南寧沙井至吳圩公路智慧高速專項工程設計分析

作者簡介：韋樂香（1988—），碩士，工程師，主要從事高速公路智慧交通咨詢設計工作。

文章以沙吳高速公路智慧高速專項的設計方案為依托，對沙吳高速公路基本特征、項目定位和技術難點進行詳細剖析，分析智慧高速的設計理念和思路，探索傳統(tǒng)高速公路機電工程轉型路徑，總結智慧高速公路的建設成果和經驗，為后續(xù)智慧高速公路建設提供參考。

智慧高速；數字化；車路協(xié)同

U495A602093

0?引言

近年來，國家先后出臺《數字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》《交通強國建設綱要》《數字交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》等一系列文件，從國家戰(zhàn)略層面統(tǒng)籌推進交通強國建設，促進先進信息技術與交通運輸深度融合，為交通信息化向數字化、網絡化、智能化發(fā)展提供支撐，明確智慧高速公路的建設方向［1］。

根據交通運輸部關于廣西的交通強國批復文件精神“依托南寧沙井至吳圩公路，積極開展車路協(xié)同及自動駕駛技術應用，構建云控平臺及交通控制平臺，推動建成智慧高速路段，實現在途傳統(tǒng)車輛及網聯(lián)車輛動態(tài)管理與調度”［2］，南寧沙井至吳圩公路（以下簡稱“沙吳路”）將建設智慧高速公路專項工程。本文以沙吳路智慧高速公路專項的設計方案為依托，對沙吳路基本特征、項目定位和技術難點進行詳細剖析，分析智慧高速公路的設計理念和思路，探索傳統(tǒng)高速公路機電工程轉型路徑，總結智慧高速公路的建設成果和經驗，為進一步推動廣西區(qū)內傳統(tǒng)高速公路更新?lián)Q代和智慧高速公路的新型基礎設施快速發(fā)展提供參考。

1?工程概況

沙吳路是G72泉南高速公路支線G7211南友高速公路和《廣西高速公路網規(guī)劃（2018—2030年）》中“縱6線”全州（黃沙河）至友誼關高速公路的重要補充通道，是西部陸海新通道的重要組成部分。沙吳路主線設計全長為28.5 km，其中主線起點沙井至那洋互通長21.0 km，設計速度為120 km/h，雙向六車道，路基寬度為34 m；那洋互通至吳圩西互通段長4.7 km，設計速度為120 km/h，雙向八車道，路基寬度為43 m；全線涉及3處互通式立交、1處收費站、1處服務區(qū)、1處養(yǎng)護工區(qū)、1處監(jiān)控通信分中心（如圖1所示）。

2?項目定位和技術難點

2.1?項目定位

沙吳路智慧高速公路專項工程設計旨在以新發(fā)展理念，落實交通強國建設、新基建、西部陸海新通道試點

示范工作，探索廣西高速公路高質量發(fā)展道路，推進高速公路產業(yè)數字化轉型與供給側結構性改革。

2.2?技術難點

項目在智慧高速公路設計從“傳統(tǒng)機電系統(tǒng)”向“新基建”發(fā)展過程中，要提供全方位的監(jiān)管服務、高效的應急響應服務與實時的出行服務，必須解決如下技術難點：

（1）增強路況感知范圍和深度，提高智能化自動識別和分析能力。

（2）提供車路協(xié)同系統(tǒng)場景應用必要的基礎條件。

（3）完善基礎數據架構，實現數據互通、共享、融合。

（4）解決高速公路運營管理業(yè)務分散，難以協(xié)同統(tǒng)一的問題。

（5）實現“一張圖”可視化管理，提升運營管理和決策科技水平。

（6）提升高速公路安全保障能力和綜合運行效率。

3?項目設計要點

3.1?設計理念

作為交通運輸部交通強國試點工程，該項目智慧高速公路設計堅持“目標導向、模塊推進、示范引領”的總體理念，依托北斗、物聯(lián)網、5G、大數據、云計算等系列技術的集成應用，服務于高速公路的建設、養(yǎng)護、運營、管理等業(yè)務，探索具有廣西特色的智慧公路建設與運營管理新

模式，精準對接“一帶一路”、西部陸海新通道等國家重大戰(zhàn)略，立足廣西、服務全國、面向東盟，推動形成中國—東盟互聯(lián)互通的新型數字交通模式。

3.2?設計思路

項目以北斗衛(wèi)星在交通的應用為主線，設計北斗高精度地基增強網，構建統(tǒng)一的時空基準，攻關道路高精度移動測量設備的設計與集成、全周期空間數據采集、基于物聯(lián)感知大數據的路網運行狀態(tài)智能檢測等關鍵技術，加強路網運行的全面感知能力，提升基礎設施建設、管理數字化水平［3］，實現數字化精準施工、基礎設施狀況實時監(jiān)控、交通態(tài)勢實時監(jiān)測預警等智慧應用，形成基于新一代空間信息技術，建設一套融合ETC和C-V2X的車路協(xié)同，具有廣西特色的智慧公路技術體系。具體思路如下：

（1） 應用基于新一代空間信息技術，建立具有廣西特色的智慧公路技術體系。

（2）以需求為導向，采用統(tǒng)籌數字化應用與傳統(tǒng)交通工程的設計模式，整合智慧高速公路與傳統(tǒng)機電，形成廣西特色智慧高速公路。

（3） 以時空基準統(tǒng)領多維感知體系的感知網絡，融匯互通感知網絡，實現全域交通狀態(tài)的數字化轉換。

（4）構建面向多元的車路協(xié)同網絡體系，豐富系統(tǒng)場景應用，實現智慧出行服務全覆蓋。

[=XJT（]南寧沙井至吳圩公路智慧高速專項工程設計分析/韋樂香

3.3?項目建設方案

與常規(guī)的高速公路不同，沙吳路智慧高速公路專項工程采用了前瞻性設計理念，融合多維度交通運行數字化感知、北斗高精度定位、車路協(xié)同云管控、全生命周期高精度多模態(tài)空間數據工程等技術方案，創(chuàng)新試點先進技術的應用，建立車路協(xié)同示范應用等一系列創(chuàng)新設計場景，打造廣西第一條支持基于車路協(xié)同智能駕駛的智慧高速公路。如圖2所示。

3.3.1?多維度交通運行數字化感知設施

為解決傳統(tǒng)高速公路外場設備感知內容有限、智能化程度不高、無法形成整體感知體系的問題，該項目設計采用多維度交通運行數字化感知手段，結合線路及各構造物的情況，精細化進行選點，在全路段范圍內設置高清視頻攝像機、毫米波雷達、微氣象站等各類感知設施，建立多維度交通運行數字化感知體系，包括全域車輛軌跡感知網絡、車輛運行環(huán)境感知網絡、氣息環(huán)境感知網絡及邊坡穩(wěn)定性感知網絡等。

3.3.2?北斗高精度增強網工程

依據沙吳路工程測量、基建施工、構造物狀態(tài)感知以及車路協(xié)同等業(yè)務對北斗高精度信號的需求，項目通過建設北斗高精度增強網工程，主要包括一套覆蓋全路段的衛(wèi)星導航連續(xù)運營基準站（CORS）網絡以及區(qū)域高精度數據解算、處理和播發(fā)服務平臺，實現北斗高精度定位信號的無縫覆蓋，滿足系統(tǒng)高穩(wěn)定、高可靠、高連續(xù)、可擴展的業(yè)務化運行，為各類業(yè)務提供實時可靠的高精度定位服務。

3.3.3?車路協(xié)同系統(tǒng)

項目圍繞車路協(xié)同的設計思路，充分融合C-V2X通信技術、邊緣計算、云控平臺和多維度感知等技術，探索構建一套支撐車路協(xié)同應用以及無人駕駛的基礎運行環(huán)境，實現路端感知和智能網聯(lián)車輛信息的互聯(lián)互通，滿足網聯(lián)安全預警、高速路網管理、交通信息發(fā)布等車路協(xié)同業(yè)務需求。

同時，項目在采用C-V2X方案的基礎上，積極探索采用ETC平臺搭建車路協(xié)同應用的可行性。設計在車路協(xié)同方案中選取基于“ETC+C-V2X”的車路協(xié)同技術路線，意在探索兩種技術路線并存的可行性，并最大限度挖掘現有資源利用空間。通過整合高速公路收費、監(jiān)控、養(yǎng)護、出行服務等多系統(tǒng)資源，實現跨系統(tǒng)數據傳輸，形成可服務用戶的有效信息，遵循“充分利用現有ETC門架、與智慧高速路側感知設備共用、關鍵點位部署路側通信設備”的原則，通過ETC天線為現有存量ETC用戶及智能OBU用戶提供限速提醒、擁堵提醒、氣象預警、道路危險狀況信息服務。

3.3.4?全生命周期高精度多模態(tài)空間數據工程

基于智慧高速公路在數字化施工、車路協(xié)同、智能養(yǎng)護作業(yè)以及公路基礎設施數字化等業(yè)務對地理空間數據的需求，項目設計綜合天地一體化遙感、北斗、GIS與BIM等技術，通過開展沙吳路多源空間數據的獲取與處理，形成高精度、多模態(tài)空間數據的數據庫系統(tǒng)，提供在線與離線數據服務、數據產品定制等形式的空間數據服務，為智慧高速公路的施工、運營、養(yǎng)護以及車路協(xié)同等新業(yè)態(tài)提供全生命周期的高精度、多模態(tài)空間數據服務支撐。

3.3.5?云管控平臺

云管控平臺是智慧高速公路的大腦，是系統(tǒng)數據采集、數據處理、數據下行和數據安全的關鍵所在。具體建設內容包括云基礎設施、交通大數據中心、智慧交通云管控支撐中臺（包括AI中臺和業(yè)務中臺）和智慧應用（包括運營管理現代化展示、收費機電管理、道路資產養(yǎng)護管理、應急服務管理和智慧服務區(qū)管理等智慧應用系統(tǒng)），實現對道路全域的各類多源數據的動態(tài)管理、數據處理和精準發(fā)布，以及對所有在途智能網聯(lián)車輛進行動態(tài)追蹤與檢測，并通過對車輛實時運行狀況進行分析，形成動態(tài)調整實時管控機制。如圖3所示。

3.3.6?主動安全管控系統(tǒng)

為提升高速公路安全保障能力和綜合運行效率，打造完善可靠、反應快速的交通安全體系，將主動安全設計理念融入各個環(huán)節(jié)。設計根據該項目特殊路段、構造物及運營管控需求等特點，采取在互通匝道分合流區(qū)域設計匝道智能管控系統(tǒng)，在項目團霧多發(fā)路段設置霧區(qū)誘導系統(tǒng)，在全路段設置車道級的主動管控系統(tǒng)等諸多措施，形成系統(tǒng)性的主動安全管控系統(tǒng)。

4?項目實施效果

4.1?實現道路及環(huán)境狀態(tài)的全方位實時感知

通過主動采集路段的車輛軌跡信息及相關環(huán)境信息，并對車輛行駛狀態(tài)和交通態(tài)勢進行研判，增強路況感知范圍和深度，提高智能化自動識別和分析能力，構建了全方位的信息采集系統(tǒng)，實現對道路及環(huán)境狀態(tài)的全方位實時感知。

4.2?實現北斗技術在交通領域的深化應用

通過建設北斗高精度地基增強網系統(tǒng)，不僅為智慧高速公路的施工、運營、養(yǎng)護以及車路協(xié)同等提供全生命周期的高精度、多模態(tài)空間數據服務支撐和具體應用，重要的是為智慧高速公路數據處理和數字化發(fā)展提供了宏大的、可持續(xù)發(fā)展的技術框架。

4.3?構建全生命周期高精度多模態(tài)空間數據，建立智慧高速公路“大腦”——云管控平臺，實現了綜合系統(tǒng)應用的一張圖管理

項目設計以北斗高精度地基增強網系統(tǒng)為支撐，通過多元方式進行高精度、多模態(tài)的空間數據采集，構建多模態(tài)空間數據管理服務基礎，完善基礎數據架構實現數據互通、共享、融合，為智慧高速公路的施工、運營、養(yǎng)護以及車路協(xié)同、自動駕駛等新業(yè)態(tài)提供全生命周期的高精度、多模態(tài)空間數據服務支撐。

同時，為解決高速公路運營管理業(yè)務分散難以協(xié)同統(tǒng)一的問題，項目采用新舊融合的設計理念，建設云管控平臺（即一體化南寧區(qū)域中心、交投集團六律中心），突破傳統(tǒng)平臺的割裂設計，通過多源數據的融合，構建基于云計算技術的大數據應用服務體系，建立高效的應急調度系統(tǒng)，實現綜合系統(tǒng)應用的平臺管理，成為集監(jiān)測管控、應急調度、出行服務、運營管理、智能養(yǎng)護、智慧運維于一體的智慧高速公路“大腦”，并構建交通仿真的數字孿生可視化與交互系統(tǒng)“一張圖”，提升運營管理和決策科技水平，在數據融合與賦能高速公路方面作出了有益嘗試，為后續(xù)既有高速公路升級智慧高速公路建設提供可借鑒經驗。見圖4。

4.4?提升高速公路安全保障能力，提供安全通暢行駛環(huán)境

項目打造了完善的主動安全管控系統(tǒng)，具有強大的綜合車輛管控能力，實現對車輛速度進行協(xié)調控制、對車道進行安全管理以及對交通流進行宏觀管理，有效降低交通態(tài)勢風險，提高行駛舒適性、安全性和效率，為交通參與者提供安全的出行環(huán)境，保障司乘人員的生命財產安全。

5?結語

沙吳路項目采用前瞻性設計理念，融合多維度交通運行數字化感知、北斗高精度定位、車路協(xié)同云管控、全生命周期高精度多模態(tài)空間數據工程等技術方案，創(chuàng)新試點先進技術的應用，建立車路協(xié)同示范應用等一系列創(chuàng)新場景設計，打造全天候安全保障、全方位出行服務體系，構建智慧高速公路示范工程，形成數字交通設計的經驗和標準，對加快發(fā)展廣西智慧交通起到示范和推動作用。

參考文獻

［1］李昱岐，葉?青.智慧高速公路建設探討［J］.中國交通信息化，2021，261（9）：91，93-97，105.

［2］交通運輸部.交通運輸部關于廣西壯族自治區(qū)開展推進交通運輸高水平對外開放等交通強國建設試點工作的意見［EB/OL］.http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-09/02/content_5539532.htm，2020-08-24.

［3］廣西交通運輸廳.廣西壯族自治區(qū)交通運輸廳關于印發(fā)數字廣西交通運輸創(chuàng)新發(fā)展三年行動計劃（2020—2022年）的通知［EB/OL］.http：//jtt.gxzf.gov.cn/zfxxgk/fdzdgk/zcfg/gfxwj/t2148594.shtml，2020-01-24.