智慧高速公路总体建设方案

智慧高速公路总体建设方案交通运输部规划司“新一代国家交通控制网与智慧公路”试点l2017年7月正式启动l2017年底，开展督导工作l2018年2月，确定试点主题交通运输部正式启动“新一代国家交通控制网与智慧公路示范工程”，北京市被列为示范省份之一。吉林河北河北河南河南浙江浙江福建福建广东广东关键基础支撑•基础设施数字化关键基础支撑•基础设施数字化北京、河北、河南、浙江前瞻性技术落地应用前瞻性技术落地应用•路运一体化•路运一体化北京、河北、广东•北斗高精度定位综合应用•北斗高精度定位综合应用江西、河北、广东•基于大数据的路网综合管理服务•基于大数据的路网综合管理服务福建、河南、浙江、江西 城市交通、测试区域•新一代国家交通控制网江苏、浙江•应用三维可测实景技术、高精度地图等，实现公路设施的数字化采产动态管理系统；础设施智能监测传感网，实现交通基础设施安全状态综合感知和安全状态态势分析及预警功能。•基于高速公路路侧系统智能化升级和营运车辆路运一体化系统；•利用5G或者拓展应用5.8GHz专用短程通信技术，提供极低延时宽带无线通信；•探索路侧智能基站系统应用；•选取有代表性的高速公路，以及北京冬奥会、雄安新区项目，开展车路信息交互、风险监测及预警、交通流监测分析等。选定延崇高速公路（北京段）作为试点依托工程。延崇高速是2019张石高速张石高速张承高速76:5km 33.2km张石高速张石高速张承高速76:5km 33.2km张涿高速张涿高速42km42km蔡家河服务区33.2km。蔡家河服务区道6座，桥隧比约92%；设互通式护区1处，服务区北段统一设置。起点起点路基宽度为28.5米和26米，设计速度80公里/小时。部分路段设置延崇高速公路功能定位混行的高速公路，客车出行占67%，货车比例为33%。u若采用管理措施（限制过境货车）。延崇高速近期会的重要交通通道，远期将主要服务京西北地区旅游交通及延庆县与中心城的日常交通。客车出行占80%，货车比例为20%。•智慧服务区•营运车辆全程监测•车路协同安全辅助与出行服务延崇高速公路特点高速公路行车安全面临严峻挑战交通运行特点交通枢纽到赛区只能乘坐统一安排的观赛车辆。冬奥会赛区起点高速公路路段高速公路路段蔡家河服务区冬奥会赛区起点高速公路路段高速公路路段蔡家河服务区蔡家河服务区至赛区之间，蔡家河服务区至赛区之间，以内部观赛接驳车辆为主，组织性强，为自动驾驶和车路协同应用提供了良好的示范应用条件高速公路运行与管理普遍存在的问题高速公路运行与管理普遍存在的问题公路是国家的重要战略通道交通运输部智慧公路新技术的创新应用和尝试，指导全国智慧公路建设和发展。首发集团高速公路运营保障、精准信息服务提供，管理模式创新。路段管理提高管理人员工作效率，提升管理人员的分析决策及服务能力，减轻劳动强度。高速公路普通用户冬奥会科技冬奥展示平台，需要针对自动驾驶和车路协同提前规划，展现我国实力。延崇高速公路所处地质环境复杂，具有隧道桥梁比例高，恶劣气象频发，交通事故易发等特点，为了保障延崇高速公路大型活动期间服务的高效性，确保高速公路道路基础设施健康安全，满足日常运行管理的信息化、智能化需求，需要建立全程精准的交通运行状态感知系统。建立高速公路行车安全与预警服务系统，一方面能够对恶劣气象、交通事故、施工安全等行车风险进行及时提示，起到安全辅助作用，提高交通安全性，切实提高出行者出行的安全性以及便捷性；另一方面，可降低阻断事件发生的概率和累计阻断时间，有效增加高速公路的通行服务时间。延崇高速作为北京2022年冬奥会重要通道，也是科技奥运的重要展示平台，需要针对自动驾驶和车路协同提前规划，展现我国实力，同时为下一代高速公路智能化管理和服务系统提前示范和布局。另外，自动驾驶与车路协同技术的应用可有效降低服务人员的数量，减少交通出行的车辆数，大幅提升服务水平，满足生态引领、低碳集约、服务共享、智慧创新的需求。延崇高速公路蔡家河服务区，由于服务区至赛事区域区间道路不向私家车开放，需要兼顾服务区与换乘枢纽站的功能。同时，该服务区应具备娱乐服务、餐饮服务、赛事信息服务、旅游服务、停车诱导服务等众多服务型和增值性功能。建设基于云计算、大数据技术的智慧高速公路综合管理平台，实现交通运行状态的实时监测和运行态势评估、自动化事件检测与预警以及突发事件下的应急指挥调度。满足交通管理机构数据共享交换需求，进一步加强网络安全和数据安全，应用网络安全密钥，为业务应用系统的部署提供高效、安全的支撑环境。交通信息服务是智能高速公路系统的一个重要组成部分。通过网站、服务热线、交通广播、可变情报板、微信公众号等多渠道向公众提供面向出行个体的路况资讯服务，使得司乘人员可以多方式了解查询该高速公路路段的相应信息，满足交通出行者对精细化信息服务的需求，提高出行效率。综合查询和分析要求系统3～5s内输出结果并展示给用户，复杂查询搜索的结果需在8s内获得；应急处置要求系统0.5～1s内输出结果并展示给用户。有线网络应24小时联通，数据传输时延小于100ms。在系统设计和建设上要充分考虑今后一段时期内的拓展需要，考虑与管理总中心、路段管理中心的数据交换共享需求，为系统升级奠定技术积累。根据《信息安全技术信息系统安全等级保护级别要求》（GB/T22239）、《公路网运行监测与服务暂行技术要求》及行业内外类似建设情况，延崇智慧高速公路安全等级的确定需要综合考虑信息系统对国家安全、社会秩序和公共利益三个方面的影响。系统并发处理能力n监管系统需要具备支持200以上用户的并发；n信息服务系统需要具备同时支持10000以上用户n交通应急指挥系统最大并发量为50。系统存储要求n平台业务数据不少于3年，备份存期不少于5年；n考虑信息系统生命周期通常为5年，确定本次工程业务数据存储5年，备份存期5年；n对需要存储的视频数据，本次工程存储30天，备份存期1年。质量特性需求3项目总体方案色智慧服务区示范自动驾驶与车路协的创新示范以兼顾奥运和日常管理与服务需等先进适用技术，构建冬奥通道智慧高速系统工程，实现高速公路精细化驾驶员和管理者都能感受到智慧高速带来的方便，将延崇高速公路打造为道，色智慧服务区示范自动驾驶与车路协的创新示范服务管理方•通过延崇高速沿线的信息采集、信息传输（多种网络方式）、信息处理等技术，为管理者的日常运营、事务决策以及服务体系提供支撑，提高高速公路运行管理效率和服务水平。服务用户方•通过服务信息主动推送和被动查询的方式为高速公路出行用户方提供优质服务，通过手机、VMS、交通广播等多种方式为用户提供可靠的路况信息和赛事信息。服务冬奥会•为2022年北京冬奥会提供安全、便捷、绿色的行车安全保障；实时与冬奥会指挥中心交互，支持奥运会赛事车辆的及时调度；构建自动驾驶与车路协同创新示范，支撑科技奥运。4个1总体布局与高速公路通信、收费、监控三大系统的边界高速公路通信、收费系统以及监控系统中的监控中心作为本工程的基础支撑，监控系统中的外场感知部分纳入到本工程建设内容，在此基础上，开展智慧高速公路建设。与其他相关职能部门业务系统的衔接本工程预留与救护、公安交管局等其他相关职能部门的业务对接接口，延崇高速公路是北京2022年冬奥会通道，本工程所建系统也要支撑冬奥会的交通运输保障工作。4分项建设方案传感通信网太阳能边坡交通运行状态传感通信网太阳能边坡交通环境状态动态充电动态充电动态充电太阳能发电风力发电交通基础设施状态道路资产动态管理太阳能发电风力发电客货运输网基础设施数字化智慧管控平台L客货运输网绿色能源网交通网、信息网、能源网“三网合一”，支撑车路协同式自动驾驶、营运车辆编全程监控套高清遥控摄像机。其中隧道内摄像机间隔为150米。实时、直观的反应道路情况，突发事件发生时可提供疏导、救援的图像数据支撑。车辆精准监控系统肇事逃逸等嫌疑车辆及人员的监控与处置，是重要的非现场执法和监视系统。ll在隧道的出、入口应布设高清摄像机l在隧道的回转车道处布设高清摄像机l在横洞处设置高清网络球型摄像机l在玉渡山隧道入口前、上阪泉隧道入口前、温泉隧道出入口后以及松山隧道入口前各设置一套全幅断面车辆信息检测系统，共计5个全幅断面。l该系统设置1套门架设备，其中每个半幅车道设置2套500万像素高清摄像机并进行车牌识别布设原则布设点位布设点位布设方案微波交通流检测器布设方案n本工程共需要设置70套微波车辆检测器在主线路段分方向，约按1公里左右间隔设置设置1套微波车辆检测器在妫水河隧道出入口各布设1套微波检测器如与摄像机同址则可共用设备立柱，不再重复设备期立柱、基础等布设原则系统功能系统功能基于DSRC的交通信息采集设备采用多车道自由流方式与ETC车载终端进行通信，获得OBU的MACID和通过时间并上传至数据中心，经过数据匹配、处理后生成反映实时路况的交通信息。布设方案布设方案在桩号K0~K33+582的示范路段上共布设12套DSRC设备。示范路段的起点、终点，双向分别布设DSRC设备；高速公路互通转弯比例较大的上游或下游位置布设；当数据更新周期为5分钟时，DSRC设备平均间隔不超过5公里。布设原则侧向安装正向安装侧向安装车道1车道2车道3电源线电源线电源线电源线紧急停车带五类线五类线五类线下端电源箱工业交换机下端电源箱工业交换机下端电源箱工业交换机下端电源箱ml,1.交通运行状态数字化——交系统功能l通过对摄像机采集的视频图像，根据图像处理算法产生事件告警l该系统也能提供检测范围内的交通参数如车流量布设方案用于事件检测的固定摄像机共布设263套，其中隧道路段布设247套，除隧道外的道路布设16套。全线所有主线固定摄像机图像以及枢纽互通固定摄像机图像进行交通事件自动检测.l,2.系统功能采集。据采取相应的应对措施。--------------手机终端系统布设（3套）设备类型桩号位置路侧全要素气象站K2+300在监控设备旁单独立杆，与监控设备共用电源西侧K21+010南侧K27+700南侧.l,2.系统功能系统布设其他应用系统手机APP水资源环境实时监控与管理系统其他应用系统手机APP数据中心云平台GIS子系统 计算管理子系统 计算管理子系统Web服务子系统北斗卫星GPRS/3G/4G/5G北斗卫星数据采集节点数据采集节点水质传感器溶解氧水位计流量计雨量计摄像头溶解氧水位计流量计雨量计摄像头温度PH…O…D手机APP界面手机APP界面（IOS/Android）监控中心用户界面采集控制统计报表分析报告预警信息养护建议采集控制统计报表分析报告预警信息养护建议养护决策分析报告与报表安全预警养护决策分析报告与报表安全预警健康诊断 状态分析损伤识别健康诊断 状态分析损伤识别数据综合管理子系统汇总汇总归档归档存储存储管理管理信息自动采集子系统控制模块数据传输模块控制模块数据传输模块数据处理模块数据采集模块传感器模块桥梁桥梁隧道边坡系统总体架构两桥：温泉特大桥、跨大秦铁路桥三维展示：BIM、可测三维实景精准定位：北斗卫星定位//系统功能布设桥梁系统功能拱顶下沉烟雾及有害气体围岩内位移系统布设温湿度混凝土应力l妫水河隧道监测3.交通基础设施健康监测——北斗高精度边坡健康监测通过健康监测与人工检查相结合的方式，获取边坡的运营状态信息，分析、评估边坡的运营状态及安全状况，提出结构维修决策，进行安全预警，有效指导边坡养护管理部门的养护管理工作。雨量计锚索计锚索计测斜仪孔隙水压力计挡土墙表面变形计 土压计 位移传感器GPS位移传感器测斜仪孔隙水压力计挡土墙表面变形计 土压计 位移传感器GPS位移传感器路政/移动测量车公路全资产APP路政管理APP养护作业APP养护工程APP日常巡查APP路政/移动测量车公路全资产APP路政管理APP养护作业APP养护工程APP日常巡查APP档案管理网络抓取专项检查养护材料机械人员健康监测养护工程路政管理路基管理资产评估设施管理隧道管理桥梁管理路面管理档案管理网络抓取专项检查养护材料机械人员健康监测养护工程路政管理路基管理资产评估设施管理隧道管理桥梁管理路面管理lBIM+GIS+实景可基于BIM+GIS的公路设施资产动态管理框架系统功能采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，动态实时信息交互在全时空动态交通信息采集与融合的基础上，开展车辆协同安全和道路主动控制车端-路端-云端智能网联云平台地图可视呈现实时数据分析历史数据统计交通引导优化管控指令发布光纤路端基础设施.差分定位基站.交通标识标牌.--路端传感系统.微波系统.视频系统.气象系统智能网联云平台地图可视呈现实时数据分析历史数据统计交通引导优化管控指令发布光纤路端基础设施.差分定位基站.交通标识标牌.--路端传感系统.微波系统.视频系统.气象系统.--路端发布系统路端基础设施.差分定位基站.交通标识标牌.--路端传感系统.微波系统.视频系统.气象系统.--路端发布系统区域协同控制器区域交通状态分析区域交通事件识别区域交通管控优化智能路侧系统感知分析融合处理边缘计算信息发布数据上传智能路侧系统感知分析融合处理边缘计算信息发布数据上传光纤光纤智能车载终端自车状态感知实时信息交互智能应用计算智能车载终端自车状态感知实时信息交互智能应用计算智能车载终端自车状态感知实时信息交互智能应用计算智能车载终端自车状态感知实时信息交互智能应用计算/车端感知系统.定位系统.运行系统.--车端显示系统.车载中控屏.手持终端.--车端感知系统.定位系统.运行系统.--车端显示系统.车载中控屏.手持终端.--车端感知系统.定位系统.运行系统.--车端显示系统.车载中控屏.手持终端.--.定位系统.运行系统.--车端感知系统车端显示系统..车载中控屏.手持终端.--模测试结果。布设示意图布设示意图合流区预警施工区预警n合流区预警施工区预警云端管理与计算平台云端管理与计算平台光纤交换机光纤/有线以太网数据光纤/有线以太网数据V2X信息交互交通事件预警光纤主干网络路侧碰撞风险提示光纤主干网络路面状态提示光纤交换机区域协同控制器不良视距预警光纤交换机区域协同控制器智能车载终端视频检测器智能车载终端智能路侧系统本地网络交换机动态限速提示智能路侧系统本地网络交换机微波检测器气象检测系统n车内标牌提示气象检测系统用户智能终端高精度地图提供智能终端高精度地图提供路侧显示系统差分定位基站室内定位系统路侧显示系统差分定位基站车辆精准定位平均每500米布隔200米预留一预留车路协同专用光纤，每隔200米预留一处接口，为自动驾驶和车路协同创新提供支撑。顺接兴延高速顺接延崇高速(河北段)——4芯用用 用用ml,（2）营运车辆编队运行示范营运车辆编队运行典型场景编队行驶路况动态响应车队的组合与拆分应急救援模拟车辆编队运行示意图智能驾驶车辆出收费站ml,（2）营运车辆编队运行示范具体技术需求nnnn车辆编队控制系统功能智能车辆个体的分布式控制器结构智能管理和服务。服务区项目总占地面积146749平方米综合服务区摆渡车区、公园停摆渡车区、公园停综合服务区奥运专项停车区（房车营地奥运专项停车区（房车营地从人流和车流角度进行自动监测预警。当客流量到达设计阈值80%……安全安全运维体系应用层统计展示数据分析监测预警上报决策拓展对接应用层统计展示数据分析监测预警上报决策拓展对接智能服务区统智能服务区统数据平台层统一认证服务数据交换统一权限管理视频监控服务可视化大数据大数据分析信信息标准体系数据层业务应用数据库零售数据客流数据属性数据库空间数据库外网数据库公众门户加油数据车流数据数据层业务应用数据库零售数据客流数据属性数据库空间数据库外网数据库公众门户加油数据车流数据巡检数据采集层加油智能终端零售店销售系统餐饮销售系统车流数据采集安防巡检数据客流数据采集ml,（2）服务区智能化服务系统服务区智能终端综合信息查询奥运赛事信息……系统界面高速公路概况交通天气三维实时路况信息服务区服务内容服务区综合信息查询系统系统界面高速公路概况交通天气三维实时路况信息服务区服务内容WIFI无线局域网ml,（2）服务区智能化服务系统无人化的送餐服务。ml,（2）服务区智能化服务系统智能基础设施及生活便利服务。ml,（2）服务区智能化服务系统胶囊旅馆及奥运体验。停车信息诱导屏服务区触摸屏停车诱导APP……停车信息停车信息诱导屏服务区触摸屏停车诱导APP……停车信息停车场视频检测系统停车场视频检测系统停车场车位预警系统停车场信息发布系统停车场车辆诱导系统u服务区车位提前预警，从而便于车辆司机安排合理计划停车场车位预警系统停车场信息发布系统停车场车辆诱导系统感知层视频监控设备无线地磁感知层视频监控设备无线地磁地磁感应线圈u检测包括流量以及进入服务区的时间等信息，便于和出口单元进行数据处理分析服务区当前服务能力。产生车辆引导信号、拥挤度ml,（3）换乘枢纽服务系统u搭建停车预约服务网站以及相关预约通信服务的手段实现；为驾车者提供多种预约方式。u支持多种方式的查询，点屏幕上的车位的图标，可以查到该车辆的车牌信息，进入停车场时间，车牌识别系统拍的照片和RFID卡的信息。手机APP、服务区触摸屏等支持接驳小巴票务预订。停车信息发布屏接驳信息发布屏停车信息发布屏接驳信息发布屏基于网络的预定信息服务基于网络的预定信息服务停车与接驳控制系统停车与接驳控制系统停车泊位信息采集停车泊位信息采集入口道闸入口道闸出口道闸ml,（4）充电停车位及其配套设施子系统补电服务。场区，东侧服务区50处；西侧服务区50处。ml,（4）充电停车位及其配套设施子系统充电预约及服务。ml,（5）太阳能并网发电技术光储系统并入电网作为大电网的补充能源智能管理系统控制采集▲采集光伏储能系统ml,（四）基于大数据的路网管理和服务实现对路段、通道运行状态进行推演预测，并对相关管控预案进行快速的ml,（2）高速公路行车安全诱导与预警子系统行车安全诱导系统由前端诱导单元、传感器和后端管理平台组成。系统具有极端天气安全行车主动诱导功能、自适应环境可控功能、全程同步闪烁功能、同步闪烁频率可变功能、动态红灯尾迹防追尾预警功能等。行车安全诱导与预警子系统与交通事件检测子系统和气象感知子系统系统共用前端信息采集设备，行车道两侧间距24至28米左右双向设置智能雾灯。ml,（3）基于人工智能的应急指挥调度子系统应急值守接报像的描述等。智能指挥调度应急预案自动筛选应急资源自动管理事件信息管理与评估ml,（4）交通信息协同发布隧道洞内以及服务区场区内设置可变信息标志。用于发布前方路段或相关路网交通信息，可兼作主线控制设备。全线共建设20套可变情报板，其中在互通出口前设置门架式可变情全线共建设20套可变情报板，其中在互通出口前设置门架式可变情报板10套，收费站和服务区设置F型可变情报板7套，T型可变情报板2套，妫水河隧道内设置1套。交通广播调频广播调频广播有线广播有线广播紧急紧急隧道应急广播系统主机隧道应急广播系统主机紧急电话ml,（4）高速公路交通信息协同发布子系统u对出行信息的发布方式、发布内容、发布范围、发布时间、发布优先级以及发布流程进行管理和规范，u为VMS可变情报板、交通广播系统以及政企合作的出行信息发布系统等提供统一的高速公路出行信息发布渠道。信息广播互动式精准信息广播互动式精准交通广播系统可变情报板数据处理融合备份预警及控制决策生成交通管制等动态信息道路施工养护信息交通突发事件信息气象信息交通管制等动态信息道路施工养护信息交通突发事件信息气象信息ml,（5）基于北斗高精度定位的高速公路通行费收费技术应用示范基于北斗卫星定位和无线接入技术的不停车收费系统通过虚拟收费站替代当前规模宏大的收费站，打破联网电子不停车收费的地域限制管理中心远距离管理中心数据库通信数据库用户监控系统查询服务系统逃费稽查系统DSRC应用支撑运行维护应用支撑运行维护泛在高效融合的通信网络建应用扁平化、分级授权与安全的交通运行云平台系统n三维GIS基础功能交通运行状态展示预警态势展示态势推演展示实现公路沿线外场设备管理实现公路沿线外场设备管理、监控中心机房设备运行状态监测、设备故障预警、设备维护记录生计结果的图形化展示等功能，同时实现故障设备基于高清GIS的动态化提示功能。u延崇高速公路示范段全线部署6套北斗地面增强站，支持非隧道路段的北斗高精度定位应用。u延崇高速山区段隧道（玉渡山-上阪泉-兴福寺-佛峪口-松山）部署基于UWB技术的隧道内高精度定位设备。平台支持功能：u在延崇高速示范段全部非隧道路段和山区隧道路段为专用车辆或设备提供高精度定位导航基础服务，为道路状态精准感知、路网管理与服务、自动驾驶与车路协同、专用车辆运营监管与服务、收费等应用提供必要的支撑。ml,（2）泛在高效融合的无线通信网络n形成道路车辆、路侧设备、通信中心层级结构n车车通信、车路通信采用PC5（ProSeDirectCommunication）直接通信和Uu（UTRAN-UE）通信，然后通过光纤网络连接到路段通信中心。n预留车路协同专用光纤，每隔200米预留一处接口，为自动驾驶和车路协同创新提供支撑。顺接兴延高速顺接延崇高速(河北段)——4芯