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智慧高速公路建设标准和指南全扫描(下)

  智慧高速公路相关建设标准和指南陆续发布。建设标准方面,包括交通运输部发布的智慧高速行业标准,中关村中交国通智能交通产业联盟、中国道路交通安全协会、江苏省交通企业协会、海南省标准化协会、上海市汽车工程学会、山东省自动化学会等发布的智慧高速团体标准,和川渝区域智慧高速地方标准等。

  指南方面,浙江、江苏、宁夏、山东、北京、云南、甘肃、河南等陆续发布智慧高速公路建设指南。

  03 智慧高速公路建设指南情况

  表1 智慧高速公路建设指南汇总

  (1)浙江省《智慧高速公路建设指南(暂行)》

  2020年3月,由浙江省交通运输厅组织,浙江省交通集团下属浙江省交通设计院主编的《智慧高速公路建设指南(暂行)》正式发布,是国内首部关于智慧高速建设方面的指导性文件。以浙江省内先行开展的试点项目和既有研究成果为依托,结合智慧高速公路的内涵和发展趋势,在明确智慧高速公路建设的原则、目标和内容基础上,确定了调研工作、基本应用建设、创新应用建设、建设管理等具体要求。并以附录形式编写了浙江省内营运高速公路智慧化提升改造方案、新建智慧高速公路建设方案和智慧高速公路测试场建设方案。

  智慧高速公路建设总体目标为“智能、快速、绿色、安全”,具体如下:

  a)应充分利用新一代信息技术,形成车路协同的智能道路交通环境;

  b)应提高路网运行平均速度,最大限度提高路网通行能力,根据实际情况,积极创造突破120 km/h设计速度的条件;

  c)应全面应用节能技术和绿色环保设施,全面覆盖新能源供给设施,同时逐步尝试基础设施建设与能源融合,明显提高资源利用率;

  d)应极大程度消除路网安全隐患,最大限度降低事故危害,实现高速公路准全天候通行。

  基本应用建设主要内容应包括但不限于:实时交通信息监测系统;多网融合通信系统;云控平台;伴随式信息服务系统;车道级交通控制系统;桥隧安全提升系统;服务区智能化系统;自由流收费系统;基础配套系统(设施)。

  基本应用具备智能服务功能应包括但不限于:伴随式信息服务;应急救援服务;智慧服务区服务;实时交通控制服务;自由流收费服务;基础设施管理服务。

  创新应用是根据项目实际和交通特点,结合自身业务需求与支撑技术形成具有特色的智慧化应用,至少包括以下之一但不限于:准全天候通行;货车编队行驶;全寿命周期智能养护;自动驾驶支持。

  实时交通信息监测系统应采用路侧设备采集信息、辅以移动终端/车载终端采集信息及一路各方、气象等部门共享信息等多源数据融合的技术路径,实现高速公路实时状况信息获取,为伴随式信息服务、实时交通管理服务等应用提供支撑。

  多网融合通信系统建设应充分考虑多网联通情况下链路、带宽配置,实现高速公路通信信息网络与卫星通信信息网络、互联网等深度融合,实现广覆盖、低时延、高可靠、大带宽的网络通信服务。

  云控平台应采用云-边-端协同控制的逻辑架构,由省级云控平台、路段/区域级云控平台、网络安全设施等组成,共同构成云控平台体系。

  伴随式信息服务应通过公路沿线可变信息标志、FM广播、移动终端、普通车辆车载终端、智能网联汽车车载终端等多种方式实现,提升交通信息发布的覆盖面和及时性,以提高通行效率,确保交通安全。

  车道级交通控制系统应通过沿线车道控制标志、FM广播、移动终端、普通车辆车载终端、智能网联汽车车载终端等多种方式实现,以降低车道内速度差,提高交通安全。

  桥隧安全提升系统应在《高速公路监控技术要求》(交通运输部 2012 年第 3 号公告)、JTG D70/2规定的基础上,通过云计算、大数据、物联网、无线通信等技术,最大限度地降低事故发生率及事故影响程度。

  服务区智能化系统服务应包括但不限于移动服务、信息发布、停车指引、功能导视、客户评价等功能。

  自由流收费系统总体架构由收费管理与计算平台、收费站车道系统、主线ETC门架系统等组成。

  基础配套系统(设施)包括但不限于:设施智能运维系统;供配电系统;紧急停车带预警;抛洒物吸附车辆;移动作业智能警示装置;基础设施监测设施;绿色环保设施。

  准全天候通行宜采用交通信息监测、车路协同、边缘计算、主动式融雪化冰路面或自动喷淋等技术和管理办法,通过车路协同预警、诱导服务,实现特定恶劣气象条件下车辆的安全通行。

  货车编队行驶宜采用环境感知、V2V/V2I通信、高精度定位等多技术融合及管理办法的技术路径,实现3辆及以上货车同时行进队列,每辆车在行驶过程中自动保持车间距离,跟随车辆实时同步完成所有动作,提高道路通行能力。

  全寿命周期智能养护宜采用基础设施智能监测传感、BIM、智能分析的技术路线,动态监测、预警基础设施安全状态,全面加强智能化管理、养护建设,具备智能分析、预判的预防性养护功能,降低养护成本,延长基础设施使用寿命。

  自动驾驶支持宜采用先进的传感技术、网络技术、计算技术及控制技术等,对道路和交通环境进行全面感知,并考虑不同的车辆自动化程度和不同的交通系统集成阶段,高效实现感知、预测、决策和控制。自动驾驶支持应具备以下功能:为智能网联汽车提供物理基础设施支持;为智能网联汽车提供数字化地图和静态道路标识信息;为智能网联汽车提供道路拥堵情况、施工情况、交通事故、交通管制、天气情况等实时交通动态信息;为智能网联汽车提供实时车辆行驶速度、车辆间距、车道选择等引导信息。

  (2)《江苏省智慧高速公路建设技术指南》

  2020年11月,江苏省交通运输厅印发《江苏省智慧高速公路建设技术指南》,在总结沪宁高速、五峰山高速、苏台高速等一批智慧高速公路试点示范经验的基础上,以需求和目标为导向,提出了智慧高速公路的发展目标、建设原则、总体架构和主要内容,并明确了每一部分的功能要求、性能要求和实施要求,重点强调了5G、北斗、云计算、高分遥感、人工智能等新一代信息技术在高速公路的典型应用,体现指导性、实用性和前瞻性。

  近期建设目标:在交通流量大(新建项目指“预测交通流量大”)的主干通道以及对区域经济发展起到关键支撑作用的核心路网,开展智慧公路试点示范,通过全要素感知、全方位服务、全过程管控、全数字运营、车路协同等,实现安全提升、效率提升和服务提升,恶劣天气、复杂环境下的道路交通事故率下降20%以上,关键节点及路段的通行效率提升20%以上,实现公路建设、管理、养护、运营全生命周期的数字化与智能化。

  远期建设目标:在全路网范围内实现全要素感知、全方位服务、全过程管控、全数字运营等,实现“人、车、路”智能网联和高效协同,实现全智能化的高速公路业务管理,实现车辆编队及L3级以上自动驾驶,高速公路基础设施服役能力大幅提升,道路交通事故率下降90%以上,道路通行能力有效接近设计通行能力。

  江苏省智慧高速公路总体架构可分为全要素感知、全方位服务、全业务管理、车路协同与自动驾驶、支撑及保障、新技术应用6部分内容,其中新技术应用主要服务于其它各项建设内容,各部分内容的组成关系如图1所示。

  图1 智慧高速总体架构图

  全要素感知包含公路主体及附属设施监测、交通运行状态监测和公路气象环境监测,主要是融合应用多种监测设备实现人、车、路、环境的状态感知,为全方位服务、全业务管理、车路协同与自动驾驶提供数据支撑。如图2所示。

  图2 全要素感知框架图

  全方位服务包含车道级服务、全天候通行、自由流收费、在途信息发布和智慧服务区,主要面向驾乘人员,实现出行即服务(Maas)。如图3所示。

  图3 全方位服务框架图

  全业务管理包含建设管理、运行监测、应急指挥、收费管理、养护管理、决策支持和云控平台,主要面向管理人员,实现管理提质增效。

  支撑及保障包含设施供电、融合通信、服务中台和数据中台,确保各类数据有效传输和高效处理,为业务应用提供支撑。

  车路协同与自动驾驶,近期重点实现车路协同,支撑安全辅助驾驶,为全方位服务、全业务管理提供更便捷的手段,远期支撑实现自动驾驶,提升高速公路整体技术水平与服务能力。

  新技术应用主要实现 5G、C-V2X、云计算、边缘计算、BIM、区块链、数字孪生、高精度地图、大数据、SD-WAN、物联网、北斗、高分遥感、人工智能等技术在全要素感知、全方位服务、全业务管理、支撑及保障中的融合应用,支撑高速公路新型基础设施建设与运营。

  智慧高速近期重点实现车路协同,支撑安全辅助驾驶,主要场景包含但不限于以下3大类11个场景:

  a) 安全类:

  ①盲区预警/变道辅助:可避免车辆变道时,与相邻车道上的车辆发生侧向碰撞,提升变道安全,数据更新频率应≤10Hz,系统延迟应≤100ms,定位精度应≤1.5m;

  ②紧急制动预警:可辅助驾驶员避免或减轻车辆追尾碰撞,提高道路行驶安全,数据更新频率应≤10Hz,系统延迟应≤100ms,定位精度应≤1.5m;

  ③异常车辆预警(车辆停止、逆行、超速、低速、连续变道等):基于通信终端及时对外广播,便于周边车辆迅速采取避让措施,避免由于车辆失控导致与周边车辆碰撞事故发生,数据更新频率应≤10Hz,系统延迟应≤100ms,定位精度应≤5m;

  ④车辆失控预警:将道路危险状况及时通知周围车辆,数据更新频率应≤5Hz,系统延迟应≤100ms,定位精度应≤5m;

  ⑤道路危险状况提示(含交通事故、路段施工、恶劣天气、路面异常等);

  ⑥限速预警:用于辅助车辆按合理的速度行驶,数据更新频率应≤1Hz,系统延迟应≤100ms,定位精度应≤5m;

  b) 效率类:

  ⑦车内标牌:主要将道路数据以及交通标牌信息提示给驾驶员,数据更新应频率≤1Hz,系统延迟应≤500ms,定位精度应≤5m;

  ⑧前方拥堵提醒:提醒主要将前方路段拥堵信息发送给驾驶员,指导驾驶员合理制定行车路线,提高通行效率,数据更新频率应≤1Hz,系统延迟应≤500ms,定位精度应≤5m;

  ⑨紧急车辆提醒:主要实现在途车辆对消防车、救护车、警车或其它紧急车辆的让行,数据更新频率应≤5Hz,系统延迟应≤100ms,定位精度应≤5m;

  ⑩交通信号提醒:主要实现车辆对主线管控及匝道管控信号的接收,数据更新频率应≤1Hz,系统延迟应≤100ms,定位精度应≤5m;

  c) 服务类:

  ⑪服务区信息提醒:主要将服务区剩余车位、剩余充电桩等动态信息提示给驾驶员,数据更新应频率≤1Hz,系统延迟应≤500ms,定位精度应≤5m。

  (3)《宁夏公路网智能感知设施建设指南》

  2021年2月,宁夏交通运输厅印发《宁夏公路网智能感知设施建设指南》,首次明确了全区桥梁(隧道)健康监测、超限超载非现场执法、路网监测3个方面的智能感知设施建设基本标准和要求。其中,路网监测设施包括运行监测设施、视频监测设施、气象监测设施、信息发布设施、事件监测设施及路网监测配套设施等。

  桥梁(隧道)健康监测设施可以对桥梁(隧道)状态进行详细的分析,得出桥梁(隧道)的当前状态,甚至可以对结构的将来状况、巡检频率、养护策略、维修方法等进行预测分析,保障桥梁(隧道)结构安全,并可辅助桥梁(隧道)维护计划等的编制工作。

  健康监测传感器的具体类型如表2所示。

  表2 监测指标与传感器类型

  超限超载非现场执法设施是通过科学部署治超动态称重检测设施、超限激光感知设备等,实现称重检测信息、违法超限车辆信息、非现场执法信息等的感知,包括动态称重检测设施、车牌识别及电子抓拍设备、取证视频监控设备、超限超载信息发布设施、以及超限超载检测配套设施。

  路网监测设施是宁夏公路网运行监测、管理与应急处置的基础,通过科学布设公路网监测设施,可以加强公路交通运行数据、视频图像数据、基础设施运行数据、路网环境信息和公路交通突发阻断信息等公路网信息的采集,全面掌握路网运行状况。

  (4)山东省《智慧高速公路建设指南(试行)》

  2021年6月,山东省交通运输厅印发《智慧高速公路建设指南(试行)》。由山东省交通运输厅组织山东高速集团及有关单位,在广泛调研国内外智慧高速相关技术实践情况,系统总结京台南段、济青中线智慧高速及智能网联测试基地建设等交通强国试点项目经验的基础上,参考借鉴有关省市标准,结合山东省高速公路发展和技术发展实际编制。智慧高速公路是基于业务需求,以数据为核心,充分利用现代技术,提升多源感知、融合分析以及决策支持能力,促进人车路环境的深度融合,实现建设、管理、养护、运营、服务全过程数字化和智能化的高速公路。

  智慧高速公路建设宜以全寿命数字建养、全过程安全畅通、全方位优质体验为目标。

  全寿命数字建养:智慧高速公路建设宜通过开展基础设施数字化、智能建造、健康监测、智能检测等,实现全寿命数字资产管理和科学养护。

  全过程安全畅通:智慧高速公路建设宜支持全天候通行、全路段感知、全过程管控的交通感知网建设,降低施工、事故、恶劣天气的潜在通行影响,降低路网运行负荷、提高路段通行能力。

  全方位优质体验:智慧高速公路建设宜拓展绿色节能技术应用,探索车路协同和混合交通流管控场景应用,提高伴随式服务和智慧服务区体验,提升公众出行获得感和幸福感。

  智慧高速公路总体架构分为智慧建养体系、智慧运营体系、支撑体系三部分,各部分组成内容和相互关系如图4所示:

  a) 智慧建养体系包括智慧建设和智慧养护,智慧建设包括勘察设计、建设管理、智慧工地和智能建造,智慧养护包括基础设施检测、基础设施监测和养护科学决策;

  b) 智慧运营体系包括路网管控和出行服务,路网管控包括交通运行监测、主动交通管控、全天候通行保障和应急保障,出行服务包括伴随式信息服务、智慧服务区、车路协同与自动驾驶;

  c) 支撑体系包括智能中台、信息安全、感知设施、通信设施和供电设施。

  图4 智慧高速公路建设总体架构

  智慧高速公路建设项目宜参照表3规定的应用内容进行建设。

  表3 智慧高速公路建设应用内容一览表

  车路协同系统应由 RSU、OBU、信息发布终端、边缘计算设备、高精度地图、高精度定位系统、车路协同平台组成,可依据实际需求扩展设备。

  自动驾驶系统宜由高精度地图、高精度定位、路侧感知设施、通信设施、车路协同云控平台等构成。自动驾驶宜基于L3级别及以上车辆进行试验,并实现对道路和交通环境信息采集、驾驶决策和控制执行等功能。

  (5)北京《智慧高速公路建设指南(征求意见稿)》

  2021年12月,北京市交通委员会发布了《智慧高速公路建设指南(征求意见稿)》,表明北京智慧高速进入加速发展时期。

  智慧高速公路应充分保证高速公路的功能属性,集成先进的感知、传输、信息处理、控制等技术,形成开放共享的基础平台,最终实现“协同、便捷、高效、绿色、安全”的目标,具体如下:

  协同:实现人、车、路之间数据的互联互通、信息协同,高速公路相关单位之间数据及业务的协同;以及京津冀地区路网交通数据及业务的协同。

  便捷:提供ETC、移动支付、无感支付等多种收费方式;提供加油、充电、购物等业务的自助服务;提供全方位、多渠道、伴随式、不间断、全流程的信息服务。

  高效:快速获取各类状态信息、事件信息;快速响应;实现业务处理高效,通行速度加快,拥堵时长减少。

  绿色:通过水、电、气、热等智能化管控,降低能源消耗;提高新能源在高速公路的使用率,节能减排。

  安全:提高极端天气、关键地点、特定时间段的安全保障能力,最大限度减少事故隐患量,降低事故严重程度,实现高速公路准全天候通行。

  北京市智慧高速公路总体架构可分为智慧化感知、智慧化服务、智慧化管理、共性服务平台、支撑及保障环境五部分内容。智慧高速公路建设总体架构见图5。

  智慧化感知包含高速公路建设工程过程中的状态感知、重点区域等基础设施感知、交通状态监测和环境感知,主要是融合应用多种监测设备实现人、车、路、环境的状态感知,为智慧化服务和智慧化管理提供数据支撑。

  智慧服务包含通行收费服务、车道控制服务、准全天候通行、精准气象服务、伴随式信息服务、智慧服务区服务及车路协同,主要面向高速公路驾乘人员等使用者。

  智慧化管理包含建设阶段的管理、运营阶段的管理和养护运维阶段的管理以及决策支持,主要面向高速公路行业管理者、运营者及所有者。

  共性服务平台包含基础服务和知识服务两大类服务。基础服务包括算法及模型管理服务、数据服务和空间地理信息服务。基础服务为知识服务、智慧化管理、智慧化服务提供通用的、智能的IT服务能力。知识服务包括智能视觉服务、智能语音服务、自然语言服务以及交通业务算法模型服务,为智慧化管理和智慧化服务提供高效的AI及大数据支撑。

  支撑及保障环境包含融合通信、设施供电、边缘计算设备设施以及云平台,为智慧化管理和智慧化服务提供基础保障。融合通信实现物理层的互联互通。设施供电为感知层监测设备设施、边缘计算设备设施以及云平台供配电。边缘计算设备设施提供靠近用户侧的服务保障。云平台提供云基础计算资源、存储资源、云安全资源。云平台具备大规模和扁平化接入能力,具有快速动态、安全可靠的计算、存储、网络资源分配能力。

  图5 智慧高速公路建设总体架构

  智慧高速等级分类见表4。

  表4 智慧高速智慧等级分类

  车路协同系统宜基于全方位实施车车、车路的动态全时空实时信息交互拓展交通状态的感知范围,为单车智能辅助驾驶、多车协同驾驶和基于车路协同的交通主动控制提供支撑。D2级智慧高速公路应具备道路危险状况提示、异常车辆预警、限速预警等与车辆安全相关的功能,以及前方拥堵提醒、服务区信息提醒、主线可变限速等与通行效率相关的功能。D3级智慧高速公路,除上述场景外,应支持多车协同智能控制、多车编队智能控制、交通主动智能控制等功能。车路协同系统主要由感知设施、RSU、OBU、信息发布终端组成。根据场景复杂性,可选配边缘计算设备设施、高精度地图、高精度定位系统、车路协同管理平台等,设备之间应实现通信的互联互通,系统应实现车辆身份认证以及信息加密。

  (6)《云南省智慧高速公路建设指南(试行)》

  2022年2月,云南省交通运输厅发布了《云南省智慧高速公路建设指南(试行)》(2022年版)。

  智慧高速公路建设的总体目标是推动高速公路数字转型、智能升级,建设安全可靠、便捷顺畅、经济高效、绿色集约、智能先进的智慧高速公路,具体如下:

  a) 安全可靠,降低高速公路事故发生数量、事故发生率、事故规模,提高高速公路行车安全;

  b) 便捷顺畅,提高高速公路科学有序的管理与控制水平,通过提高服务质量、服务水平提升公众出行的获得感和幸福感;

  c) 经济高效,成本投入与效益产出整体目标最优化,业务效率有效提升;

  d) 绿色集约,减少能源和材料的消耗,降低拥堵导致的碳排放;

  e) 智能先进,利用信息化、智能化技术,使高速公路智能化水平得到有效提升。

  智慧高速公路技术体系架构可分为全要素感知、全方位服务、全业务管理、创新应用、支撑与保障、新技术应用6部分内容,其中新技术应用服务于其他各项建设内容,各部分内容组成关系如图6所示。

  图6 智慧高速公路建设技术体系

  (7)《甘肃省智慧高速公路建设技术指南》

  2022年3月,为全面贯彻落实《交通强国建设纲要》《数字交通发展规划纲要》《甘肃省“十四五”综合交通运输体系发展规划》等相关要求,深入推进智慧交通发展,加快构建安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化综合交通体系,全面助力交通强国建设。根据《甘肃省智慧公路体系框架》总体架构和体系层级,甘肃省交通运输厅组织编制了《甘肃省智慧高速公路建设技术指南》。

  智慧高速公路建设应以高速公路建、管、养、运及公众出行需求为基础,依托5G、云计算、大数据、物联网等新一代信息技术,建设全要素感知、全过程管控、全方位服务的智慧高速公路,不断提高公路通行效率、服务水平及行车安全,实现公路建设、管理、养护、运营全生命周期的智慧化管理与服务。

  甘肃省智慧高速公路建设应从路段级、区域路网级、全域路网级三个层面进行实施。

  路段级智慧化建设应以路段精细化管控为目标,通过智慧情报板、信息发布系统进行路段的车流管控,实现更加精准的车道引导。

  区域路网级智慧化建设是在路段级智慧化建设的基础上,以提升区域路网交通运行和智慧管理效能为目标,结合区域路网内交通运行特征,利用先进信息技术建设集监测、调度、管控、应急、服务于一体的智慧平台,实现区域路网的车流导向和控制。

  全域路网级智慧化建设应以路网整体运行最优为目标,从全路网的视角对实时交通量、突发事件、施工养护、异常天气等进行深度分析、智慧调度、合理分流,满足公众个性化出行需求,实现及时高效的服务管理。

  智慧高速公路技术架构图如图7所示。

  全要素感知可实现全路网的数据感应和收集,包括公路主体及附属设施监测、公路交通运行状态监测、公路气象环境监测和多源数据接入。

  支撑及保障主要包括设施供电、融合网络及综合交通数据中心。

  典型应用主要包括面向行业管理人员、面向社会公众的各类应用系统。

  创新应用主要包括自由流收费及车路协同。

  图7 智慧高速公路技术架构图

  智慧高速公路的智慧化等级由低到高分为D1、D2、D3、D4四个等级,高等级的智慧高速公路内容涵盖低等级的内容,具体划分及定义见表5。

  D1级智慧化,指高速公路具备简单的智慧化。建设传统的收费、通信、监控三大系统,满足出行者的基本需求,提供ETC收费、视频监控、应急处置、信息查询等基本服务。

  D2级智慧化,指高速公路具备基本的智慧化。建设基础设施数字化和信息化,为下一步的智慧化发展提供基础条件,实现重大基础设施等全方位数字化监测和管理。

  D3级智慧化,指高速公路具备协同式智慧化。建设综合交通数据中心、车道级服务、准全天候通行、基于“云、边、端”的无人收费系统等,提供网联协同的智慧化管控环境和车道级、伴随式的高精准信息服务,实现智慧云收费等。

  D4级智慧化,指高速公路具有自主可控的智慧化,可提供车路协同、自动驾驶、高精度地图、自由流收费等服务,具备可持续、低排放、资源节约、抵御恶劣气象和自然灾害的能力。

  表5 高速公路智慧化分级表

  (8)《河南省智慧高速公路建设技术指南(试行)》

  2022年6月,河南省交通运输厅发布《河南省智慧高速公路建设技术指南(试行)》。

  智慧高速建设目标如下:

  智能先进:利用数字化、网络化技术进一步有效提升高速公路通行、管理、服务的智能协同水平。

  高效便捷:提高通行速度、提升通行能力、提高客货运输时空可靠性,提升服务质量与水平,便利公众出行,增强人民群众获得感和幸福感。

  安全可靠:提高恶劣天气下的安全水平,减少事故数量,降低事故严重程度。

  绿色经济:减少能耗,降低碳排放,节约资源,优化投入与产出比。

  智慧高速公路总体技术框架宜由信息基础设施、应用支撑环境、基本业务应用、专项场景、创新场景,以及循环评估评价、网络安全等组成。如图8所示。

  图8 智慧高速公路总体框架

  依据信息基础设施条件、数据处理能力,以及管理和服务方式等方面,智慧高速公路等级宜按照从低到高划分为D1-D3级,高等级应涵盖低等级的建设内容,具体等级划分可依据表6确定。

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