面向新基建的路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)感知體系構(gòu)建研究

葉騰茂

摘 要：路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)感知是交通管理、交通誘導(dǎo)、交通控制和交通指揮與救援的基礎(chǔ)。在梳理新基建對(duì)路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)感知體系要求以及目前城市路網(wǎng)感知體系存在的普遍不足的基礎(chǔ)上，文章以廈門(mén)為例，提出面向新基建的路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)感知體系內(nèi)容，包括數(shù)據(jù)采集體系、技術(shù)選型以及空間布局原則研究3個(gè)方面，為新形勢(shì)下的路網(wǎng)感知體系構(gòu)建提供了參考。

關(guān)鍵詞：新基建;交通運(yùn)行狀態(tài);感知體系

0? ? 引言

路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)是指依托可獲取的、標(biāo)準(zhǔn)化的路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)或周期性道路網(wǎng)交通流單一或綜合運(yùn)行的特征和趨勢(shì)。2020年8月24日，交通運(yùn)輸部印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》[1]，意見(jiàn)明確要推動(dòng)交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級(jí)，利用先進(jìn)信息技術(shù)深度賦能交通基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)泛在感知設(shè)施、先進(jìn)傳輸網(wǎng)絡(luò)、北斗時(shí)空信息服務(wù)在公路行業(yè)的深度覆蓋[2]，實(shí)現(xiàn)公路運(yùn)行的精準(zhǔn)感知、精確分析、精細(xì)管理和精心服務(wù)。

道路交通運(yùn)行信息化管理體系包括感知層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層和用戶層[3]。感知層是路網(wǎng)交通運(yùn)行監(jiān)測(cè)信息化管理技術(shù)框架的基礎(chǔ)，感知體系對(duì)數(shù)字交通、智慧交通的發(fā)展具有重要的作用。

廈門(mén)市作為副省級(jí)城市和交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)試點(diǎn)，重視道路交通運(yùn)輸發(fā)展。目前，廈門(mén)市路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)感知主要依靠浮動(dòng)監(jiān)測(cè)、定點(diǎn)監(jiān)測(cè)以及社會(huì)數(shù)據(jù)3種類(lèi)型[2]。

（1）浮動(dòng)監(jiān)測(cè)主要集中在城市主干道，次干道、支路以及島外偏遠(yuǎn)區(qū)域覆蓋不足。由于人的自主選擇、主動(dòng)避讓等行為，城市主干道以及重要干道的效果要優(yōu)于次干路、支路的效果;由于公眾出行半徑影響以及出租車(chē)、網(wǎng)約車(chē)的營(yíng)運(yùn)特點(diǎn)，島外偏遠(yuǎn)區(qū)域的浮動(dòng)車(chē)覆蓋度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，監(jiān)測(cè)效果不佳。

（2）定點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)量較少，覆蓋面不足。廈門(mén)市目前交通流量調(diào)查設(shè)備平均布設(shè)間距為50 km，北京國(guó)省道平均布設(shè)間距為14 km，上海市平均布設(shè)間距均為4 km[4]，與北京、上海相比，斷面交通流量設(shè)備的布設(shè)密度明顯不足。

（3）現(xiàn)有部分設(shè)備性能以及布局不能滿足新基建的發(fā)展要求。超過(guò)50%的交調(diào)設(shè)備為接觸式，此類(lèi)設(shè)備感知數(shù)據(jù)類(lèi)型少，后期維護(hù)成本高;交通事件檢測(cè)設(shè)備的誤報(bào)率達(dá)到30%;空間布局不合理使得路網(wǎng)感知存在盲區(qū)[3]。

（4）缺乏總體設(shè)計(jì)，不同監(jiān)測(cè)體系之間的設(shè)備協(xié)同性差，數(shù)據(jù)之間的共享融合存在困難，感知設(shè)施設(shè)備全生命周期管理缺乏有效手段。

基于上述問(wèn)題和背景，本文以廈門(mén)為例，分析路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)的業(yè)務(wù)流，構(gòu)建路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集體系;建議科學(xué)合理地采用感知設(shè)備技術(shù)，明確設(shè)備布局原則，為運(yùn)行狀態(tài)感知體系的建設(shè)提供工程依據(jù)。

1? ? 數(shù)據(jù)采集體系構(gòu)建

1.1? 感知需求分析

路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)感知是交通管理、交通誘導(dǎo)、交通控制和交通指揮與救援的基礎(chǔ)。梳理廈門(mén)市道路交通管理者即各業(yè)務(wù)處室的職責(zé)[4]，通過(guò)對(duì)各業(yè)務(wù)進(jìn)行分析研究，為了支撐相關(guān)業(yè)務(wù)的開(kāi)展，路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)需感知路網(wǎng)運(yùn)行通暢程度、突發(fā)事件影響程度、道路交通安全以及交通供需平衡4個(gè)方面的信息，因此設(shè)置了運(yùn)行指數(shù)、中斷率、超限超載率和常發(fā)性擁堵里程4個(gè)指標(biāo)[5];為支撐這4個(gè)指標(biāo)的計(jì)算，需要知道路段流量、速度、擁堵排隊(duì)長(zhǎng)度、車(chē)型分布、突發(fā)事故等數(shù)據(jù)。

1.2? 數(shù)據(jù)采集體系

依據(jù)廈門(mén)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)體系，結(jié)合運(yùn)行狀態(tài)影響因素及新基建要求，梳理得到路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集體系[6]，主要包括評(píng)價(jià)方面、評(píng)價(jià)指標(biāo)、數(shù)據(jù)層、更新頻率、覆蓋范圍和感知層，詳細(xì)內(nèi)容如表1所示。

2? ? 技術(shù)選型

2.1? 常用設(shè)備及技術(shù)對(duì)比

目前，常用的感知設(shè)備主要有環(huán)形感應(yīng)線圈、地磁檢測(cè)器、超聲波、主（被）動(dòng)紅外線、視頻設(shè)備、毫米波雷達(dá)以及激光雷達(dá)七大類(lèi)，對(duì)各類(lèi)設(shè)備從檢測(cè)參數(shù)、檢測(cè)精度、檢測(cè)范圍、安裝要求、適用場(chǎng)景、使用壽命、可維護(hù)性、使用成本等方面進(jìn)行技術(shù)對(duì)比，得出如下結(jié)論。

（1）環(huán)形線圈、磁力和微波檢測(cè)器可以滿足最基本的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)功能需求，且技術(shù)成熟，價(jià)格便宜，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng);然而，其較為傳統(tǒng)，技術(shù)升級(jí)和后期運(yùn)營(yíng)成本較大。

（2）對(duì)于車(chē)型、行駛軌跡、車(chē)頭時(shí)距、3D建模等比較復(fù)雜的需求，視頻檢測(cè)器搭配毫米波雷達(dá)或者激光雷達(dá)是較為合理的選擇;然而，其環(huán)境適應(yīng)性較差，技術(shù)成熟度較低。

2.2? 設(shè)備選型方案

由場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)，結(jié)合目前主流設(shè)備的性能及優(yōu)缺點(diǎn)，本文選擇了車(chē)路協(xié)同示范段、快速路交叉口與大型十字路口、大型橋梁與長(zhǎng)大隧道、普通公路、山地公路、支路與偏遠(yuǎn)公路7種典型場(chǎng)景，提出了4種適用的設(shè)備組合方案。場(chǎng)景特點(diǎn)及設(shè)備組合方案作用如表2所示。

3? ? 空間布局

3.1? 布局原則

（1）需求導(dǎo)向。

梳理路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)感知相關(guān)單位及職責(zé)，總結(jié)路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)感知的實(shí)際需要，從需求出發(fā)，對(duì)感知設(shè)備進(jìn)行布設(shè)。

（2）資源集約。

結(jié)合廈門(mén)市實(shí)際情況，科學(xué)規(guī)劃和整合現(xiàn)有感知設(shè)備資源，優(yōu)化存量，打破信息孤島和資源分割，統(tǒng)籌為各業(yè)務(wù)部門(mén)及廣大駕乘人員提供服務(wù)，最大限度地提高資源利用效率，減少重復(fù)建設(shè)。

（3）規(guī)模適度。

在實(shí)現(xiàn)感知范圍全覆蓋的基礎(chǔ)上，應(yīng)實(shí)現(xiàn)布設(shè)規(guī)模與觀測(cè)效率的最優(yōu)平衡，避免冗余站點(diǎn)的布設(shè)，最大限度地減少感知設(shè)施設(shè)備的大幅度建設(shè)投入和后期運(yùn)行投入。

（4）因地制宜。

感知設(shè)備布設(shè)應(yīng)根據(jù)路網(wǎng)感知現(xiàn)狀，分析感知薄弱環(huán)節(jié)，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，采取定量分析與定性分析相結(jié)合的方法，保證布設(shè)方法與布設(shè)方案的科學(xué)合理性。在設(shè)備技術(shù)選擇上，工作人員要依據(jù)不同的采集需求，選擇滿足其要求的設(shè)施設(shè)備。

3.2? 感知設(shè)備布局要求

依據(jù)廈門(mén)道路交通流量以及路網(wǎng)形態(tài)，感知設(shè)備的布局以“點(diǎn)現(xiàn)成面”為依據(jù)，先對(duì)特殊的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，然后提出一般布設(shè)的要求，例如不同等級(jí)、不同狀態(tài)道路的布設(shè)間距的要求等。

3.2.1? 特殊監(jiān)測(cè)點(diǎn)

道路上以下的監(jiān)測(cè)點(diǎn)必須布設(shè)感知設(shè)備。

（1）連續(xù)下坡超過(guò)3 km、平均縱坡大于5.5%的長(zhǎng)大下坡。

（2）視線遮擋的公路彎道區(qū)域。

（3）連續(xù)長(zhǎng)度超過(guò)3 km，年平均發(fā)生3起（含）以上超速或疲勞駕駛一般交通事故的長(zhǎng)直線路段。

（4）連續(xù)長(zhǎng)度超過(guò)3 km，3年內(nèi)發(fā)生2起（含）以上超速或疲勞駕駛重特大公路突發(fā)事件的長(zhǎng)直線路段。

（5）承擔(dān)區(qū)域公路網(wǎng)連通作用的國(guó)道路段。

（6）承擔(dān)國(guó)防公路作用的省道及以上等級(jí)公路路段。

3.2.2? 一般布設(shè)要求

（1）在高速公路、國(guó)道、省道、縣道相互交叉口處，應(yīng)設(shè)置交通流監(jiān)測(cè)設(shè)備;在設(shè)置交通信號(hào)控制設(shè)備的交叉口，應(yīng)根據(jù)控制的需求和信息采集的需求設(shè)置交通流監(jiān)測(cè)設(shè)備;國(guó)省道與鐵路交叉區(qū)域應(yīng)設(shè)置交通流監(jiān)測(cè)設(shè)備;設(shè)置點(diǎn)位于主要分流方向上游300～500 m處。

（2）在一級(jí)道路路段上，宜每隔2～4 km設(shè)置一套交通流監(jiān)測(cè)設(shè)備或具有交通流監(jiān)測(cè)功能的設(shè)備;在二級(jí)道路節(jié)點(diǎn)間距為3～5 km的路段，宜設(shè)置一套交通流監(jiān)測(cè)設(shè)備或具有交流監(jiān)測(cè)功能的設(shè)備[7]。

（3）在國(guó)省縣道常發(fā)擁堵的路段，宜按照2 km間隔設(shè)置交通流監(jiān)測(cè)設(shè)備。

（4）在與高速公路并行并在一定范圍內(nèi)可作為高速公路替換路徑的國(guó)道，宜按照2 km間隔設(shè)備交通流監(jiān)測(cè)設(shè)備;在與國(guó)道并行并在一定范圍內(nèi)可作為國(guó)道替換路徑的省道，宜按照2 km間隔設(shè)備交通流監(jiān)測(cè)設(shè)備[8]。

（5）市域邊界、島嶼出入口道路上應(yīng)設(shè)置交通流監(jiān)測(cè)設(shè)備。

（6）橋梁兩側(cè)宜設(shè)置交通流監(jiān)測(cè)設(shè)施，隧道宜每隔300～750 m設(shè)置間距。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合新基建形勢(shì)下路網(wǎng)感知需求和廈門(mén)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，構(gòu)建廈門(mén)市路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)感知體系，主要結(jié)論如下。

（1）從廈門(mén)感知需求出發(fā)，構(gòu)建了廈門(mén)市路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集體系。本文從廈門(mén)市路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)業(yè)務(wù)流出發(fā)，總結(jié)感知信息共性特性，從運(yùn)行指數(shù)、中斷率、常發(fā)擁堵路段性和超限超載率4個(gè)方面構(gòu)建了包括評(píng)價(jià)方面、評(píng)價(jià)指標(biāo)、數(shù)據(jù)層、更新頻率、覆蓋范圍和感知層的數(shù)據(jù)采集體系。

（2）分析了目前主流感知設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)，建議了不同場(chǎng)景的感知設(shè)備組合方式。分析了當(dāng)前主流的感知設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)7種不同的感知需求及場(chǎng)景，給出了不同場(chǎng)景感知設(shè)備選型方案。

（3）明確了空間布局的原則。本著需求導(dǎo)向、資源集約、規(guī)模適度、因地制宜的布局原則，結(jié)合廈門(mén)道路交通流量以及路網(wǎng)形態(tài)，點(diǎn)線結(jié)合給出了不同性質(zhì)道路以及特殊監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空間布局要求。

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（編輯 王永超）