數(shù)字道路建設(shè)在智能城市中規(guī)劃與應(yīng)用

［白少宇 周芳梅］

1 前言

信息通信基礎(chǔ)設(shè)施是網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、數(shù)字中國、智慧社會(huì)的戰(zhàn)略基石，信息通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)應(yīng)以發(fā)展以物聯(lián)網(wǎng)（傳感器、射頻識(shí)別、二維碼）、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)等具體落地應(yīng)用為核心，以加快構(gòu)建智能城市一體化應(yīng)用層基礎(chǔ)設(shè)施為最終目標(biāo)導(dǎo)向。

建設(shè)全覆蓋、高安全的智慧感知與傳輸網(wǎng)絡(luò)的未來城市、智能城市，如：切換有序的智能紅綠燈，公路上自由穿行的自動(dòng)駕駛汽車，以及部署在小區(qū)出入口、城市公共區(qū)域、人流密集區(qū)域的WIFI 探針設(shè)備，用以獲取并記錄實(shí)時(shí)接入的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備MAC 地址信息以及虛擬身份，要實(shí)現(xiàn)這一切，數(shù)字道路是其重要實(shí)現(xiàn)手段。數(shù)字道路具備通市電、通網(wǎng)絡(luò)，符合城市風(fēng)貌保護(hù)發(fā)展要求，與城市建筑景觀風(fēng)貌融合相融合，涵蓋了5G基站站址、城市照明系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、回傳網(wǎng)絡(luò)、交通管理系統(tǒng)、車路協(xié)同系統(tǒng)、邊緣計(jì)算等具體信息通信基礎(chǔ)新基建，這些信息通信基礎(chǔ)新基建在城市空間布局上的高度互補(bǔ)，使數(shù)字道路成為智能城市萬物互聯(lián)的新入口，數(shù)字道路產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資產(chǎn)及其潛在應(yīng)用空間讓人充滿想象。

數(shù)字道路規(guī)劃建設(shè)原則上堅(jiān)持應(yīng)以需求為導(dǎo)向，以全域覆蓋的感知監(jiān)測體系和數(shù)字化標(biāo)識(shí)體系為基礎(chǔ)，以“資源統(tǒng)購、平臺(tái)統(tǒng)建、信息統(tǒng)管、應(yīng)用統(tǒng)一”為原則，構(gòu)建架構(gòu)統(tǒng)一、體系兼容、安全互聯(lián)的信息通信基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)宜按照分層透明、功能解耦、按需組合的原則搭建智能城市底層平臺(tái)，即塊數(shù)據(jù)平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一開放平臺(tái)、CIM 平臺(tái)、公共視頻圖像智能應(yīng)用平臺(tái)，作為智能城市運(yùn)行中樞，推動(dòng)智慧燈桿在智能城市的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營各個(gè)階段、不同領(lǐng)域同規(guī)同建，協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)。最終打造城市共建、共治、共享、共贏的智能城市生態(tài)。

2 數(shù)字道路建設(shè)內(nèi)容及規(guī)劃

2.1 照明及桿柱部分

照明及桿柱建設(shè)內(nèi)容包含多功能信息桿柱、普通照明桿柱、高桿照明桿柱、照明燈具及基礎(chǔ)配套設(shè)施。在充分考慮各專業(yè)點(diǎn)位需求的基礎(chǔ)上，多功能桿柱通過掛載照明燈具、電警卡口前端設(shè)備、車路協(xié)同前端設(shè)備、可變信息標(biāo)志、電子車牌前端設(shè)備等，為公安交管、車路協(xié)同、道路照明等業(yè)務(wù)場景提供全方位前端設(shè)備支撐，最大限度杜絕重復(fù)建設(shè)，建設(shè)多功能信息桿柱。設(shè)備選型時(shí)，需要考慮智慧照明功能，支撐實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管控，如遠(yuǎn)程開燈、關(guān)燈、調(diào)光及照明設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，滿足不同等級(jí)道路的照明需求。燈桿應(yīng)具有安全可靠性、先進(jìn)性、實(shí)用性、可維修性、可擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)性幾個(gè)方面的特性。

2.2 信號(hào)控制系統(tǒng)前端部分

信號(hào)控制系統(tǒng)前端規(guī)劃建設(shè)應(yīng)依據(jù)項(xiàng)目實(shí)施區(qū)域具體路網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及交通流分布狀況，合理部署信號(hào)控制前端設(shè)備，通過信控設(shè)備部署，合理組織交通流、完善城市道路交通基礎(chǔ)設(shè)施、提高交通參與者的現(xiàn)代交通意識(shí)為前提，對(duì)控制區(qū)域內(nèi)的交通流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、檢測、控制及協(xié)調(diào)，以有效地改善控制區(qū)域內(nèi)的交通狀況。

2.3 電警卡口系統(tǒng)前端部分

電警卡口系統(tǒng)前端建設(shè)實(shí)現(xiàn)覆蓋主次干線所有路口的，針對(duì)闖紅燈、壓實(shí)線、不系安全帶、接打電話、違法變道等違章違法駕駛行為的自動(dòng)檢測及視頻流采集，并能自動(dòng)記錄通過該路口的所有車輛信息（包括車牌號(hào)碼、車輛顏色、通過時(shí)間等），其規(guī)劃應(yīng)交警指揮臺(tái)信息調(diào)度管理系統(tǒng)需求說明書及實(shí)地調(diào)研的需求為主。

2.4 測速設(shè)備

測速設(shè)備主要針對(duì)車輛違法超速行駛，主要覆蓋主干路和隧道，設(shè)備主要對(duì)車的行駛速度，車的特征，車牌號(hào)碼等進(jìn)行監(jiān)測和收集。其具體規(guī)劃布點(diǎn)應(yīng)以實(shí)地調(diào)研的需求為主。

2.5 車路協(xié)同前端部分

本項(xiàng)目通過部署路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施，推動(dòng)自動(dòng)駕駛與車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展；通過RSU 及各類傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛狀態(tài)、道路狀態(tài)的全面感知，為后端平臺(tái)及前端車輛提供全量、全域、全時(shí)的車路數(shù)據(jù)；以路側(cè)及后臺(tái)建設(shè)為主，在規(guī)劃階段，充分考慮與不同廠家車載設(shè)備的兼容問題，通過對(duì)通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式、設(shè)備參數(shù)等的規(guī)范，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)主流車載設(shè)備的兼容。

2.6 電子車牌路側(cè)部分

電子車牌作為公安部門對(duì)車輛信息電子采集的一個(gè)基本信息載體，通過設(shè)置在車道上的讀寫器可以實(shí)現(xiàn)全天候地自動(dòng)提取過車車輛屬性信息、位置信息以及狀態(tài)信息等，從根本上消除了道路交通管理在時(shí)間和空間上的“盲點(diǎn)”，全面擴(kuò)大了交通管理的監(jiān)控時(shí)段和監(jiān)控范圍，并且因此產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)就可以充分提高城市交通管理的力度，有力支持而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化的交通管理。其具體規(guī)劃布點(diǎn)應(yīng)以實(shí)地調(diào)研的需求為主。

2.7 可變信息標(biāo)志部分

交通可變信息標(biāo)志具有顯示形象直觀、信息量大、視認(rèn)時(shí)間相對(duì)較短、為不熟悉路況的駕駛員指路等顯著優(yōu)點(diǎn)，適用于城市道路路網(wǎng)密集地段。其具體規(guī)劃布點(diǎn)應(yīng)以實(shí)地調(diào)研的需求為主。

2.8 回傳網(wǎng)絡(luò)部分

回傳網(wǎng)組網(wǎng)宜采用雙歸的環(huán)形組網(wǎng)，接入層千兆以太網(wǎng)交換機(jī)采用1 芯光纜串聯(lián)的環(huán)形組網(wǎng)雙規(guī)至匯聚交換機(jī)，匯聚交換機(jī)也環(huán)形組網(wǎng)雙歸至邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)。采用生成樹協(xié)議作為環(huán)路組網(wǎng)協(xié)議，保證鏈路安全，網(wǎng)絡(luò)更加可靠，交換機(jī)端口資源利用率提升。具體項(xiàng)目應(yīng)參考回傳網(wǎng)覆蓋的主路、次路及街巷所有感知設(shè)備數(shù)據(jù)，建議采用PON 方式組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)分為核心層、匯聚層、接入層3 層架構(gòu)。

2.9 邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)部分

智能城市需要海量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析、處理，以及智慧交通的海量大數(shù)據(jù)量和計(jì)算量巨大，在保證車路協(xié)同等新業(yè)務(wù)響應(yīng)時(shí)延的迫切需求下，亟需建設(shè)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行承載。具體規(guī)劃時(shí)應(yīng)以滿足智能城市前端感知設(shè)備、視頻監(jiān)控點(diǎn)位、智能信息桿柱以及車路協(xié)同的數(shù)據(jù)處理需求為基本出發(fā)點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)能支撐各平臺(tái)邊緣側(cè)智能服務(wù)。

2.10 供電系統(tǒng)部分

供電系統(tǒng)規(guī)劃主要涉及內(nèi)容包括為信息通信基礎(chǔ)設(shè)施供配電系統(tǒng)。工程電源引自區(qū)域周邊臨近10kV 開閉所，規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容為10kV 箱變進(jìn)線、箱變本體及以下配電系統(tǒng)。規(guī)劃時(shí)結(jié)合項(xiàng)目所在地區(qū)道路周邊環(huán)境，整體考慮景觀效果，道路沿線設(shè)置箱變。

3 數(shù)字道路建設(shè)應(yīng)用及效果

3.1 數(shù)字道路應(yīng)用

筆者有幸參與了類似工程的相關(guān)實(shí)施工作，數(shù)字道路具體建設(shè)應(yīng)用子系統(tǒng)可以歸納總結(jié)為：交通信號(hào)控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、違法監(jiān)測系統(tǒng)、交通信息采集系統(tǒng)事件檢測、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)、卡口系統(tǒng)、電子警察系統(tǒng)、事件檢測、違停抓拍、雷達(dá)、LTE-V 專網(wǎng)、邊緣物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、邊緣計(jì)算和應(yīng)用平臺(tái)接入、網(wǎng)絡(luò)安全等。具體子系統(tǒng)關(guān)系及外圍路網(wǎng)數(shù)字道路智能化建設(shè)總體拓?fù)淙鐖D1 所示。

圖1 數(shù)字道路系統(tǒng)架構(gòu)圖

紅虛線圈出部分為數(shù)字道路項(xiàng)目前端硬件建設(shè)部分，主要由終端采集、網(wǎng)絡(luò)接入、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。感知終端通過攝像頭、雷達(dá)、RSU、環(huán)境監(jiān)測傳感設(shè)施等感知設(shè)備采集路面狀況、行人、車輛運(yùn)行等信息，經(jīng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)回傳至邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)。邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)對(duì)回傳信息網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算并將相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至本地塊數(shù)據(jù)平臺(tái)。通過本地統(tǒng)一建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、視頻一張網(wǎng)平臺(tái)、CIM 平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)服務(wù)、基礎(chǔ)服務(wù)。賦能應(yīng)用層交通管理、信息桿柱管理平臺(tái)、動(dòng)態(tài)高精地圖和道路管養(yǎng)等應(yīng)用。

3.2 數(shù)字道路效果

數(shù)字道路項(xiàng)目實(shí)施后極大提升了智能城市精細(xì)化的交通管理與服務(wù)，通過數(shù)字道路與網(wǎng)聯(lián)汽車的智能交互，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信息、道路狀態(tài)、交通設(shè)施設(shè)備的實(shí)時(shí)獲取與動(dòng)態(tài)感知，實(shí)現(xiàn)交通管理與服務(wù)的智能化。實(shí)現(xiàn)了對(duì)重點(diǎn)路段、重要區(qū)域和重點(diǎn)部位，進(jìn)行全天候、無死角的監(jiān)控，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，做出預(yù)警，數(shù)字道路系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單方向各車道車輛違法行為的監(jiān)測、圖像抓拍等功能。對(duì)壓線、逆行、闖紅燈、超速、不按導(dǎo)向行駛、違法變道、違法掉頭、違法倒車、路口停止、綠燈停車、機(jī)占非、禁止大貨車、闖禁令等違法行為的清晰識(shí)別。

項(xiàng)目實(shí)施后實(shí)現(xiàn)路段特定點(diǎn)段、交叉口、公交站點(diǎn)等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和全部標(biāo)準(zhǔn)路段的路況信息感知功能，感知設(shè)備在路段關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及標(biāo)準(zhǔn)路段覆蓋率均達(dá)到100%，雷達(dá)參數(shù)可覆蓋所有車道，能夠準(zhǔn)確捕獲機(jī)動(dòng)車超速行駛違法行為，并記錄超速違法行為的完整過程。支持大范圍端邊計(jì)算，可以支持項(xiàng)目實(shí)施相關(guān)道路網(wǎng)絡(luò)化信號(hào)優(yōu)化控制，支持人車出行安全分析以及公交智能調(diào)度指揮，支持微波、視頻、雷達(dá)等多種車流量檢測方式。支持全域人員、車輛、環(huán)境等公共安全態(tài)勢分析和預(yù)測，交通信號(hào)控制機(jī)支持交通流采集功能，可采集時(shí)間間隔不大于0.25 s的交通流數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)公安、交警等部門對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的共享、共建。

4 數(shù)字道路建設(shè)前景

數(shù)字道路建設(shè)前景雖好但還要走很長的路，現(xiàn)階段人們對(duì)數(shù)字道路的認(rèn)知越來越清楚，對(duì)數(shù)字道路產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資產(chǎn)的重要性也越來越認(rèn)同。不過，說到數(shù)字道路具體應(yīng)該如何做、數(shù)字道路如何建，應(yīng)該怎樣去開展數(shù)字道路工作，要建成什么樣的數(shù)字道路，數(shù)字道路要達(dá)到什么樣的目的，差異還很大。同時(shí)，已建成為的數(shù)字道路產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資產(chǎn)如何變現(xiàn)也是懸而未決的問題。

5 結(jié)束語

數(shù)字道路建設(shè)運(yùn)營周期長，牽涉部門多，與社會(huì)公眾利益密切相關(guān)，數(shù)字道路產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資產(chǎn)及其潛在應(yīng)用空間讓人充滿想象。

數(shù)字道路在路側(cè)部署攝像頭、雷達(dá)、RSU 和邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)等設(shè)備和出行裝備裝載OBU 單元，以數(shù)據(jù)流整合為核心，適應(yīng)不同應(yīng)用場景，以物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)出行信息的實(shí)時(shí)采集、傳輸和處理，借助各種科技手段和設(shè)備互聯(lián)，對(duì)各種出行情況進(jìn)行協(xié)調(diào)和處理，構(gòu)建實(shí)時(shí)感知、瞬時(shí)響應(yīng)、智能決策的智能交通體系框架，建立實(shí)施、準(zhǔn)確、高效的綜合運(yùn)輸管理系統(tǒng)，從而使出行設(shè)施得以充分利用，提高出行效率和安全，通過建設(shè)車路協(xié)同基礎(chǔ)設(shè)施配合數(shù)字化智能交通基礎(chǔ)設(shè)施，通過交通網(wǎng)、信息網(wǎng)、能源網(wǎng)“三網(wǎng)合一”實(shí)現(xiàn)車車、車路智能協(xié)同，提供一體化智能交通服務(wù)，打造全局動(dòng)態(tài)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能化協(xié)同管控，保障綠色出行的安全，提升綠色出行的效率，助力智能城市低碳環(huán)保綠色出行。