同步数字传输系统与万兆商用以太网传输系统合并升级为20GPTN分组传送设备，组建电信级的PTN分组传送网，用于收费数据、语音交换信息、视频图像、道路监控数据、车路协同数据、会议电视、办公网络的传输通道。

收费站至外场设备之间，为满足外场设备的环境适应性，釆用千兆工业以太网交换机，与收费站的视频交换机对接，组建工业千兆以太环网。

在服务区与服务区之间建设车路协同实验路段，单独组建1个千兆工业以太环网，以保证网络传输时延满足车路系统的使用要求。

（7）车路协同基础设施预留

自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和高精度定位系统协同合作，让汽车可以在没有任何人类主动的操作下，自动安全地操作机动车辆，代表了未来汽车技术的发展趋势。车路协同系统釆用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。

高速公路按照交通运输部的统一规划和部署，预留车路协同系统在沿线所需要的管道、人孔、供电和传输光缆等基础设施，在国家相关技术标准出台后，能够立即实时，为我国自动驾驶技术的进步提供实际验证场地。

（8）车路协同子系统

车路协同提供基于LTE-V技术的新一代信息技术软硬件一体解决方案，构建智慧型综合交通运输体系，实现高速移动状态下高可信、高可靠的车路/车信息交互与控制系统。实现车辆和基础设施、车与车之间智能协同与配合，获取实时交通数据信息，支持动态风险监测与预警，实现个性化路径规划与诱导。

车路协同子系统将在高速公路路侧建设智能路侧基站，利用5G或LTE-V5.9GHz专用短程通信技术，提供极低延时宽带无线通信。通过车－车、车－路的信息交互，将车辆位置、速度等信息快速告知路侧设施和邻近车辆，为驾驶人提供安全提醒服务，开展车路信息交互、风险监测及预警、交通流监测分析等，最终实现安全、高效、绿色出行。

车路协同子系统通信架构图

系统功能：

•车路实时交通信息交互功能。

•安全监测分析预警服务功能。

•为公众提供个性化的出行诱导服务。

•为管理者提供交通管控策略服务。

•支持自动驾驶，保障奥运车队安全。

协作式通信示意图

LTE-V2X车路协同系统整体架构

4. 车路协同技术规模化应用

智慧公路系统项目建设中，在“路运一体化车路协同系统”建设将实现创新突破。

尤其在中共中央、国务院《国家综合立体交通网规划纲要》颁布后，“推进智能网联汽车（智能汽车、自动驾驶、车路协同）”成为重要趋势，“路运一体化车路协同系统”建设或成为自动驾驶产业发展的“风向标”。

一方面，车路协同技术与经验积淀将深度应用于路网运行与路网管理中，服务好出行者与管理者。基于高速公路路侧系统智能化升级和营运车辆路运一体化协同，将探索路侧智能基站系统应用，开展车路信息交互、风险监测及预警、交通流监测分析等，为往来车辆提供即时精确的路面信息、车流信息等。

路运一体化车路协同系统可支持L4级别测试

同时，“路运一体化车路协同系统”也将为自动驾驶商业化落地提供更智能、更可靠的长距离测试环境与运营环境。借助雷达感知、三维可测实景技术、北斗卫星定位等前沿技术，可实现交通数据精确感知、采集、目标全程跟踪定位等功能，未来可支持80公里时速、L4级自动驾驶和基于蜂窝网络技术车路协同测试，以及自动驾驶队列跟驰演示。

按照交通运输部和省交通运输厅相关文件政策的总体部署，将结合平台建设难点与实际建设需要高效制定项目实施方案，打造出一个物联网监测全覆盖、运营开放路段车路协同、全路段特长隧道智能综合诱导、北斗卫星信号全覆盖的“智慧公路标准样板路”。