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  • 张纪升:智慧高速总体架构及关键技术

    2018-01-10 16:57:01 来源:中国智能交通协会 评论:
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    11月23日,由中国智能交通协会、交通运输部公路科学研究院主办的2017’第十二届中国智能交通年会“智慧公路”建设与发展论坛上,交通部公路科学研究院ITS中心张纪升研究员发表《智慧高速总体架构及关键技术》的演讲,本文为现场演讲录音整理,未经演讲者本人审核。

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    交通部公路科学研究院ITS中心总工  张纪升

    一、背景
      1、国家政策-十九大
      其实在去年,我们已经针对交通设定了重点专项专题做了研究,在刚刚开完的十九大里面也提到了交通强国的战略。在这之后,整个交通部的体系,从规划到公路局、科技司,各个司局都在解读,如何将交通强国战略能够落实到实处。首先是把咱们十几万公里的高速公路和干线公路的潜能发挥出来,这是战略的重要方向。而这里怎么充分发挥现在路线的潜能,发挥智能交通的作用。基于这个设想,李部长也提出建设适应“交通强国”发展的智能交通体系。交通运输部正在酝酿类似交通强国2045或者类似的创新型交通2045等引领行业智能化发展的重大纲领性文件。
      2、政策背景
      2013年11月,在全国交通运输科技创新电视电话会议中,杨传堂部长提出,要加快“综合交通、智慧交通、绿色交通和平安交通”的建设;在《交通运输信息化“十三五”发展规划》里也提出开展高速无线通信等一系列应用,形成了 “十三五”开局时的示范工程项目;在《推进“互联网+”便捷交通 促进智能交通发展的实施方案》中,也明确布局基于下一代互联网和专用短程通信(DSRC)的道路无线通信网。
      3、高速公路安全与运行效率态势依然严峻
      高速公路具体的运营安全和运营效率仍然有很多需要改进的地方。第一是高速公路的事故及事故严重程度依然比较突出,经过五年计划提成有了很大改观;第二是关于区域性拥堵、恶劣气象等阻断事件频发。今年广深高速成了几星级的景点,这也是一个很大的社会问题。第三是突发事件影响时空范围成网络化扩散态势。
      4、高速公路智能管理水平相对落后
      目前机电系统在支撑高速公路运营方面发挥了巨大作用,但总体智能化运营管理水平不高,监而不控或可监而不可控问题普遍存在。主要表现在:道路运行状态感知手段单一,对于路侧设施的依赖性强,机电设施故障率递增趋势明显,数据精度欠缺;视频、收费数据等基础资源比较丰富,挖掘分析综合利用率不高,“平台思维”、“用户思维”等互联网思维缺乏;突发事件、恶劣气象发现困难,异常状态的影响分析与预警缺乏,救援保障能力问题突出;管理者与出行者互动手段单一,缺乏有效的高速公路主动管控手段。高速公路作为一个非常庞大的服务系统,怎样能够跟用户出行者建立起直接的互动手段,这是我们将来主动管控或者是“智慧公路”要解决的问题。
      5、物联网和移动通信促使机电系统加速变革
      随着互联网和应用通信技术的发展,高速公路三大系统迎来了非常大的挑战。

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      这是我们草画的闭环图,从监控端、收费端、通信端都有新的技术出来。包括移动用户的数量,怎样发挥移动智能体的作用,怎么做好互联网技术,同时把能源跟高速公路充分结合起来,这非常关键。
      6、智能驾驶:掀起交通运输的革命
      目前电动化、智能化、网联化,已经成为未来工业信息化、工业化一个重要的战略,尤其是国内对电动汽车的发展也是不遗余力,从环境和技术的角度上,这三方面带来了咱们车和车之间的通信,车和路之间的通信,公路这里怎样适应车辆的智能化、电动化、网联化,给自动驾驶提供更好的技术支持,包括减少车自身的感知以及有效提升安全驾驶。

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      7、国内外发展现状分析——欧洲
      欧洲、日本也对“智慧公路”的发展做了很多探讨。欧洲在智能交通系统,跨国交通信息交换,路侧方面做了很好的实践,形成路侧基站和中心基站的体系。美国也是以“智慧公路”或V2I技术为特点,进行了很多智能驾驶测试,美国联邦政府也提出在小型车辆上的强制安装车辆交互终端技术。日本基于VICS和ETC建设ITS Spots(DSRC路侧设备)已覆盖全日本高速公路,并示范验证提高交通安全,他们的ETC系统是我们的榜样。韩国以路侧综合交通top感为节点,构建了这样智慧高速公路系统。

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      二、智慧高速架构与发展路线图
      1、“新一代国家交通控制网”示范工程
      中国高速智能化也有很强的发展经历,其中一个契机就是从战略角度上提出来立体化、智能化的国家控制网,在实现安全、效率等这方面有非常大的提升。,经过交通部的研究,我们应该整合各种资源,充分发挥我国在经济发展水平,基础设施建设以及国家战略信息方面的优势,对整合车辆信息智能控制等各个领域的技术和系统,进行综合升级进而促成新一代国家交通控制网的建设。

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      2、新一代智慧公路的愿景
      国家新一代智慧交通信息网的愿景是在既有的土木工程设施基础上,依靠智能化和信息化提升公路安全水平和服务水平,创新基础设施结构和服务方式,形成服务和制造新产业。
      关于怎样实现运输网、信息网和能源网三网的融合,这里有几个背景,第一是物联网技术,包括车路交互技术的发展,4、5G技术的发展,必然带来越来越多的智能热点。怎样才能更好支撑路侧的通信系统,必须要有能源的支持,包括现在的电动车发展,也需要把能源网结合到高速公路里,这是我们着重考虑的事情。另外,这几年国家电网也和我们的太阳能,风能以及服务区方面设施进行融合。

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      我们认为新一代智慧公路由智慧道路组成,包括先进的结构和材料、传感器、数据处理、通信网络和能源网络等。其功能包括路面状态、车辆、环境自监测、风能、太阳能等能源互转化。
      3、智慧高速的架构设想
      基于这样的愿景,我们提出了智慧公路发展的阶段和水平的设想,参考SAE自动驾驶技术的分级,是分了五级的水平。

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      在智慧高速发展过程中,为了更好地匹配新一代智能驾驶技术,我们对应各个等级水平,设定了四个发展阶段:
      第一个阶段是目前系统正在推进关于群体感知,单点普适服务;
      第二个阶段包括初步对个体车辆位置的感知。还有类似阿里、百度车辆个体导盲服务,以及面向高速公路主动管控技术和引入移动通讯网;
      第三个阶段是对于感知要趋向于更加精细化、透明化。在管控方面,要花一些时间对基于个体用户的大数据进行管理和控制;在车路通信方面,未来要发展车路交互的专属网络;
      第四个阶段是要配合车辆的高速策划,实现全网的感知。
      我们关于智慧高速的架构设想,还包括以下几个方面:
      一是路侧智能基站为主抓手的路侧无线通信平台是公路信息化基础设施的重要组成;
      二是基于移动终端的技术架构体系,车内感知能力将是未来感知体系的重点;
      三是完备的、扁平化、分级授权和安全的数据系统,路侧的边缘计算和云计算能力并重;
      四是基于高精地图和定位技术,创新公路管理和服务的各种应用。
      今年八月份交通部规划司正式发布了《关于开展新一代国交交通控制网和智慧公路试点工作的通知》,要求“坚持问题导向,需求驱动,突出前瞻性,充分体现物联网、大数据、智能驾驶、车路协同等技术在交通运输管理和服务方面的创新应用”。这个八省示范的实施方案,部里有相应的经费支持,主要是引导行业“智慧公路”探讨的热度和引导新技术的发展。
      “智慧公路”根据前面的架构设计,示范的内容分为五大方面,包括“智慧公路”的基础设施、包括感知体系的提升,还有智慧运行,运行管理以及智慧公路的服务系统。
      4、智慧公路标准体系——公路工程标准体系表
      基于智慧高速的架构设想,交通部也部署了很多相关的标准体系。

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      在最近发布的公路工程技术规范标准体系表里,首次把运行检测、车路协同作为单独的模块,正式提出来。这个标准方面也正式设立了智慧模块,把网络、安全、信用、能源网络作为标准体系。这个也是对于公路从建设到运营养护,各个阶段的信息化提出了统一的要求,并且提出各个模块之间如何信息共享交化的要求,包括设立联盟的标准,推动车路交互、自动驾驶和智慧公路的发展。
      我们业务的系统可用于信息采集,因为有了将近六千万的ETC用户,因为要建设营改增,建设高速公路的精准识别,有了这样的系统以后,才能充分发挥ETC用户的作用。
      三、智慧高速关键技术
      1、基于DSRC的交通状态感知技术
      该技术能精确采集车辆运行轨迹,估算区间车速、行程时间等交通状态信息,其中,速度的精度较单ETC数据提高9%,与按公里设置微波检测器状态识别精度相当。
      2、基于视频的能见度智能分析技术
      3、高速公路态势快速推演和预警技术
      基于聚类算法和最大熵模型,研发了基于模态转移的高速公路运行态势分析研判技术,预测精度平均达到89%以上。
      4、路侧智能基站
      路侧智能基站是路侧智能数据与通信平台,具备数据采集、通信、供电等组合功能,为智能互联体系中的基本单元,衔接传感器、终端、车辆、数据中心、指挥控制系统等。
      5、高精度定位技术与交通资产管理
      6、空中与地面协同管控技术
      四、总结
      1、智慧公路是一个开放平台。双向交互功能的DSRC路侧设备,北斗地面增强基站、高精度三维地理信息系统,可为“十三五”发展规划中“智慧公路”、“新一代交通控制网”等工程提供基础支撑。
      2、无线通信交互平台以及信息化基础设施,将包括更丰富内涵,如基于802.11p的DSRC双向通信平台,高速WIFI无线通信系统;LTE-V。
      3、基于OTT的信息服务体系以及一体化通信平台等未来将更多地发挥市场资源优势,主动拥抱“互联网+”。
      4、大数据不是数据大,利用大数据的思想和工具,创造更大的直接和间接价值。


  • 关键字: 智慧高速 架构
  •    责任编辑:梁兰春
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