鄂州機場高速的“聰明”之處
——混合流下湖北首條智慧高速的探索與實踐

文 /圖 湖北交通投資集團有限公司 張再武 夏雋 羅如意 劉文婷

2022年5月1日零時起，全長13.042公里、采用雙向六車道高速公路標準建設、設計時速120公里、國內(nèi)首次全線引入多參量光柵陣列傳感網(wǎng)絡的湖北省首條智慧高速公路——鄂州花湖機場高速建成通車，將對未來建設長江經(jīng)濟帶多式聯(lián)運體系、帶動武漢城市圈臨空經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。

鄂州花湖機場高速公路（以下簡稱“鄂州機場高速”）是鄂州花湖機場連接漢鄂、武黃、武陽等湖北省內(nèi)高速公路的重要通道，可增強鄂州東部與武漢、黃石等地之間的互聯(lián)互通，是鄂州花湖機場“空轉(zhuǎn)公”的重要一環(huán)，對完善鄂東地區(qū)路網(wǎng)布局、打造航空客貨“雙樞紐”提供交通“硬連通”。

作為湖北省首條智慧高速，鄂州機場高速主要服務于公空聯(lián)運和物流集散。為使貨物能從路網(wǎng)中更快速地集聚到機場或從機場更快速地疏散到路網(wǎng)，項目方結(jié)合全國智慧高速建設經(jīng)驗，提出“以安全、暢通為前提，提高公路運營管理能力，最大限度地提升路網(wǎng)承載能力和服務水平，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展”的建設理念，并基于雷達、視頻和光柵光纖的多源融合傳感系統(tǒng)，在國內(nèi)首次全線引入多參量光柵陣列傳感網(wǎng)絡，使之成為湖北省首條全時、全域、全天候可感知、可觸達的智慧高速公路。

鄂州機場高速到底“聰明”在哪兒？

系統(tǒng)搭建因“人”而異

鄂州機場高速智慧系統(tǒng)搭建以服務各高速參與方為出發(fā)點，在賦能運營人員對高速公路高效管理的同時，實現(xiàn)信息對高速交警、高速路政人員、司乘人員等其他高速公路參與方的全面觸達。

鏈接

鄂州花湖機場

鄂州花湖機場位于湖北省鄂州市鄂城區(qū)燕磯鎮(zhèn)杜灣村附近，為4E級國際機場、航空物流國際口岸、亞洲第一座專業(yè)性貨運樞紐機場。

高速公路運營公司

通過運行監(jiān)測與應急指揮調(diào)度系統(tǒng)、交通仿真平臺、智能一體化運維、資產(chǎn)數(shù)字化管養(yǎng)、收費運營管理五大應用，為高速公路運營公司在管理、養(yǎng)護、運營等方面提供高效服務。

高速路政

通過打通高速路政系統(tǒng)與高速公路一體化平臺信息共享端口，支撐施工管控、超限管理、路政巡查、道路服務能力評估等一系列路政業(yè)務，幫助路政人員更好地保障公路使用質(zhì)量，提高路產(chǎn)路權維護能力。

高速交警

高速公路一體化平臺與高速交警系統(tǒng)互聯(lián)互通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、業(yè)務聯(lián)動，為高速交警在交通事故處理、交通安全預警、交通疏導等方面提供信息支撐，并在管制建議、違法取證、事故回溯方面提供依據(jù)。

物流公司

通過打造不停車稱重預檢系統(tǒng)、準自由流收費系統(tǒng)及機場稱重數(shù)據(jù)推送系統(tǒng)，減少貨運車輛排隊稱重上下高速的時間，提高運輸效率；通過公共出行服務平臺實時發(fā)布航班信息、機場內(nèi)相關信息等為物流公司提供精準服務。

在車路協(xié)同方面，重點解決惡劣天氣條件下，不具備自動駕駛或智能網(wǎng)聯(lián)能力的物流車輛通過預約通行、前車引導、后車跟隨的方式實現(xiàn)全天候低速編隊通行的方式，保障物流不中斷、貨物不滯留，為機場貨物快速集散提供強力支撐。

司乘人員

通過搭建完善的公共出行服務系統(tǒng)，確保道路管理方與司乘人員的信息對稱，并以App地圖信息發(fā)布、主線信息提示、短消息推送等方式，幫助司乘人員快速獲取道路交通信息，實現(xiàn)安全、高效、便捷通行。

感知設施按區(qū)域布設示意圖

感知設施按“需”而布

未來相當長的一段時間內(nèi)，高速公路網(wǎng)將存在傳統(tǒng)高速與不同等級智慧高速的混合情況，即混合路；而高速公路交通流也將存在由傳統(tǒng)駕駛車輛、智能網(wǎng)聯(lián)車輛和單體自動駕駛車輛組成的混合情況，即混合流。為此，項目方從安全、效率、服務出發(fā)，按需布設感知設施，以探索混合路和混合流情境下湖北智慧高速建設的差異化路徑。

為滿足不同類型車輛對鄂州機場高速的不同需求和期望，項目方在汲取國內(nèi)其他省份智慧高速建設經(jīng)驗的基礎上，通過前端感知能力融合和后端軟件算法交互，將路段劃分成核心區(qū)、擴展區(qū)等不同等級的區(qū)域，再針對各區(qū)域特點“分段設置、分類配置”感知設施。例如，在核心區(qū)（從主線收費站到與漢鄂高速相接的東廟樞紐），高密度布設光柵傳感、毫米波雷達、多線激光雷達、攝像機、V2X路側(cè)單元等設施；在擴展區(qū)（東廟樞紐到項目與武黃高速相接的陳橋樞紐），只布設光柵傳感、毫米波雷達和攝像機，并降低布設密度；其他區(qū)域則少量布設攝像機等。鄂州機場高速布設的主要感知設施包括：光柵光纖96公里、門架式情報板9套、F型情報板5套、車道指示器36套、電子卡口14套、雷視一體設備18套、智慧基站12個、V2X設備3套。

觸覺網(wǎng)絡由“感”而發(fā)

智慧源于數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來自感知。項目方在業(yè)內(nèi)首創(chuàng)陣列光柵傳感技術感知應用，先通過在路面下基層頂部沿車道方向全線埋設陣列式光柵光纖，憑借光纖內(nèi)5米間隔的陣列傳感器實時感知車輛行駛振動，使鄂州機場高速具備“觸覺”；再融合光柵光纖與視頻、雷達監(jiān)測數(shù)據(jù)，使鄂州機場高速達到“視覺+觸覺”的綜合感知，進而真正實現(xiàn)了全時段、全路段、全天候的“車路一張圖”。這不僅解決了現(xiàn)有視頻和毫米波雷達探測手段定位精度不夠，尤其在惡劣氣象條件下識別率大幅降低的問題，還改變了國內(nèi)智慧高速建設無法實現(xiàn)信息監(jiān)測全覆蓋的現(xiàn)狀。

陣列光柵光纖精確感知示意圖

光柵光纖、雷達、攝像頭等融合感知結(jié)構(gòu)圖

基于點云處理、時空同步、深度學習等技術，鄂州機場高速的觸覺網(wǎng)絡可實時匯集多模態(tài)跨頻譜感知數(shù)據(jù)（光柵光纖、激光雷達、毫米波雷達、視頻相機、車牌識別相機），對多元數(shù)據(jù)進行融合與特征提取，實現(xiàn)空間標定和時間同步；基于時空基準同步技術，利用感知標定、降噪、目標去重、算法融合等手段，可把分段、獨立的感知數(shù)據(jù)融合成全域、連貫的感知數(shù)據(jù)，基于邊緣計算技術、坐標轉(zhuǎn)換，將不同來源的數(shù)據(jù)加以優(yōu)先級判定，再通過車輛軌跡跟蹤累計誤差消除等手段分析處理感知信息，可對交通參與者實現(xiàn)多目標精準定位，并在數(shù)字孿生平臺上以“一張圖”監(jiān)控和全域跟蹤的方式反映出車輛動態(tài)行駛路線、全域交通事件及交通事故信息，并將交通服務策略數(shù)據(jù)發(fā)布到App、情報板、定向音和V2X-RSU中。在此過程中，利用“激光雷達+視頻傳感器”融合數(shù)據(jù)，可訓練光柵感知數(shù)據(jù)集，實現(xiàn)光柵感知能力的AI提升。

車路一圖依“準”而定

混合流下，大部分車輛不具備車道級定位功能，如何實現(xiàn)對車輛行駛狀態(tài)的精準跟蹤，是智慧高速關注的重點問題之一。

基于光柵光纖所構(gòu)建的“車路一張圖”，在大部分車輛不具備車道級定位的情況下，鄂州機場高速通過沿線情報板、手機App、微信小程序等多種信息觸達手段，可向司乘人員動態(tài)展示前后500米車輛的位置、距離、車速等信息，甚至對于不具備智能聯(lián)網(wǎng)功能的傳統(tǒng)車輛，也可使司乘人員及時掌握周邊路況和車輛狀態(tài)。

此外，考慮到鄂州地區(qū)地處平原，一年中有近一個月會因惡劣天氣關閉高速收費站，進而影響花湖機場貨物中轉(zhuǎn)效率的問題，項目方還針對“車路一張圖”設計了全天候低速編隊通行的應用場景，即在惡劣天氣條件下，確保物流車輛通過預約通行、前車引導、后車跟隨的方式，在保持安全距離的前提下，順利通行高速公路。該場景應用受益于陣列光柵光纖對每一車輛的精準跟蹤，由云控平臺實時感知并掌握車輛編隊狀態(tài)下的周邊路況，從而指揮車隊在惡劣天氣下安全行駛。

組圖：基于光柵光纖的“車路一張網(wǎng)”示意圖

基于專用APP的信息觸達

貨車編隊引導及信息觸達

智能水平為“便”而升

支撐安全管理

光柵陣列傳感光纜可搭建大容量、長距離、高密度、多參量的光柵陣列傳感網(wǎng)絡，從而感知車流信息、路面狀態(tài)、路網(wǎng)實時運行狀態(tài)，為后續(xù)的路段交通態(tài)勢分析、駕駛行為評價、輔助駕駛信息服務，提供全時、全域、全天候的可靠數(shù)據(jù)；輔助毫米波雷達、激光雷達、電子卡口等采集設備，可實現(xiàn)對任意車輛的全息數(shù)據(jù)（車牌、車型、車速車距等信息）綁定和車輛全域跟蹤、全域控制，從而為實現(xiàn)控制流量、控制車速、控制車距、抑制變道等交通安全管理提供重要支撐。

智能網(wǎng)聯(lián)平臺系統(tǒng)架構(gòu)圖

為提升道路通行安全，鄂州機場高速智能網(wǎng)聯(lián)平臺系統(tǒng)還通過與湖北省公安廳高速公路警察總隊合作，接入了兩客一危、12噸以上重點貨運車輛數(shù)據(jù)，以及車輛在途連續(xù)駕駛時間、車輛歷史不良駕駛行為記錄等數(shù)據(jù)，具有不合格數(shù)據(jù)的車輛一旦駛?cè)敫咚?，就會被系統(tǒng)進行信用畫像和評價，這也為鄂州機場高速今后建立駕駛行為的量化積分、基于信用評價的差異化收費功能及高速公路會員體系奠定基礎。

優(yōu)化運營效率

通過導入高精地圖、三維建模與全息感知技術，鄂州機場高速實現(xiàn)了物理道路與數(shù)字道路的映射與互聯(lián)互通。通過數(shù)字孿生技術分析預測感知信息，輔以道路運營、管理的模擬仿真，鄂州機場高速的智能網(wǎng)聯(lián)平臺系統(tǒng)可對現(xiàn)實中可能產(chǎn)生的交通狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、基礎設施健康狀態(tài)進行智能預警，并形成最佳的控制方案、應急預案和運維養(yǎng)護策略，進而指引和優(yōu)化路段的交通管控能力，提升道路的運營服務水平。

此外，依托準自由流收費系統(tǒng)，項目方還在高速入口建設不停車稱重預檢系統(tǒng)、出口設置ETC預交易系統(tǒng)，通過將收費站車道開閉狀態(tài)與沿途門架式情報板聯(lián)動，便于駕駛者自主判斷并提前選擇相應的通行車道。

觸達服務用戶

通過對接物流公司運營平臺，智能網(wǎng)聯(lián)平臺系統(tǒng)可獲取物流車輛排班班次、場站內(nèi)稱重重量、充電樁信息、停車場車位等數(shù)據(jù)，從而做到稱重信息互認。貨運車輛不僅可免稱重，直接從ETC車道便捷上下高速，還可及時獲取機場內(nèi)車位、充電樁等數(shù)據(jù)，從而減少繞行，節(jié)能降耗。

依托新基建，打造新交通。鄂州機場高速的建成，標志著湖北省智慧高速建設邁出了關鍵一步。作為鄂州機場高速的投資建設方與運營方，未來，湖北交通投資集團有限公司將勇于探索，先行先試，不斷完善和充實智慧高速建設內(nèi)涵，為湖北加快“建成支點、走在前列、譜寫新篇”貢獻新的力量。