雅康高速公路智能交通管控系統(tǒng)探究

程起光 黃兵 曾德利 袁龍濤

（四川雅康高速公路有限責(zé)任公司，四川 成都 610000）

一、引言

智能交通管控系統(tǒng)有別于智能交通系統(tǒng)，主要用于交通管理。智能交通管控系統(tǒng)能夠通過云計算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、導(dǎo)航定位等現(xiàn)代信息技術(shù)的集成與應(yīng)用，將公路路產(chǎn)路權(quán)維護與養(yǎng)護、路網(wǎng)運行監(jiān)測、應(yīng)急調(diào)度指揮、動態(tài)違法打擊等核心業(yè)務(wù)有效融合，為交通管理者分析、研判、決策、指揮提供科學(xué)依據(jù)，從而提前部署并處置相關(guān)交通事件，實現(xiàn)交通管理由被動向主動的根本轉(zhuǎn)變[1-3]。

二、雅康高速公路智能交通管控系統(tǒng)建設(shè)背景

（一）雅康高速公路概況

雅康高速公路全長135km，路線攀升約2000m，橋隧比約82%。項目主要包括二郎山隧道、大渡河特大橋、喇叭河隧道群及瀘康段隧道群等控制性工程。冰雨雪霧路段、連續(xù)下坡路段、超長隧道及隧道群和橫風(fēng)路段組合出現(xiàn)，是全國橋隧比最高、運營難度最大的山區(qū)高速公路之一。目前，雅康高速全線安裝攝像機約1861個、氣象站23個、隧道CO/VI檢測儀及風(fēng)速風(fēng)向測試儀、長大橋及高邊坡監(jiān)測儀等設(shè)施設(shè)備若干，已基本實現(xiàn)全路段視頻監(jiān)控覆蓋、重大橋隧實時監(jiān)測、高邊坡監(jiān)測及重點路段氣象監(jiān)測等功能，有效提升了監(jiān)測、預(yù)警能力。

（二）雅康高速公路交通管控現(xiàn)狀與需求

1.運營安全現(xiàn)狀

雅康高速公路運營安全管理具有六個極其顯著的特點。分別是地質(zhì)條件極其復(fù)雜、路段情況極其多變、氣象條件極其惡劣、車流量極其巨大、應(yīng)急保障極其頻繁、應(yīng)急救援極其艱巨。

2.超前輔助決策缺乏綜合信息和數(shù)據(jù)支持

雅康高速公路甚至四川省運營高速公路均未完全建立智能交通管控系統(tǒng)，其他信息化系統(tǒng)眾多且各自獨立，數(shù)據(jù)信息孤島化嚴(yán)重，安全運行預(yù)警關(guān)口無法前移，人工管理成本突出，預(yù)警預(yù)防作業(yè)弱化，運營安全風(fēng)險較大。

3.影響交通自然流的思考

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國私家車保有量大幅增加，尤其在“黃金假期”和旅游旺季，高速堵車成為常態(tài)。造成雅康高速堵車的原因除特殊地理位置、巨大車流量外，還有頻發(fā)的交通事故、常規(guī)性的養(yǎng)護施工作業(yè)、變化無常的氣候環(huán)境、偶發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害等[4]，更重要的是缺乏科學(xué)、合理、有效的智能化管制手段。這些都對雅康高速安全運維管控提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，急需新思路、新手段、新技術(shù)來應(yīng)對管理壓力。

圖1 雅康高速智能交通管控系統(tǒng)需求分析

三、系統(tǒng)總體思路與建設(shè)框架

（一）系統(tǒng)總體思路

雅康高速智能交通管控系統(tǒng)融合了人工智能、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)、無人機傾斜攝影建模等高新技術(shù)，調(diào)用高德、百度等交通出行大數(shù)據(jù)，充分利用已有設(shè)備設(shè)施（如：卡口監(jiān)控系統(tǒng)、LED情報板）及影響車輛通行的各種成因（地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測信息、交通事故信息、氣象環(huán)境信息、路產(chǎn)路權(quán)維護及養(yǎng)護信息等）實現(xiàn)道路實景模型+實時畫面監(jiān)控、實時車流量監(jiān)測、外線車流量預(yù)測、車輛類型識別與信息采集、道路壓力測算、道路預(yù)警信息調(diào)控及發(fā)布等。其他相關(guān)功能模塊可協(xié)議解析，互聯(lián)互通。

圖2 雅康高速智能交通管控系統(tǒng)解決方案

（二）系統(tǒng)建設(shè)框架

智能交通管控系統(tǒng)采用縱橫架構(gòu)，其中橫向為六層，縱向包括三個體系，為“六層三體系”架構(gòu)。

“六層”系指：路段基礎(chǔ)設(shè)施層、計算資源層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、門戶層。

“三體系”系指：信息安全體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、管理制度體系。

四、多源信息融合技術(shù)在雅康高速的創(chuàng)新

（一）車流預(yù)測模型

以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),圖流計算為抽象模型,機器學(xué)習(xí)技術(shù)為實施路線,直接估計車輛平均速率等從宏觀層面刻畫交通擁堵的技術(shù)指標(biāo)。將雅康高速按節(jié)點劃分路段的交通擁堵指標(biāo)抽象為圖結(jié)構(gòu),其隨時間變化形成圖流，在數(shù)據(jù)量足夠多和廣的條件下(覆蓋節(jié)假日,交通事故,雨霧、地質(zhì)災(zāi)害、涉路施工等各種通行要素),通過機器學(xué)習(xí)生成預(yù)測模型。

（二）AI視覺分析技術(shù)—?；囎R別及多屏聯(lián)動預(yù)警

采用AI技術(shù)，加載深度學(xué)習(xí)算法，對車輛提取多達4000維度的細微特征，精準(zhǔn)識別?；囕v，準(zhǔn)確率高達99%。支持監(jiān)控中心語音預(yù)警、車輛定位、遠程抓拍、情報板聯(lián)動預(yù)警等功能。

（三）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

構(gòu)建雅康高速Safe-Iot小型物聯(lián)網(wǎng)平臺，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換或協(xié)議對接接入巡邏車定位、視頻監(jiān)控、可變情報板發(fā)布、北斗高精度地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測設(shè)備、雨雪霧監(jiān)測設(shè)備、機電設(shè)施設(shè)備、施工養(yǎng)護等多類型設(shè)備及系統(tǒng)，數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入物聯(lián)網(wǎng)平臺，接入影響車輛通行成因分析模型。

（四）小區(qū)間分析技術(shù)

將高速公路分成若干小區(qū)間段，利用ETC門架數(shù)據(jù)（或在ETC門架加裝攝像頭）、交通卡口數(shù)據(jù)，將高速公路網(wǎng)格化，最小區(qū)間可到1km，實時刻畫每個小區(qū)間內(nèi)的交通狀況。系統(tǒng)設(shè)計實時車流車型采集、道路壓力值學(xué)習(xí)、交通事故識別、氣象數(shù)據(jù)采集、車流預(yù)測、車流數(shù)據(jù)分析、通行數(shù)據(jù)分析、預(yù)警預(yù)報八個模塊。

（五）北斗高精度定位技術(shù)

運用具有國家自主知識產(chǎn)權(quán)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)高精度定位技術(shù)，對雅康高速公路全面的地質(zhì)災(zāi)害隱患點和主要橋梁、隧道實施24小時無人值守自動化形變監(jiān)測，其監(jiān)測精度可達水平±2mm，高程±4mm。

（六）三維可視化技術(shù)

采用無人機傾斜攝影、三維地理信息及DEM與DOM拼接構(gòu)建模型技術(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)定向、紋理匹配等技術(shù)，形成雅康高速的三維GIS模型。實現(xiàn)通行車輛及設(shè)備設(shè)施（如：視頻監(jiān)控、可變情報板、氣象環(huán)境監(jiān)測、機電設(shè)備等）可視化展示、地圖放大、地圖縮小、地圖平移、地圖翻轉(zhuǎn)、地圖滑動、地圖旋轉(zhuǎn)、分屏對比查看、地圖打印、空間量算、地形分析、道路瀏覽檢索等功能，實現(xiàn)雅康高速智能分流的三維可視化指揮。

五、智能管控系統(tǒng)在雅康高速的實際應(yīng)用效果

智能管控系統(tǒng)通過在雅康高速實際運行測試，總體性能達到了預(yù)期設(shè)計目標(biāo)，在三維可視化管控、交通監(jiān)測、?；愤\輸車輛通行預(yù)警及大數(shù)據(jù)融合分析方面取得較好效果。系統(tǒng)應(yīng)用如下：

（一）三維可視化大平臺

圖4 三維可視化大平臺

通過定位系統(tǒng)采集項目地理信息，運用三維傾斜攝像和手工建模技術(shù)實現(xiàn)雅康高速平安智慧交通系統(tǒng)的可視化調(diào)度，通過模型計算分析直觀顯示車輛行駛位置、機電設(shè)備設(shè)施狀態(tài)及控制（如：風(fēng)機、消火栓、LED情報板、電力電纜等）、實時視頻監(jiān)控投影及控制、環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測設(shè)備實時數(shù)據(jù)等。

（二）車流量監(jiān)測

圖5 車流量監(jiān)測

外網(wǎng)預(yù)測，即通過調(diào)用高德、百度交通出行大數(shù)據(jù)，對成雅、雅西、樂雅、國道318線等與雅康高速有交叉接點的路段做出流量預(yù)測；路段監(jiān)測，即將路段劃分成若干段落，通過監(jiān)控設(shè)備，對路段上行線、下行線和段落區(qū)間的車流實時監(jiān)測和統(tǒng)計；分段面預(yù)設(shè)道路壓力級別并加入學(xué)習(xí)功能，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析自動調(diào)整道路壓力值；根據(jù)不同斷面、不同道路壓力智能調(diào)用分流預(yù)案，由“五崗合一”指揮中心發(fā)布相關(guān)工作指令。

（三）車輛信息采集

圖6 車輛信息采集

通過AI智能攝像機，及時采集路段（或區(qū)間段落）內(nèi)通行車輛車型、車體顏色、車牌信息、車輛瞬時速度等通行信息。

（四）?；愤\輸車輛通行預(yù)警

圖7 ?；愤\輸車輛通行預(yù)警

雅康高速全路段限制?；愤\輸車輛通行，故在兩處高接高樞紐互通（草壩互通、對巖互通）設(shè)置卡口設(shè)備，通過對車輛識別與校驗算法，與臨近情報板聯(lián)動，將誤入的?；愤\輸車輛就近快速引導(dǎo)出站。

（五）大數(shù)據(jù)融合分析

圖8 多源信息融合大數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用

通過中心云平臺融合多源信息實現(xiàn)車流信息與影響車輛通行的系統(tǒng)數(shù)據(jù)（地質(zhì)災(zāi)害、交通事故、環(huán)境氣象施工養(yǎng)護等）無縫對接，綜合分析車輛通行要素；借助車流量分析等數(shù)據(jù)，深度挖掘雅康高速易堵路段、易堵時間及安全事故易發(fā)類型、地點、時間、誘因等綜合交通大數(shù)據(jù)。

六、結(jié)語

雅康高速智能交通管控系統(tǒng)具有可視化大平臺、實景地圖地理信息、車輛態(tài)勢感知、實時車流量監(jiān)測、車量信息采集、隧道（服務(wù)區(qū)）實時車流量、外線車流預(yù)測、車輛運行動態(tài)違法打擊等功能，同時接入影響車輛通行的成因數(shù)據(jù)（實時環(huán)境監(jiān)測、交通事件、地質(zhì)災(zāi)害信息、養(yǎng)護信息等）、大數(shù)據(jù)分析與輔助決策等功能模塊。通過雅康智能交通管理系統(tǒng)的建設(shè)，使“五崗合一、會商決策”的共管共治機制更加精準(zhǔn)和高效，大大提高對雅康高速及通行車輛的安全管控和應(yīng)急保障能力，真正實現(xiàn)全時空精準(zhǔn)管控。