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智慧高速怎么建?山东这套模式值得推广

作者:文/山东省交通运输厅数据应用和收费结算中心 高奎刚 中咨泰克交通工程集团有限公司 张艳 山东省交通规划设计院集团有限公司 王骋程 来源:中国公路微信公众号 时间:2022-08-11

2021年6月,山东省交通运输厅在系统总结京台智慧高速试点经验基础上,借鉴国内外智慧高速相关实践和技术,组织编印了《智慧高速公路建设指南(试行)》(以下简称《建设指南》),初步形成了具有山东特色、可示范、可推广的智慧高速“山东模式”。

2021年9月,山东省首条智慧高速公路试点项目、全国首条全线开通的“改扩建+智慧高速”交通强国试点项目——京台高速泰安至枣庄段建成通车,标志着山东省智慧高速建设取得阶段性成果。按照山东省委省政府要求,2022年底前,将建设完成济青中线智慧高速公路示范项目,2030年底前,山东全省智慧高速公路占比将达到50%以上。

智慧高速的建设目标与总体架构

为响应交通强国战略,加快综合交通和智慧交通建设,发挥示范引领作用,探索智慧高速公路建设的相关标准和路径,2019年10月,交通运输部确定山东省作为交通强国建设的第一批试点地区。2020年,山东省委省政府明确以京台高速泰安至枣庄段、济青中线作为智慧高速的示范项目,重点突破高速公路智慧化智能化、“两客一危”营运车辆智能管控、车路协同等关键技术,积极开展智慧高速公路系统工程研究,建设“全天候通行、全路段感知、全过程管控”的智慧化高速公路。

2021年,为更好地指导山东省智慧高速公路建设,加快推进试点任务,山东省交通运输厅按照省委省政府要求,提出了构建“智能管服、快速通行、安全保障、绿色节能、车路协同”五大支撑体系的总体思路,组织编印了《建设指南》。《建设指南》明确,智慧高速建设要“基于业务需求,以数据为核心,充分利用现代技术,提升多源感知、融合分析以及决策支撑能力,促进人车路环境的深度融合,实现建设、管理、养护、运营、服务全过程数字化和智能化的高速公路”;要遵循“统筹布局、因路制宜、先进适用、分步实施”的建设原则,实现“全寿命数字建养、全过程安全畅通、全方位优质体验”的建设目标;开展智慧高速公路建设,要按照新建、改扩建和运营高速公路进行分类。

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智慧高速的总体技术架构由智慧建养体系、智慧运营体系和支撑体系组成。其中,智慧建养体系包括智慧建设和智慧养护,涵盖勘察设计、建设管理、智慧工地、智能建造、基础设施检测(监测)、养护科学决策等;智慧运营体系包括路网管控和出行服务,涵盖交通运行监测、主动交通管控、全天候通行保障、应急保障、伴随式信息服务、智慧服务区、车路协同与自动驾驶等内容;支撑体系包含智慧大脑(云控平台)、信息安全、智慧感知、通信与供电保障等。《建设指南》为山东省新建、改扩建和既有高速公路智慧化项目的立项、审批、建设、验收等提供了依据,具有重要意义。

京台高速试点项目的初步探索

京台高速是连接华北、华东及华南地区的国家主干线。试点区域京台高速泰安到枣庄段,分别与京台高速济南段、青兰高速、宁梁高速、日兰高速、枣荷高速、枣木高速、临枣高速和京台高速江苏段相连接。试点项目具有里程长、规模大、车流量大、场景复杂、“改扩建+智慧化改造”等特点,具有较强的代表性和极高的试验价值。

项目特点

里程长

项目起点位于京台高速公路与青兰高速公路相交叉的泰山枢纽,终点位于鲁苏两省交界的张山子镇省界站,途经泰安、济宁、枣庄三市,全长189.5公里。

规模大

项目由原双向四车道扩建为双向八车道,设计时速120公里,全线开展智慧高速公路试点建设,同步建设20公里开放式车路协同试验路段、48公里全向/定向毫米波雷达融合测试路段和4个特大桥的位移传感测试等。

车流量大

项目施工前日均段面车流量约4万辆次,其中货车约占40%,远高于全国平均水平。建成通车后,由于受新冠肺炎疫情、周边路网密度增大、泰山枢纽立交施工等影响,车流量尚未全面恢复,但2022年2月已达日均2.7万辆次的较高水平。

场景复杂

项目全线设置特大桥8座,大桥24座,互通式立交20处,服务区6对,监控通信分中心2处,收费站14处,养护工区3处。沿线临近汶河、泗水、微山湖、京杭大运河、多个水库等水域,部分区域易发团雾。沿线穿越山区、平原、丘陵、矿区、河流等不同地带,地质形势复杂,地势起伏较大,受雨雪冰雾等恶劣天气影响,部分路段易造成路面湿滑、车辆拥堵。在山东省高速公路智慧化建设的首次探索和尝试中,京台智慧高速基于智能感知设备的多场景应用、“智慧大脑”的信息集成、车路协同、绿色低碳等多个方面实施了积极探索实践。

智慧实践

大量多维全息智能感知设备的多场景应用

全线共安装各类视频感知、交通流感知、交通事件感知、环境感知、基础设施健康检测等设备70余类,不同场景监控摄像机300余套,各类车载移动设备、无人机巢、微波车检器、交调设备、护栏防撞传感设备、气象检测设备、路面检测设备、大桥位移传感器等120余套,定向/全向毫米波雷达200余套,同时还实现了各类不同的通信、安全、计算、存储等设备的多元化测试应用。该项目涉及智慧化感知设备种类之复杂、数量之多样是山东省高速公路传统机电工程中前所未有的,对于其性能、功能、可靠性、安全性测试和推广应用具有重要价值。

“智慧大脑”实现全路段信息资源集成共享

各类智慧化感知设备种类多、数量大、型号复杂,出自于不同厂家,应用系统、接口标准、数据格式等均不统一,如何集成应用、发挥出最大作用是难点也是重点。该项目通过边缘计算技术,实现了所有外场设备的分级分类管控;通过建设“智慧大脑”——智慧高速云控平台,实现了基于多种复杂场景、多种应用需求、车路协同、“建管养运服”一体化的全路段全业务领域信息资源的集成和共享应用,实现了交警、路政、医院、消防等多方联动,为应急调度、事件处置、决策分析等提供了更加高效的服务。

新基建促进高速公路数字化转型

基于C-V2X及北斗高精度定位技术,建成了全国里程最长的开放式车路协同试验路段和全国首条全向/定向毫米波雷达融合路段,实现了分合流、弯道、地形起伏区域的高级辅助驾驶,完成了车路协同条件下的单车自动驾驶及重载车队编队行驶的实车测试。依托雷视融合、智能道钉、视频检测、无人机巡查等技术,通过智慧大脑的分析研判和可视化呈现,实现了精细化运行管理、一体化应急救援、预防性智能养护的转变。实现档案数据一次录入、多层引用,建成了全国首个改扩建高速公路“建管养一体化”电子档案管理系统,智能建造水平得到全面提升。完成了高速公路桥梁装配化施工技术研发和试点,实现了桥梁立柱、盖梁、涵节精准预制拼装,极大地降低了人力、施工成本和工期。

道路通行能力和用户体验感明显提升

针对不同地域易发团雾、冰雪、拥堵等情况,该项目采用交通运行态势评估算法及交通诱导管控方法,融合应用主动发光标志、雨夜标线、雾区智能诱导、融冰除雪等设施,同时结合可变信息标志引导、语音提示等方式,实现路域范围内各种特殊环境下的状态感知、安全预警、融冰除雪及预警分流、行车诱导全链条保障。针对货车比例高的情况,在部分平直路段安装防疲劳激光光幕,夜间可自动开启,发射绿色射线,对双向车流发出防疲劳提醒,且不影响车辆正常行驶。通过智慧服务区建设,实现车位级停车导航,推荐多种个性化优惠服务,并支持ETC用户洗车、加油等无感支付,让出行者获得更好的服务体验。据初步测算,京台高速通过智慧化建设,通行能力提升20%以上。

探索绿色低碳生态高速公路建设新模式

针对旧桥梁板再利用问题和高性能沥青路面材料再生利用问题,该项目研究应用梁板破坏机制与车辆荷载模型,形成既有板梁桥再利用的评价方法,全线再利用旧桥梁板节约资金近10亿元;提出全厚式再生路面结构设计方案,实现路面再生利用率超70%。为从源头减少生产能耗和污染,提高新能源使用效率,推广利用了新材料泡沫铝制成的新型护栏及声屏障,并大量使用光伏发电、新能源充电、污水回收再利用等技术,探索绿色高速公路建设模式。

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▲山东省智慧高速公路总体技术架构示意图

济青中线示范项目的深入实践

济青中线智慧高速公路是山东省内第一条新建智慧高速公路,是山东省高速公路网规划布局“九纵五横一环七射多连”的重要组成部分。自西向东先后连接济南绕城高速二环线东环段、滨莱、长深、潍日高速,通过潍日高速潍坊连接线和潍莱高速、青银高速相连接,途经济南市、淄博市、潍坊市、青岛市范围内的11个市县区,是连接济南都市圈和胶东都市圈的重要干线和中部大通道。

不同于京台改扩建项目,济青中线全部为新建路段,全长约210公里,其中济南至潍坊段约162公里,潍坊至青岛段约47公里;设大桥特大桥60座,隧道22座,全线桥隧占比30%以上;穿越丘陵、山区、河流、矿区和一条地震活跃带,地形、地貌、地质和气候条件复杂;建设标准高,全线采用双向六车道标准,设计时速120公里,具有新的探索价值与示范作用。

按照《建设指南》要求和路域特点进行重点设计,在京台改扩建项目的基础上,济青中线进一步实践并探索了智慧高速的“山东模式”。


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▲探索绿色低碳生态建设新模式的京台高速公路

共用一个“智慧大脑”

按照山东省交通运输厅关于全省智慧高速“一盘棋”、全省智慧高速信息资源集约共享的要求,济青中线在建设过程中汲收了京台智慧高速的部分成功经验,与京台智慧高速共用一个“智慧大脑”——云控平台,并进行了适当升级扩容,打破了以往信息系统建设的壁垒和瓶颈,合理利用现有资源,实现了效率和质量双提升。

打造智慧隧道新亮点

根据全线隧道密集特点,济青中线智慧高速公路以“智慧隧道”为突破点和新亮点,构建隧道不降速通行体系,打造隧道智慧管养平台。通过合理设计隧道断面形式、在隧道口设置新能源遮光棚洞,消除“侧壁效应”和“黑白洞效应”,解决隧道不降速问题;研发巡检机器人、结构检测机器人等,实现日常自动化巡检养护,降低运维成本。

完善全天候通行保障

进一步完善恶劣天气通行管控决策支持系统,实现沿线精准气象监测预警和管控策略生成;同时,通过无机热管与抗凝冰路面等多种新型环保融雪方式组合实现高速公路重点路段主动融冰雪,保障高速公路全天候通行。在夜间和雾区视距不良的情况下,通过智慧诱导设施实现行车安全诱导,提升交通安全和高速公路服务水平。

建设车路协同应用示范

在包含路、桥、隧典型路段的龙埠枢纽至章丘东互通段,实施基于主动安全预警信息和车载终端发布为主的车路协同应用示范,其余路段做好预留及规划,未来逐步完善沿线车路协同基础设施和云边计算平台,逐步实现全线支持L3级自动架驶。

构建绿色能源供给体系

根据沿线设施的特点结合不同形式的绿色发电技术,充分利用空间资源,在满足沿线设施功能需求、保障安全与美观的前提下,打造光伏与高速公路沿线设施一体化的绿色能源供给体系。

筑牢“GIS+BIM”数字孪生基础

进一步完善全线精细化BIM模型,开发基于“GIS+BIM”数字孪生系统,接入各种监测、感知设备数据,为路网云控平台各专业系统提供物理现实镜像,同时为车路协同提供空间环境映射的信息支持。

打造精准智能的动态管控体系

对车辆轨迹、交通时空信息进行精准感知、精准定位,经云控平台智能分析形成科学决策,合理调控交通状态,实现“主动安全控制、智能运行诱导、高效指挥调度、统筹区域管理”精细化智能动态交通管控,提高事故处理效率和整体通行效率。

进一步提升服务区特色水平

利用新一代信息技术,建设服务区智慧管理与服务平台、服务区智慧停车引导系统、危化品车辆停放管理系统等,实现对服务区设备的一体化管理,提高服务区的管理效率、用户体验和安全保障能力。

问题与建议

在《建设指南》的指导下,山东省在智慧高速公路新建、改扩建等方面取得了一定突破,探索了“山东经验”,但有些问题仍需进一步研究、亟待解决。

驾乘人员的智慧化体验有待提高

智慧高速建得好不好,要由人民群众说了算。目前,各省在智慧高速建设过程中,较多地关注了建设者、管理者需求,但基于当前车辆智能化水平还不够高的现状,智慧高速建成后,用户体验方面还需要进一步提升。智慧高速建设,需立足当前、兼顾长远,将新技术应用、新设备引进、数字化改造、智慧化建设等与群众出行需求紧密结合,让出行者真正的体验到智慧高速的“与众不同”。

关键技术、关键设备的测试验证结果需及时共享

各省份在智慧高速的建设过程中,基于不同的侧重点,对不同的关键技术、关键设备开展了攻关和测试,而相关的结果共享方面还不够及时和全面。山东省充分利用京台智慧高速、智能网联测试基地等路段和平台,对关键技术和关键设备的实际效果实施测试验证,并根据具体需求将经过论证的成熟技术纳入智慧高速建设,为未来技术发展和使用做好研判。

通车后系统性能验证、软件需加强迭代优化

目前,我国部分省份已建成通车多条智慧高速,但通车运行仅仅是智慧高速迈出的第一步,一方面,需要在运行期间不断总结经验教训,验证系统的长期使用效果;另一方面,还需要不断的对软件、算法进行更新迭代,提升性能。同时在运营过程中,需要对通行效率、管理效率、服务性能指标等进行总结,以更好的指导后续项目的实施。

需尽快出台智慧高速建设的相关标准

各省份在智慧高速公路建设过程中进行了有益的探索,需尽快、全面、细致地总结经验,讨论和归纳有关问题与不足,避免重走弯路。应进一步明确传统高速公路和智慧高速公路的相关界面,能够达成共识的要尽快形成行业标准。

及时修订《建设指南》

《建设指南》是现阶段“山东模式”和“山东经验”的初步总结,但有些量化指标还不够完善,有些方面还有待工程实践的进一步验证。

下一步需结合济青中线建设,根据实际情况及时做好修订工作。要围绕“安全、高效、便捷、舒适、智能、绿色”的功能导向,以智慧化出行体验为核心,打造智慧高速公路建设的山东标准,推动山东交通和智慧高速的高质量发展,为交通强国贡献山东力量。

【编辑:任燕】
【审核:余大鹏】
【终审:张波】

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