基于物聯(lián)網(wǎng)的智能高速公路系統(tǒng)分析

劉彬彬

（安徽省交通控股集團(tuán)有限公司 合安公路管理處，安徽 桐城 231400）

0 引言

高速公路作為重要的基件設(shè)施，隨著經(jīng)濟(jì)體系的逐步完善，對(duì)于貨物運(yùn)輸及交通事業(yè)所呈現(xiàn)出的需求逐漸增大。高速公路在建設(shè)過(guò)程中，必須進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)化、綜合化管理，保證高速公路在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，可以通過(guò)完整的管理措施維系交通事業(yè)的正常運(yùn)行。在信息技術(shù)的支撐下，依托互聯(lián)網(wǎng)可打造出智能高速公路系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)信息的多節(jié)點(diǎn)化、對(duì)接化運(yùn)算，保證高速公路在服務(wù)過(guò)程中能通過(guò)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)闡釋出不同操控模式中存在的一系列問(wèn)題，進(jìn)而為后續(xù)高速公路運(yùn)營(yíng)提供基礎(chǔ)保障。

1 物聯(lián)網(wǎng)與智能高速公路系統(tǒng)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是以數(shù)據(jù)信息傳輸為基礎(chǔ)，搭載不同傳感設(shè)備，界定出基于數(shù)字信號(hào)與數(shù)字信息多元化傳輸?shù)闹悄芸刂企w系[1]。通過(guò)數(shù)字化、智能化技術(shù)的應(yīng)用，真正推動(dòng)信息化系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展。從技術(shù)角度而言，物聯(lián)網(wǎng)本身作為一個(gè)綜合型的技術(shù)體系，在傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的支撐下，可以打造出基于數(shù)據(jù)信息高精準(zhǔn)性、高可靠性傳輸?shù)母兄惥W(wǎng)絡(luò)框架，進(jìn)而保證內(nèi)部所搭載的不同載體能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)化、精準(zhǔn)化操作，設(shè)計(jì)和構(gòu)建智能操控平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。

1.2 智能高速公路系統(tǒng)

智能高速公路系統(tǒng)是以信息平臺(tái)為核心，通過(guò)通信技術(shù)、控制技術(shù)和人工智能技術(shù)等，設(shè)計(jì)構(gòu)建基于數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)化調(diào)控、指令精準(zhǔn)化對(duì)接的高速公路信息管理系統(tǒng)，結(jié)合內(nèi)部精密算法、邏輯理論和智能控制等，真正打造出基于監(jiān)管檢測(cè)與執(zhí)行的高效化公路運(yùn)輸系統(tǒng)[2]。從信息化發(fā)展角度而言，高速公路系統(tǒng)智能化、自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為整個(gè)社會(huì)發(fā)展的一種必然趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)交通信息的全過(guò)程監(jiān)管，保證智能控制達(dá)到人、車流量與道路的一體化監(jiān)管，保證整個(gè)信息傳輸模式建立在時(shí)間與空間層面上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)對(duì)接，令管理者了解到道路的路況及不同系統(tǒng)監(jiān)管過(guò)程中所呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)屬性，進(jìn)而解決道路交通問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)組織化、規(guī)范化管理，為我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展提供新的思路。

2 智能高速公路系統(tǒng)的建設(shè)需求

伴隨著高速公路運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)的不斷增加，對(duì)基層管理與組織調(diào)節(jié)所呈現(xiàn)出的需求也在同步增加。智能高速公路系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，可以搭載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與終端傳輸載體，搭建智能化、實(shí)時(shí)化的監(jiān)控體系，保證系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可以精確反映出當(dāng)前道路及交通環(huán)境和狀況[3]。從智能高速公路系統(tǒng)的建設(shè)特征而言，它所呈現(xiàn)出的訴求點(diǎn)如下。

第一，對(duì)于信息傳輸?shù)臅r(shí)效性訴求。智能高速公路系統(tǒng)建設(shè)是搭設(shè)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)建之上，以數(shù)據(jù)信息交互、數(shù)據(jù)信息動(dòng)態(tài)變化特征為基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)體制，它對(duì)交通流量、車流密度及現(xiàn)階段交通環(huán)境所能呈現(xiàn)出的最大核載量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行深度挖掘，保證內(nèi)部信息可以真實(shí)反映出整個(gè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)力度，降低交通事故率。此過(guò)程需要傳輸數(shù)據(jù)信息，利用其時(shí)效性特征，精準(zhǔn)且及時(shí)地反映出當(dāng)前的交通情況，并將整個(gè)信息傳輸?shù)奖O(jiān)管部門(mén)，提高其管理質(zhì)量[3]。

第二，對(duì)于信息發(fā)布的及時(shí)性訴求。高速公路系統(tǒng)屬于全天候的運(yùn)營(yíng)模式，對(duì)于駕駛者而言，在出行過(guò)程中通常先搜索路線，然后結(jié)合路線擁堵?tīng)顟B(tài)選取相對(duì)應(yīng)的出行模式。此過(guò)程中，智能高速公路系統(tǒng)與交通管理系統(tǒng)相連，需要針對(duì)交通路徑及時(shí)間高峰期等，設(shè)定更完善的管理路線，其系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以及時(shí)同步到整個(gè)軟件運(yùn)行中，讓用戶及時(shí)了解交通擁堵?tīng)顩r，然后選取最佳出行線路和時(shí)間。

第三，對(duì)于控制系統(tǒng)的響應(yīng)性訴求。高速公路在投入使用后，需要針對(duì)整體的車流量進(jìn)行分析，保證固有時(shí)間段、空間段內(nèi)道路資源得到充分利用，避免出現(xiàn)道路擁擠的現(xiàn)象。智能高速公路系統(tǒng)在建設(shè)過(guò)程中，需保證數(shù)據(jù)信息接收的時(shí)效性，建設(shè)更完善的車輛調(diào)度系統(tǒng)，針對(duì)交通狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行監(jiān)管與數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而制訂最優(yōu)引導(dǎo)方案，提高道路利用率。例如，在高峰期間車輛存在擁堵現(xiàn)象或發(fā)生交通事故，則整個(gè)系統(tǒng)需要按照規(guī)劃路徑給出具有快速響應(yīng)性、有效救援性的管理措施，爭(zhēng)取在最短的時(shí)間內(nèi)清除故障，提高交通效率[4]。

第四，對(duì)于決策系統(tǒng)的服務(wù)性訴求。智能高速公路系統(tǒng)在建設(shè)與使用過(guò)程中，智能化主要體現(xiàn)于數(shù)據(jù)信息多維度處理，保障領(lǐng)域內(nèi)數(shù)據(jù)參數(shù)可以精準(zhǔn)反映高速公路運(yùn)行狀態(tài)，為后續(xù)管理工作提供數(shù)據(jù)決策支撐。此過(guò)程中所產(chǎn)生的服務(wù)性訴求的全過(guò)程建立在整個(gè)公共運(yùn)營(yíng)模式之上，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在的問(wèn)題，配比相應(yīng)的調(diào)控機(jī)制、組織結(jié)構(gòu)，爭(zhēng)取在最短時(shí)間內(nèi)解決交通問(wèn)題[5]。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能高速公路系統(tǒng)分析

3.1 決策支持系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能高速公路系統(tǒng)，在建設(shè)過(guò)程中，必須針對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)化傳輸與界定，保證終端操控系統(tǒng)與監(jiān)管系統(tǒng)之間可以實(shí)現(xiàn)行程數(shù)據(jù)高度集中與整合。結(jié)合數(shù)據(jù)信息的收集、存儲(chǔ)及深度挖掘，了解高速公路的通行情況，從而制定出具備一定預(yù)期性的交通疏導(dǎo)對(duì)策，避免交通問(wèn)題的產(chǎn)生。智能高速公路交通決策功能如圖1所示。在人機(jī)交互界面中會(huì)顯示高速公路信息和高速公路智能決策信息，分別通過(guò)流量監(jiān)控、緊急事件和擁擠信息查證3個(gè)模塊，分析高速公路當(dāng)前的運(yùn)作模式。對(duì)于智能決策方案系統(tǒng)，則是通過(guò)高速公路既有的數(shù)據(jù)庫(kù)體系，將公路預(yù)備案信息策略庫(kù)信息和模型庫(kù)的信息進(jìn)行整合，將擁堵屬性及經(jīng)濟(jì)時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘處理，整合到智能解決方案中的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)，再經(jīng)由推理機(jī)構(gòu)及各類數(shù)據(jù)算法，制訂完善的決策方案，顯示在人際交互界面中，方便管理人員及時(shí)了解到職能處理方案及當(dāng)前道路的運(yùn)行過(guò)程中所存在的一系列問(wèn)題，提升高速公路管理質(zhì)量。

圖1 決策支持系統(tǒng)

3.2 緊急救援系統(tǒng)

緊急救援系統(tǒng)是智能高速公路系統(tǒng)中的一個(gè)重要子模塊，它將當(dāng)前數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，結(jié)合整個(gè)系統(tǒng)處理機(jī)制，制訂出多部門(mén)、多機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)的處理方案，保證救援系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可以及時(shí)明確各類救援措施，提高實(shí)際救援質(zhì)量（如圖2所示）。在建設(shè)智能高速公路緊急救援系統(tǒng)過(guò)程中，需要以信息采集模塊、報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)確認(rèn)及方案生成模塊為主體，結(jié)合救援實(shí)施方案、文檔數(shù)據(jù)處理方案、調(diào)控方案、資源維護(hù)方案等，對(duì)數(shù)據(jù)信息所呈現(xiàn)出的事故進(jìn)行記錄，最后經(jīng)由服務(wù)資源與系統(tǒng)傳輸模塊，將整個(gè)事件所呈現(xiàn)出的消耗模式進(jìn)行分化設(shè)定，保證每一類數(shù)據(jù)信息可以真實(shí)反映出當(dāng)前智能高速公路緊急救援系統(tǒng)的應(yīng)用特征，提高實(shí)際管理質(zhì)量。

圖2 緊急救援系統(tǒng)

3.3 智能調(diào)度系統(tǒng)

智能高速公路系統(tǒng)中的調(diào)度機(jī)構(gòu)如圖3所示，針對(duì)現(xiàn)階段道路運(yùn)行模式中呈現(xiàn)出的擁擠及事故等進(jìn)行分析，依據(jù)數(shù)據(jù)在不同節(jié)點(diǎn)下的映射形式，設(shè)計(jì)制定具備高可行性與引導(dǎo)性的交通管制措施。物聯(lián)網(wǎng)支撐下的智能高速公路系統(tǒng)，在運(yùn)行過(guò)程中主要是對(duì)入口匝道進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在高速公路上路口與下路口之間的匝道中，匝道是擁堵問(wèn)題產(chǎn)生的關(guān)鍵點(diǎn)，在控制車速的過(guò)程中，如果單一節(jié)點(diǎn)內(nèi)的車輛較多時(shí)，將產(chǎn)生一定的擁堵現(xiàn)象[5]。為此，通過(guò)監(jiān)控傳感裝置對(duì)入口匝道進(jìn)行路徑誘導(dǎo)，比對(duì)車流量控制與高速公路主線中的車速、車流量，然后通過(guò)速度控制可以對(duì)整個(gè)區(qū)域內(nèi)的車流量進(jìn)行緩沖，保證交通流量在匝道入口與出口處可以持續(xù)性運(yùn)作，避免出現(xiàn)擁堵的問(wèn)題。例如，在實(shí)際調(diào)度過(guò)程中，中央操控系統(tǒng)可以針對(duì)當(dāng)前擁堵路段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)合車速、車流量，設(shè)計(jì)出預(yù)期時(shí)間段車輛疏導(dǎo)的可行性方案，然后結(jié)合模擬功能，測(cè)評(píng)出落實(shí)當(dāng)前方案是否可在短時(shí)間內(nèi)完成交通疏導(dǎo)。通過(guò)交通主系統(tǒng)下達(dá)相應(yīng)的操控指令，讓交通執(zhí)法人員明晰當(dāng)前管理工作的邏輯工序，這樣在現(xiàn)場(chǎng)疏導(dǎo)過(guò)程中，可以極大地提高工作效率[6]。

圖3 智能調(diào)度系統(tǒng)

3.4 信息發(fā)布系統(tǒng)

信息發(fā)布系統(tǒng)（如圖4所示）的設(shè)定則是針對(duì)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)所呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)采集傳輸與存儲(chǔ)，將信息融合到整個(gè)平臺(tái)中，通過(guò)系統(tǒng)集中化處理，可以將不同組內(nèi)的信息機(jī)構(gòu)進(jìn)行整合，建設(shè)完善的信息發(fā)布平臺(tái)，保證各類信息內(nèi)容可以精準(zhǔn)反映出交通情況。例如調(diào)度控制系統(tǒng)，收費(fèi)系統(tǒng)、緊急事故救援系統(tǒng)，在不同系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程中，依據(jù)整個(gè)信息發(fā)布平臺(tái)，審批各類信息處理與內(nèi)容，最后經(jīng)由信息發(fā)布管理平臺(tái)，設(shè)定出多類別的傳輸形式，依據(jù)不同交通訴求，設(shè)計(jì)出完整的信息管理框架[7]。例如，在信息平臺(tái)發(fā)布過(guò)程中，可以將當(dāng)前數(shù)據(jù)信息通過(guò)高速信息網(wǎng)、可變信息板、限速模式、廣播模式及車載定位系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)布，這樣在不同監(jiān)管模式下可以真正實(shí)現(xiàn)車輛信息與交通環(huán)境的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)定，保證每一類數(shù)據(jù)信息參數(shù)的精準(zhǔn)性，同時(shí)可以映射出當(dāng)前交通環(huán)境之間存在的一系列問(wèn)題，為用戶提供實(shí)時(shí)化信息，保證交通出行的便捷性。

圖4 信息發(fā)布系統(tǒng)

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)支撐下的高速公路系統(tǒng)智能化、自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，需要深度運(yùn)用各類信息技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備，打造出多位聯(lián)動(dòng)的處理框架，提高信息監(jiān)管效能。為進(jìn)一步提高高速公路智能監(jiān)管質(zhì)量，需要加快完善信息管理系統(tǒng)，挖掘出物聯(lián)網(wǎng)與車輛、駕駛?cè)藛T、高速公路之間的關(guān)系，打造出智慧型運(yùn)營(yíng)體系，實(shí)現(xiàn)高速公路轉(zhuǎn)型升級(jí)。