陕西省某国道智慧公路升级研究

陕西省某国道智慧公路升级研究

李金鑫

陕西省交通规划设计研究院有限公司 西安市 710065

摘要：本文以部、省智慧交通政策文件为指导，国内其他省份智慧公路为案例，重点介绍陕西韩城龙门至象山智慧公路框架及智慧应用的具体研究内容，为省内其他公路智慧升级提供可参考案例。

关键词：智慧交通；智慧公路；智慧应用。

中图分类号：U495  文献标志码：B

收稿日期：2021-06-24

作者简介：李金鑫（1988-），男，工程师，硕士，智能交通

0 引言

中共中央、国务院于2019年9月印发制定实施《交通强国建设纲要》。《纲要》中明确在智慧交通创新方面，推动大数据、互联网、人工智能等新基建技术与交通行业深度融合。加速交通基础设施网、运输服务网、能源网与信息网络融合发展，构建泛在先进的交通信息基础设施。

2019年3月，陕西省交通运输厅下发《陕西省智慧交通发展指导意见（2019—2035年）》，要求在交通运输领域充分利用物联网、云计算、人工智能等现代化信息技术，实现交通基础设施和运载工具数字化、工程建设集约化、运营管理智能化、运输服务人性化，充分发挥创新引领发展的第一动力作用，发展智慧交通成为交通运输高质量发展的重要抓手。

本文将部、省政策文件为指导，国内其他省份智慧公路为案例，重点介绍G327国道韩城龙门至象山公路智慧升级方案及相关研究内容，为省内其他公路智慧升级提供经验。

2 我国智慧公路发展状况

2.1江苏省S342无锡段

江苏省以342省道无锡段为示范路段，项目中应用多项智慧交通方案，例如在惠运大桥布设智能消冰除雪系统，当天气条件达到预警阈值时，系统将自动喷洒融雪剂，让路面冰雪快速融化；在惠山大道至天一高架路段布设雾区诱导系统，当能见度低时，路边的警示灯、诱导灯将“引导带路”，提高驾驶人员的安全预视距离；智慧公路建成后还能通过“摄像头+雷达”，感知车祸、拥堵、路障等异常状态后自动报警，自动捕捉实时画面，大大提升了应急事件处置效率。

2.2 G204烟上线山东莱阳段

G204烟上线山东莱阳段秉承“可视、互联、自动预警”的原则进行设计，公路设置双向监控装置，可对全线交通状况进行监测预警。全程进行交通安全智慧管控，在非灯控道路交叉口布设了“公路安全交汇预警系统”，进一步提升道路安全通行能力。该公路还设置了气象监测站、停车港湾，通过实时掌握天气动态，及时发布预警信息，为过往车辆提供便捷的公路通行服务，以满足过往驾乘人员的交通需求。

2.3河南省济源市智慧公路项目

河南省济源市是首批国家智慧公路试点项目示范市。济源国省道“智慧公路”的智慧设备占比70%。项目综合运用三维可测实景、北斗高精度定位、智能视频识别等新技术，新增自动除冰系统、弯道会车智能预警系统、主动发光标志、可变情报板、智慧服务设施等智能设备，可让驾乘人员充分感受到科技为出行和生活带来的便捷。

从上述三省试点情况看出我国试点智慧公路主要体现在通过环境、路况、车辆的自动感知实现气象发布、安全预警、车辆高精定位等功能，使驾乘人员出行更安全、便捷。

3 研究内容

327国道韩城段龙门至象山公路为陕西省智慧升级试点路段，项目定位为韩城市区过境路和主要能源运输通道，路线全长26.45km，双向四车道一级公路，设计时速80公里/小时。目前项目存在主要问题有：全线共110处平交口、交通混行、全线仅2处监控盲区多、突发事件无法及时响应、大货车多桥梁健康值得关注、大货车超载现象时有发生。针对项目存在问题，利用智慧公路相关技术实现路段智慧升级，为管理者和出行者提供优质的服务。

3.1智慧公路框架设计与研究

根据路段目前存在的问题我们进行了智慧公路框架的研究，共包含智慧感知层、数据传输层、数据处理层、应用层四部分组成。自下而上从智慧感知层起，我们在外场安装了桥梁监测传感器、气象监测站、黑冰监测仪、事件检测摄像机、非灯控路平交口雷达预警，车辆称重传感器、车辆地感线圈等智慧感知设备；数据传输层主要利用运营商4G、5G无线专网进行数据回传；数据处理层包括统计分析、图像分析、数据挖掘、数据清洗、流量分析、交通预测、算法管理等内容；应用层包括以环境监测、交通监测、桥梁监测为核心智慧感知应用，以行车安全诱导、超限超载监测、智慧运维为核心的智慧服务应用，以公路智能监测平台、伴随式信息发布系统、交通预案处置系统为核心的智慧决策应用。

图1 智慧公路技术框架

3.2智慧公路典型应用研究

本路段全长26.45km，沿线村庄、矿场众多，交通参与者复杂。目前全线仅有2处视频监控，众所周知普通国省道路视频监控安装密度远低于高速公路，显然无法满足路段实时监控需求。此外针对平交口多、易发生扬尘大雾天气，路段并无较好的安全措施。针对上述问题，本项目提出基于重点区域的视频事件检测、平交口安全预警、行车安全诱导、桥梁健康监测、超限超载非现场检测、智慧运维等方面进行智慧公路升级研究。

3.2.1基于重点区域的视频事件检测

针对路段平交口多、易发事故、煤矿运输车多的特点在事故多发平交口、煤矿企业附近、集市等重点区域进行视频加密。传统摄像机仅能支持图像抓拍及视频回传，并无事件检测分析功能。视频监控智能化发展方向是摄像机本身自带学习能力，通过AI算法的加持可实现拥堵、抛洒物、路障、施工、事故、逆行、大雾等事件的检测并实时报警，自动捕获并存储交通事件发生过程的录像。

图2 视频事件检测功能示意图

3.2.2平交口安全预警

根据统计数据显示本路段共8处平交口为事故多发点。目前并无任何交通信号控制系统及视频监控系统，严重影响主路车辆通行安全。常见国省道非灯控预警系统采用太阳能信息发布屏文字警示，该方案仅作为提示并无法判断来车距离及车速。本项目研究采用毫米波雷达加信息发布屏的组合方式进行平交口预警，雷达支持防碰撞预警及超速警示两种模式，将来车信息动态发布在信息屏上。

图3 雷达监测预警原理图

3.2.3行车安全诱导

行车安全智能诱导系统利用设置在护栏顶部的行车安全诱导装置为在途车辆提供安全诱导。系统采用无线通信技术实现联网协同控制，通过能见度检测仪、气象检测仪、黑冰检测仪提供的数据，采用不同的发光亮度、颜色、闪频等组合来实施有针对性的诱导策略，为驾驶员提供道路轮廓强化、行车主动诱导、防止追尾警示等多种安全诱导工作模式，从而实现具有交通环境自适应特点的团/浓雾多发路段、事故多发路段或线形条件较差路段在途车辆的安全诱导。

图4 行车安全诱导尾迹功能示意图

3.2.4桥梁健康监测

本项目桥梁目前主要采用人工检查方式，这种方式缺乏实时数据，往往不能及时发现病害，也不易发现一些隐蔽病害，并且获取的数据信息分散，不易管理，效率低下。桥梁健康监测系统主要建设内容包含五个方面：监测指标确定及外场监控设备布设、监测数据采集与传输、监测数据处理及分析、安全预警系统的建立、桥梁结构运营管理。在综合养护管理平台上，当桥梁发生结构损伤或依据实测数据推演和预测结构可能未来状况时可实现及时预警，进而及时有效地制定更有针对性应急响应策略，为桥梁的维修、养护、管理等提供依据和指导，以此实现桥梁全寿命周期结构状态信息实时监控预警，实现桥梁全寿命周期基础信息、巡定检信息和结构监测信息的集成与共享。

图5 桥梁健康监测系统开发流程图

3.2.5超限超载非现场检测

公路货运车辆超限超载运输问题已成为危害公路交通可持续发展的的“痼疾”，近些年来，当地政府不断加大治理公路车辆超限超载运输的力度，取得了重要的阶段性成果。但是由于复杂的社会经济因素，超限检测形势仍很严峻，反弹的隐患并未消除。本项目研究的超限超载非现场检测系统由动态称重子系统、图像取证子系统、视频监控子系统、信息发布子系统及数据处理子系统组成。系统主要通过地感线圈和窄条称重传感器，计算出包括车辆轴数、轴距、单轴重量、总重、车速、车型等实时数据，利用图像取证子系统将超限车辆信息发送到发布系统中，并通过信息发布子系统警告驾驶人员车辆超限信息。

图6 超限超载非现场检测布置图

3.2.6智慧运维

传统监控设备配电箱存在排障慢，恢复慢，抢修困难，排障靠找，现场靠跑，响应效率低下。设备箱存在漏电，过压，过流，过载，雷击等多种安全隐患；箱门被非法打开，处理不及时导致设备失窃和被偷电等情况。运维系统缺乏准确评估手段，故障责任难以明确归口。厂家、施工、服务多方牵扯，难以分析现场具体情况，比如是电的问题还是网的问题，维修人员无法有针对性的排除。无法通过远程方式接入管理平台，终端设备状态无法获悉。

针对传统配电箱功能上的缺陷，本项目研究应用了模块化智能配电箱通过定制化功能单元模块，隐藏式走线设计，箱体外置告警指示灯和蜂鸣器，可直观判断箱体是否出现故障，内部主控附带液晶屏可本地查看箱体内部温湿度、电流、电压等实时数据。故障可远程自动上报后台，并定位原因。

图7 智慧运维网络结构图

4 结语

智慧公路的建设是一项长期系统性的工程，在“新基建”的带动下，智慧公路发展迎来了自己的黄金时期。截至2020年底，陕西省公路通车里程超过18万公里，智慧公路才刚开始起步，相关技术规范、标准尚未完善，机遇与挑战并存。依据《交通强国建设纲要》的指导，自2019年起智慧公路相关试点在全国遍地开花，智慧公路是交通强国的重要组成部分，覆盖面广、影响力大、产业带动性强。随着近年来物联网、大数据、云计算、车联网技术的进步，智慧公路发展呈百花齐放百家争鸣之势，本文以陕西某国道智慧公路升级项目举例，体现了陕西省智慧公路现阶段的发展方向。智慧公路随着新技术发展一定是不断演进不断完善，只有积极开展智慧公路建设，充分调动产业链上下游积极性，吸收各方面资源和力量，才能做好“安全、绿色、高效”可持续发展的智慧公路，为公众出行提供更优质的服务。

参考文献

[1]鲁波.中小城市智慧公路现状及建设框架研究[J].江苏科技信息,2016(19):49-51.

[2]黄建梅,张征宇,艾少龙,等. G524常熟段智慧公路建设及关键技术应用研究[C]. 2019世界交通运输大会论文集（上）.2019:10.

[3]沙锐,梁德建.智慧公路发展现状、趋势分析及对策[J].科技中国,2020(12):7-9.

[4]胡兴意,陈波,刘国强,等.融合BIM与影像建模技术的桥梁检测方法及其应用研究[J].中外公路,2020,40(01):107-112.

[5]曹素功，黄 立 浦，张 勇，等．桥梁健康监测数据的结构化存储与分析[J]．中外公路，2019(2).

收稿日期：2021-06-24

作者简介：李金鑫（1988-），男，工程师，硕士，智能交通