高速公路智慧信息化項(xiàng)目的發(fā)展路徑及經(jīng)濟(jì)性分析

徐益成

（江蘇省高速公路交通運(yùn)輸執(zhí)法總隊(duì)連徐支隊(duì)，江蘇徐州 221000）

0 引言

為深入貫徹《關(guān)于進(jìn)一步深化全省交通運(yùn)輸綜合行政執(zhí)法改革的通知》《關(guān)于印發(fā)〈“一體化+智慧執(zhí)法+信用監(jiān)管”交通綜合執(zhí)法新模式試點(diǎn)實(shí)施意見〉的通知》，加快推進(jìn)“一體化+智慧執(zhí)法+信用監(jiān)管”交通綜合執(zhí)法新模式建設(shè)，需集中力量解決信息化建設(shè)項(xiàng)目在省、市所存在的重復(fù)建設(shè)、系統(tǒng)應(yīng)用面窄、局部封閉、系統(tǒng)使用效率和項(xiàng)目新效益不高等問題，深入研究高速公路智慧信息化項(xiàng)目的發(fā)展路徑，并就其經(jīng)濟(jì)性展開分析，說明打造“一體化+智慧執(zhí)法+信用監(jiān)管”交通綜合執(zhí)法新模式的必要性和現(xiàn)實(shí)意義。

1 高速公路智慧信息化項(xiàng)目發(fā)展路徑

1.1 車路管理方面

1.1.1 引入運(yùn)行狀態(tài)研判技術(shù)

實(shí)時(shí)交通狀態(tài)是對(duì)高速公路運(yùn)行狀態(tài)的反饋，可為智慧監(jiān)管提供占有率、流量和速度等參數(shù)信息，在勾稽關(guān)系原理支持下，將實(shí)時(shí)交通運(yùn)行狀態(tài)劃分為自由流、穩(wěn)定流、擁擠流和阻塞流四種狀態(tài)[1]。應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，設(shè)計(jì)高斯模型，模擬加權(quán)疊加多個(gè)高斯模型的過程，使之呈現(xiàn)高斯分布狀態(tài)。

在高斯模型中的各參數(shù)可用下式表示：

式（3）中：k= 1,2,…,K。因此，參數(shù)λ的大小決定高斯混合模型表達(dá)方式，可運(yùn)用計(jì)算釋然函數(shù)ln p(X|λ)的方法得出參數(shù)具體值，通過求解最大值，確定各成分高斯分布參數(shù)[2]。

按照?qǐng)D1 所示的算法圖輸出對(duì)應(yīng)的交通狀態(tài)，其中，當(dāng)二維均值向量對(duì)應(yīng)的占有率數(shù)據(jù)均值最小時(shí)，代表此時(shí)交通狀態(tài)為自由流；均值居中時(shí)，代表準(zhǔn)自由流；均值最大時(shí)，代表此時(shí)交通狀態(tài)為擁擠流。

圖1 實(shí)時(shí)交通運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估算法圖

借助線性回歸模型，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)訓(xùn)練線性回歸模型，以下表達(dá)式作為擁擠流劃分的直線。

式（4）中：p表示直線在縱軸上的拮據(jù)；k表示斜率；occupancyLR和flowLR表示橫縱坐標(biāo)。

位于直線上方的數(shù)據(jù)均代表同步流，下方數(shù)據(jù)代表阻塞流。訓(xùn)練此模型后，所得出結(jié)果代表實(shí)時(shí)判定交通運(yùn)行狀態(tài)的結(jié)論，形成表1 所示的交通狀態(tài)與γ值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1.1.2 建構(gòu)人車路協(xié)同系統(tǒng)

人車路協(xié)同系統(tǒng)建設(shè)是當(dāng)前智慧高速公路發(fā)展的重要方向，能夠在充分應(yīng)用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和5G 技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)人車路以及環(huán)境動(dòng)態(tài)交互的效果，可為駕駛員和交通運(yùn)輸管理者提供清晰和環(huán)保的交通信息，便于其實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地獲取車路狀況[3]。人車路協(xié)同系統(tǒng)的研究一直是智慧高速公路建設(shè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，經(jīng)過多級(jí)協(xié)同技術(shù)革新后，車路通信能力穩(wěn)步提升，目前已經(jīng)試點(diǎn)運(yùn)行的人車路一體化信息交互和協(xié)同控制系統(tǒng)，能夠支持自動(dòng)駕駛車輛協(xié)同決策，具備較強(qiáng)的快速交通決策和調(diào)度能力。經(jīng)過多次升級(jí)換代，設(shè)計(jì)如圖2 所示的人車路協(xié)同技術(shù)架構(gòu)體系，將整個(gè)系統(tǒng)分成系統(tǒng)感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。其中，系統(tǒng)感知層主要應(yīng)用智能感知技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)涵蓋道路環(huán)境采集技術(shù)、車輛位置采集技術(shù)、車輛狀態(tài)采集技術(shù)等，以具備視覺感知融合和感知能力的車載攝像頭、傳感器等為采集裝備，聯(lián)合應(yīng)用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位技術(shù)，采集道路環(huán)境狀況、車輛位置和行駛狀態(tài)信息。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)感知層需配備交通指示燈和路側(cè)RSU 設(shè)備，采集機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車的具體行為信息，獲取道路氣象和交通狀態(tài)，以高精度地圖為載體，為駕駛員和道路管理者提供車道周邊固定對(duì)象信息，為其提供可視化實(shí)時(shí)信息，便于其提前感應(yīng)車輛前方動(dòng)態(tài)，可有效提高駕駛和管理的智慧水平[4]。

圖2 車輛協(xié)同技術(shù)架構(gòu)

所設(shè)計(jì)的平臺(tái)層，即云管理服務(wù)平臺(tái)，能夠達(dá)到虛擬化管理安全、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和主機(jī)的目標(biāo)。

所設(shè)計(jì)的應(yīng)用層包括綜合監(jiān)測(cè)、交通事故聯(lián)控、危險(xiǎn)預(yù)警與控制以及自動(dòng)駕駛功能。以上幾大功能的作用機(jī)制如下：

綜合監(jiān)測(cè)：借助車載智能傳感技術(shù)和路側(cè)傳感技術(shù)，監(jiān)測(cè)高速公路的路面狀況、天氣情況、交通事件、交通量、超限情況、實(shí)時(shí)路況路標(biāo)等信息，并在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和V2V 技術(shù)的聯(lián)合作用下，實(shí)現(xiàn)信息共享[5]。駕駛員和交通管理者依據(jù)高速公路實(shí)時(shí)狀況調(diào)整駕駛行為和管制決策，輔助省交通運(yùn)輸廳、市交通運(yùn)輸局精準(zhǔn)管控高速公路，提供精準(zhǔn)交通氣象信息，主動(dòng)參與交通管控服務(wù)項(xiàng)目。

交通事故聯(lián)控：在5G 基站和RSU 單元的支持下，將交通事故發(fā)生區(qū)域的信息傳輸至后臺(tái)數(shù)據(jù)中心，整合平臺(tái)層，精準(zhǔn)把控事故的嚴(yán)重程度、具體位置，并就近調(diào)配維修人員，縮短事故處理時(shí)間。同時(shí)，聯(lián)合外場(chǎng)控制系統(tǒng)，借助智能優(yōu)化算法，輸出預(yù)警信息，將信息發(fā)布到智能電子地圖控制中心，提醒駕駛員更換路線，規(guī)避危險(xiǎn)與擁堵，降低二次事故發(fā)生的可能性。

危險(xiǎn)預(yù)警與控制：運(yùn)用V2V、V2I 技術(shù)，及時(shí)感知路側(cè)和車輛運(yùn)行前方的限速、障礙物、道路病害等信息，并將所監(jiān)測(cè)的信息實(shí)時(shí)反饋，提醒駕駛員躲避障礙物，避免出現(xiàn)急剎車和躲避不及的情況。運(yùn)用AI技術(shù)和篩選算法，提供危險(xiǎn)排查和排除信息，道路管理部門基于數(shù)據(jù)信息作出反應(yīng)，提高管理智能化水平。

自動(dòng)駕駛：此項(xiàng)技術(shù)的研究是現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外攻克的焦點(diǎn)，要想實(shí)現(xiàn)人車路協(xié)同，需保證自動(dòng)駕駛的智能化和自動(dòng)化水平，相關(guān)人員需在基礎(chǔ)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格限定下研究如何提高自動(dòng)駕駛等級(jí)，實(shí)現(xiàn)3 級(jí)向4級(jí)的跨越[6]。

1.1.3 數(shù)字化還原公路要素

要想數(shù)字化還原公路要素，需要推進(jìn)智慧化巡航手段，進(jìn)一步推進(jìn)視頻監(jiān)控接入，加快車輛違章檢測(cè)電子卡口和AIS 基站補(bǔ)盲建設(shè)，實(shí)現(xiàn)AIS 信號(hào)全覆蓋。應(yīng)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電子卡口和電子路上巡航，提升持續(xù)性監(jiān)管場(chǎng)景的巡查覆蓋率和數(shù)據(jù)采集時(shí)效，加快數(shù)據(jù)匯總，通過多維數(shù)據(jù)進(jìn)行道路安全形勢(shì)分析和智能研判，持續(xù)提升智慧巡航能力。針對(duì)公路巡查線長(zhǎng)、量大、范圍廣，監(jiān)管類別繁雜，橋隧、橋下空間、建筑控制區(qū)和安全保護(hù)區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域巡查難度大等困難，實(shí)行電子巡查、車輛巡查、步行巡查相結(jié)合的方式，具象化顯示三維信息，實(shí)現(xiàn)公路執(zhí)法巡查效率與質(zhì)量雙提升[7]。

1.2 交通運(yùn)輸行政執(zhí)法方面

信息化系統(tǒng)應(yīng)用存在重建設(shè)輕維護(hù)的情況，技術(shù)迭代后，系統(tǒng)更新不及時(shí)，從相對(duì)先進(jìn)到成為網(wǎng)絡(luò)安全隱患，提高維護(hù)成本。對(duì)此，各交通公路運(yùn)輸與管理部門應(yīng)組織開展智慧終端設(shè)備管理、大數(shù)據(jù)分析“執(zhí)法大腦”、綜合執(zhí)法系統(tǒng)等軟件建設(shè)，并統(tǒng)籌推進(jìn)執(zhí)法業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享、分析模型、VPN 網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控和融合通信平臺(tái)等省市共建任務(wù)，通過硬件集成、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通、軟件融合等方式，全面構(gòu)建全省交通運(yùn)輸智慧執(zhí)法終端體系，支撐信息采集、視頻攝錄、圖片抓拍、軌跡定位、無線傳輸、視音頻通信、數(shù)據(jù)分析、信息比對(duì)、設(shè)備管理等多種基礎(chǔ)功能，實(shí)現(xiàn)個(gè)人單兵裝備的整體“微協(xié)同”、執(zhí)法單元內(nèi)多人次單兵裝備的整體“小協(xié)同”、單兵指揮中心間的整體“大協(xié)同”和跨地域指揮調(diào)度的整體“區(qū)域協(xié)同”。

2 高速公路智慧信息化項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性分析

在開發(fā)設(shè)計(jì)階段就要對(duì)信息化系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，包括對(duì)系統(tǒng)全生命周期的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，以此為依據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行篩選。在大數(shù)據(jù)、智能交通管理平臺(tái)等技術(shù)及應(yīng)用的加持下，能夠有效提高服務(wù)精度和效用，可在更短的時(shí)間內(nèi)為駕駛員和交通管理者提供精準(zhǔn)服務(wù)，并保證決策方案的高契合度和準(zhǔn)確性。智能化技術(shù)與高速公路建設(shè)深度融合，無需投入大量研發(fā)費(fèi)用，根據(jù)市場(chǎng)報(bào)價(jià)即可完成定額計(jì)價(jià)作業(yè)。對(duì)于部分新研發(fā)的技術(shù)與軟件，需根據(jù)其服務(wù)項(xiàng)目和特征，投入一定的研發(fā)費(fèi)用（此部分經(jīng)費(fèi)支出按照成本度量法規(guī)范，結(jié)合具體功能細(xì)化）。

建設(shè)期需設(shè)置氣象環(huán)境、RFID、激光、毫米波、微波和視頻等傳感器，想要發(fā)揮以上傳感器的作用，需要配備車載導(dǎo)航、手機(jī)終端、可變限速標(biāo)志、可變信息情報(bào)板、氣象檢測(cè)器、高清攝像機(jī)和毫米波雷達(dá)設(shè)備，但以上設(shè)備的成本控制難度較大，現(xiàn)階段主要設(shè)施與設(shè)備的造價(jià)無法大幅度壓縮，使得總造價(jià)較高。不過隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧高速項(xiàng)目建設(shè)中所使用的設(shè)備與設(shè)施的造價(jià)會(huì)逐步降低，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看，高速公路智慧信息化項(xiàng)目具備經(jīng)濟(jì)可行性。

從實(shí)際應(yīng)用方面來看，智慧高速系統(tǒng)能為用戶提供各類服務(wù)，如動(dòng)態(tài)限速提示服務(wù)、擁堵提醒服務(wù)，便于駕駛員提前規(guī)劃路線，提高行車效率，降低運(yùn)行成本。從行政執(zhí)法方面來看，人車路協(xié)同信息平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)信息交互，為行政管理部門的日常交通管理工作提供支持，縮短傳輸危險(xiǎn)車輛預(yù)警、不良視距預(yù)警、路面狀態(tài)預(yù)警、交通事件分級(jí)誘導(dǎo)、交通事件預(yù)警和施工區(qū)預(yù)警信息的傳輸與利用時(shí)間，可有效降低安全事故發(fā)生概率，更好地保證行車安全，可有效實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益雙提升。

由此可見，雖然高速公路智能信息化項(xiàng)目前期投資項(xiàng)目多為智能平臺(tái)搭建，造價(jià)較高，但在市場(chǎng)穩(wěn)定后，全局規(guī)劃、上層建設(shè)、基層應(yīng)用、數(shù)據(jù)安全與再開發(fā)的造價(jià)會(huì)逐漸降低，最終達(dá)到穩(wěn)定，從全局角度看，其與傳統(tǒng)系統(tǒng)所需資金量大體相同。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建設(shè)高速公路智慧信息化項(xiàng)目是順應(yīng)國(guó)家公路發(fā)展趨勢(shì)的必然選擇，設(shè)計(jì)構(gòu)建智慧交通管理平臺(tái)，充分利用智慧執(zhí)法終端體系，配合執(zhí)法軟件，實(shí)現(xiàn)信息采集、視頻攝錄、圖片抓拍、數(shù)據(jù)分析等基礎(chǔ)功能，探索創(chuàng)新執(zhí)法業(yè)務(wù)模式，用大數(shù)據(jù)為執(zhí)法業(yè)務(wù)賦能，能夠更有效提高執(zhí)法效率。