国家交通控制网在智慧公路发展中的思考2019

新一代国家交通控制网面向的智慧公路发展思考交通运输部公路科学研究院汪

林2019年7月ClicktoeditMastertitlestyleClicktoeditMastersubtitlestyle01新一代交通控制网概述新一代国家交通控制网提出十五位院士《关于建设新一代国家交通控制网的建议》2013年6月，十五位院士向李克强总理提交了报告《关于建设新一代国家交通控制网的建议》。该报告建议中央“从国家战略高度出发，建设天地一体，立体化智能化的国家天地控制网‘新一代国家交通控制网’，利用天地网（北斗）、汽车控制网、巨系统、云计算等先进技术，对交通安全、拥堵、污染（雾霾）、能耗、实行全面感知、全面控制（智能控制），破解交通安全、交通拥堵、交通污染等重大交通民生难题和新型城镇化交通发展难题。建议认为，新一代国家控制网的建设具有重大的意义.2015年4月，交通运输部正式立项同步开展新一代交通控制与运行系统相关的技术特征、仿真评估系统等研究，为新一代交通控制网工程提供基础技术支撑。新一代交通控制网的概念新一代国家交通控制网总体定义⚫

新一代国家交通控制网是由道路基础设施、车辆和支撑运行与服务系统组成的一个边界开放的复杂系统⚫

各单元、各部分、各子系统间可实时交换数据⚫

系统、子系统和车载系统可以根据实时交通状态、气象条件、客流趋势进行各种调节➢

如控制策略、限制和诱导措施、运行方式、服务协调等⚫

使交通运输系统处在依据实时数据的动态调整和寻优的过程中，并具有较高的可靠性、应变性和安全性➢

它可以支撑实现路网承载能力和交通出行需求之间的平衡➢

实现对整体路网各层级交通流的调度或控制➢

最大限度发挥路网使用功能和运输系统的服务功能新一代交通控制网的特点⚫

信息化和功能专业化的基础设施➢

土木工程基础设施+无线通信和传感系统-形成新一代道路信息基础设施环境；➢

在道路设施的交通承载功能和形式上进行创新；⚫

智能化与电动化的运载工具➢

具备互联功能的智能汽车；➢

电动汽车；➢

自主驾驶汽车；⚫

开放、共享、协同的管理与服务系统➢

支持各种交通服务的人性化和定制化，应变能力和可靠性高；➢

支持具备车载控制功能的车辆实现控制环境下的自主运行；➢

支持具备信息诱导的人驾驶车辆高效运行；➢

支持兼具轨道交通组织化程度高和道路交通灵活性高的双模式公交系统；➢

支持智能车辆在队列控制和自由行驶功能间自如切换；➢

支持以及分时租赁和共享汽车的商业化运行。新一代交通控制网的愿景⚫

在既有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02公路交通发展面临形势公路交通安全运行态势依然严峻⚫

高速公路事故及事故严重程度等问题依然突出⚫

区域性拥堵、恶劣气象等阻断事件频发⚫

突发事件影响时空范围成网络化扩散态势2010京藏高速公路大堵车公路交通阻断事件统计高速公路及历年伤亡人数统计河南义昌大桥危化品爆炸事故陕西福银高速隧道等多起隧道事故国庆高速免费通行公路运行面临的压力和挑战剧增外部压力急需构建自身挑战经济社会发展对公路的需求爆发式增长对公路整体运行效率和潜力的发挥提出了更高的要求网络化智能化的运行管理与服务体系公众安全、便捷机动化出行服务体验出行距离增长，跨省大范围服务体验差全球变暖，极端恶劣气象频发路网应急协调管理能力较弱自动驾驶技术：掀起一场交通运输的革命自动驾驶/无人驾驶车的上路势必改变人们出行和运输的方式，重塑交通体系，交通规则和法则。《欧洲自动驾驶智能系统技术路线报告》：2020年，可实现排污降20%、交通伤亡率降50%；2050年，排污降50%、交通伤亡率近零电动化智能化网联化《美国ITS战略计划2015-2019》：实现汽车网联化、加速汽车智能化，&5大战略：车辆和道路更安全、增强交通移动性、降低环境影响、促进改革创新、支持交通EnergyandEnvironmentTrafficefficiencySafety+V2V+基础设施升级助力智能驾驶应用基于车路协同的自动驾驶方案智慧的路+聪明的车融合发展03国外智慧公路发展现状智慧公路逐渐成为国际性热点日本：构建了面向安全、管理和服务的智慧公路体系，进入Smartway时代。智能公路开发试验沿路信息基础设施＋综合车载终端实现新服务智慧公路逐渐成为国际性热点欧洲：开展了Easy

way项目和合作式智能交通走廊应用示范。Easy

way项目合作式智能交通走廊智慧公路逐渐成为国际性热点欧洲“第五代公路”⚫

自适应道路（The

adaptable

road）⚫

自动化道路（The

automated

road）⚫

气候变化韧性道路（The

climate

change

resilientroad）国外智慧公路发展-德国智慧公路测试平台全长140公里，在纽伦堡和慕尼黑之间的高速公路上。目前，在ITS走廊各合作伙伴间正在进行实际交通条件下的测试，而数据通信的主要技术解决方案就是标准化。而非技术方面，如组织结构、安全措施等正在起草中。测试目标：（1）为工业和科学研究提供真实的道路条件实验室，实现驾驶创新；（2）推动科学研究；（3）提升公众的接受度；（4）发展智慧化的未来交通基础设施。国外智慧公路发展-德国测试基础条件：1）满足高通信要求的4G网络全覆盖；2）1

Gbit/s的高速LAN连接；3）V2V

and

the

V2I通信；4）可以危险预警和天气提示，并调节交通流量的动态交通管理系统；5）标准化的机动车数据市场（Mobility

Data

Marketplace

，MDM）；6）高精度地图；7）车路协同及自动驾驶测试（Conneted

and

Automated

driving）8)路侧设施，可获取车辆的准确位置。智慧公路逐渐成为国际性热点美国：开展面向运营管理的智慧通道建设与面向车路合作的互联车辆计划。04智慧公路发展总体思路智慧公路顶层设计的思考⚫

概念➢

不仅仅局限于信息系统⚫

总体框架➢

整体性、有效性、可持续➢

新建或扩建时，旧系统不废弃；新建部分与原有部分融合工作➢

部分系统的先行建设与整体的协调；先行建设系统可独立工作➢

部分与整体协调和一致⚫

技术体系➢

在新技术环境下重新设计技术体系➢

服务功能的稳定和技术的包容⚫

实现路径➢

示范引领、标准支撑、全国实施未来智慧公路运行、管理与服务的概念由人、车、路、环控制境多子系统构成的、设施自动驾驶和自主驾驶标志标线多层级、多方式、边界开放的系统，在不同的时代、依靠不断进步的技术、采用不同的控制策略、针对各种经典控制系统&经典控制论服务控制信号灯服务对象提供水平越车辆自身安全控制来越高的服务。智慧公路总体框架智能道路基础设施◼

新建的与既有交通控制系统或高速公路监控系统互操作的控制平台，或既有系统升级改造智能化基础设施◼

基础设施无线传感网◼

建设新型专用道路基础设施，满足新一代智能道路控制和智能车辆按照控制策略运行对交通系统实施本地、通道以及网络级控制，对不同运输方式实施协调控制◼◼

在既有基础设施上进行车道分割或改为智能化运载工具和行人提供安全高效的环境条件。◼交通运行控制平台造而形成的专用车道、专用停车场、专门的封闭区域◼

新建的专用车道、专用停车场、交通枢纽等。交通运行云平台车辆行驶控制子系统车辆控制与服务系统◼

大容量基础通信系统◼

交通数据获取设施◼

专用无线通信设施◼

高精度定位系统◼

高精度地理信息系统（地图）◼

具备通信和智能化功能的车辆（车辆制造商）◼

路侧信息装置、控制装置◼

车辆与路侧装置可互操作，具备一定程度的自动操控功能智能和信息化设施智能和信息化设施◼

新一代虚拟现实和现实增强交通信息服务系统逐渐升级和完善原有的机电系统设计理念⚫

从上世纪90年代发展起来的交通工程机电系统体系已经不适应当前的技术与需求➢

检测器（稀疏布设）

→→

传感器及传感器网（全覆盖）➢

铜缆通信

→→

光纤通信

→→

宽带无线通信（无处不在）➢

可变信息板

→→

车载终端、智能手机（人手一部、多部）➢

技术装备发生革命性变化（上世纪80年代不可想象）➢

计算机、卫星、互联网、手机、无线互联网➢

智能化运载工具➢

交易和交流方式发生变化➢

网购、网上会议、网上办公➢

电子商务、物流➢

与自动驾驶、车路协同相适应从路侧智能基站建设切入，建立智慧公路体系⚫

路侧智能基站是路侧智能数据与通信平台➢

可以每1~5km（边远地区10km）布设➢

具备数据采集、通信、供电组合功能➢

高速公路具有排他性的设施➢

围绕路侧智能基站创新高速公路智能信息网➢

实现高速公路数据传感网应用服务器数据中心管理端➢

多种数据采集方式（目前可部署3种以上）➢

创立为公路运行和管理采集数据的新模式➢

车与路、路与通信网的数据枢纽云中心交通运输部云中心光纤网络⚫

高速无线数据交互⚫

衔接4G/5G，以及高速局域网➢

本地小型数据中心本地小型数据中心本地小型数据中心一类站二类站三类站+/++WiFi设备WiFi设备+DSRC/微波WiFi设备+DSRC+微波⚫

智能基站为核心的技术架构体系➢

数据采集、预处理、打包、…➢

数据链系统：基站作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、…4G/5G天线中心云中心POE交换机……WIFI天线视频设备微波设备通信环机房POE交换机POE交换机DSRC设备下端电源下端电源电源……AP上端电源供电线路本地小型数据中心北斗CORS站配电室以高精度地图和定位为扩展应用平台⚫

与国家地理信息局联手打造高速公路高精度地图➢

搭载和创新公路运行、管理和养护各种应用➢

公路设施管理➢

公路养护➢

高速公路紧急事件探测与响应➢

高速公路应急救援➢

分车道运行状态评估➢

分车道交通诱导与管理基于AI的路网管理运行平台PaaS物联网视频网关智能云控平台CCTVIOT网关更智慧的辅助决策基于用户身份的全域管理基于用户位置的伴随式服务传感器数据治理与挖掘

态势感知安全管控政务网IaaS人工智能、大数据分析感知管理采集交换调查监测政务管理CaaSCaaS移动互联网云计算云端移动应用经验决策数据决策互联网数据联网收费系统➢

开放式收费制式：车辆行驶一段路就缴纳一段路的通行费，不再存在庞大的费率表和拆分业务。➢

无站自由流收费：车辆自由行驶状态下，每经过一个收费点，收费系统自动计费，并从用户自行设定的支付账户中扣取通行费。➢

通行费票据：全部开具电子发票，用户可通过多种渠道获取电子发票。➢

完备的稽查和信用体系。➢

拓展应用：不仅用于收费业务，还作为全面提升路网运行管理和服务能力、建设“数字化智能公路”的重要载体。构建适应自动驾驶的智慧公路的发展体系12被动处置光纤/有线定期巡检与养护3智慧公路发展高级个体感知主动管控移动通讯网在线监测与智能养护车道级精确服务大数据先兆控制车路交互专网4精准感知、泛在全程受控自适应基础设施智能化基础设施互联合作自动智能交通完全自动化高度自动化SAE自动驾驶技术发展有条件自动化部分自动化驾驶辅助

自适应巡航无自动信息显示及预警05智慧公路相关工作部署智慧公路工作部署示范工程标准研究制定智慧公路试点工程⚫

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➢

2017年7月正式启动➢

2017年底，开展督导工作➢

2018年2月，确定试点主题⚫

2017年2月，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”，选定8个省市作为承担单位，2018年2月增加为9个省。⚫

交通运输部公路科学研究院（智能交通研究中心）作为技术支持单位吉林北京河北河南江苏浙江江西福建广东智慧公路试点工程★吉林珲乌高速北京★延崇高速公路京雄高速公路河北河南★江苏新一代国家交通控制网实体原型系统和应用示范基地★机西高速★浙江杭绍甬高速公路、杭州绕城高速江西昌九高速★福建★福建高速公路数据中心★广东广乐高速公路、虎门二桥高速公路试点主题与布局•

基础设施数字化

北京、河北、河南、浙江关键基础支撑前瞻性技术落地应用战略性技术推广应用面向管理方服务•

路运一体化北京、河北、广东•

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

福建、河南、浙江、江西•

“互联网+”路网综合服务

吉林、广东面向公众服务•

新一代国家交通控制网江苏、浙江城市交通、测试区域试点主题基础设施数字化•

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集、管理与应用，构建公路设施资产动态管理系统；•

选取桥梁、隧道、边坡等，建设基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。北斗高精度定位综合应用•

建设北斗高精度基础设施，实现北斗信号在示范路段（含隧道）的全覆盖，在灾害频发路段实施长期、可靠的监测与预警服务；•

探索开展基于北斗高精度定位的高速公路通行费收费应用研究，强化技术储备；“互联网+”路网综合服务•

利用“互联网+”技术，探索基于车辆特征识别的不停车移动支付技术。•

开展基于移动互联网的服务区停车位和充电设施引导、预约以及费用支付等增值服务。•

探索开展高速公路动态充电示范，实现新能源汽车动/静态充电。开展低温条件下精准气象感知及预测，以及车路协同安全辅助服务等。试点主题基础设施数字化•

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集、管理与应用，构建公路设施资产动态管理系统；•

选取桥梁、隧道、边坡等，建设基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。北斗高精度定位综合应用•

建设北斗高精度基础设施，实现北斗信号在示范路段（含隧道）的全覆盖，在灾害频发路段实施长期、可靠的监测与预警服务；•

探索开展基于北斗高精度定位的高速公路通行费收费应用研究，强化技术储备；“互联网+”路网综合服务•

利用“互联网+”技术，探索基于车辆特征识别的不停车移动支付技术。•

开展基于移动互联网的服务区停车位和充电设施引导、预约以及费用支付等增值服务。•

探索开展高速公路动态充电示范，实现新能源汽车动/静态充电。开展低温条件下精准气象感知及预测，以及车路协同安全辅助服务等。试点工程实施进度北京

河北

吉林

江苏

浙江

福建

江西

河南

广东立项申请工可批复资金补助智慧公路试点特色◼北京、河北依托京礼、京雄高速探索自动驾驶和车路协同服务。智慧公路试点特色◼江西省积极探索北斗高精度技术在自由流收费方面创新应用，建设了8条验证车道，实现车辆高速通过试验车道并完成无感支付，目前正结合取消省界高速公路收费站工作，优化北斗+ETC应用方案。智慧公路试点特色◼浙江省依托杭州绕城西复线、杭绍甬高速开展试点，实现基础设施的数字化管理，开展车路协同和自动驾驶试点。智慧公路试点特色◼

江苏省围绕打造新一代国家交通控制网原型系统，已初步建成半开放测试区和智能商用车检基地，并获得国家市场监督总局“国家智能商用车质量监督检验中心”等相关资质。车辆无人巴士联合研发单位实施计划清华大学已启动联合研发，年底交付工程名称：工程位置：开工日期：竣工日期：设计单位：建设单位：新一代国家交通控制网无人驾驶示范区（半开放场景测试场）常州市天宁经济开发区苏南智城2018年3月25日2018年12月24日平台数字化设备网络管理和控制平台智能驾驶研究院中设设计集团股份有限公司、国家ITS中心智能驾驶及智能交通产业研究院联合研发单位实施计划中云智网数据产业（常州）有限公司已启动联合研发，年底交付智慧公路试点特色◼吉林省围绕北方季冻、冰雪气候条件，开展了特殊气象条件下的基础设施运行监测、养护和应急指挥调度等应用。精准气象预测及预防性养护季冻区能源互联网⚫

新能源分布式并网⚫

充电桩性能试验⚫

分布式智慧供电⚫

能耗监测及预防性养护⚫

综合展示⚫

应急养护⚫

信息发布伴随服务应急联动⚫

隧道应急广播⚫

无人机巡查⚫

精准气象预警⚫

手持车载终端⚫

基于位置服务⚫

定制化服务智慧公路试点特色◼◼河南省以构建物流通道交通运行要素快速、准确数字化感知体系为主题。普通国道的智慧公路体系。轴载荷监测设施桥梁健康监测设施无人机改装视频、气象监测车辆移动智能终端摄像机自建互动互动采集共享微波车检器共享机场数据固定移动共享省中心数据共享互联网数据激光交调站车路协同设备共享气象单位数据手机信令数据智慧公路试点特色◼福建省通过大数据挖掘分析，盘活多年积累的路网运行监测数据资源，提升路网管理精细化、服务精准化水平。智慧公路试点特色广东省积极探索路运一体化管理与服务，依托特大桥梁开展主动式车路协同安全预警。智慧公路工作部署示范工程标准研究制定指导公路工程标准体系建设、标准管理及标准编制的统领性要求总体智慧公路标准发展公路工程行业标准制修订管理导则公路工程标准编写导则公路工程标准体系体现各环节所涉及专业标准的共性要求，在强调各环节业务应遵循的界面接口和基本要求外，突出对绿色公路、智慧公路的技术导向。体系修订后主要框架通用基础安全绿色智慧公路工程标准体系框图XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准…………实施公路新建和改扩建工程所遵循的技术和管理要求。公路建设公路工程标准的体系结构分为三层：项目管理试验检测勘测设计施工监理造价旨在解决执法队伍建设、业务流程管理的规范化和统一化问题，以提升公路执法整体水平，规范公路执法行为，保障公路基础环境，提升公路通行能力、安全水平和服务水平。XXXX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准标准…………………公路工程标准公路管理◆

第一层为板块，按照公路建设、管理、养护、运营协调发展要求所做的标准分类。◆

第二层为模块，归纳现有、应有和计划制修订的标准规范的具体类别。路域环境站所装备信息化执法造价XXXX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准标准………………准公路养护在02版体系基础上，将养护相关的内容独立划分成单独板块。是公路既有基础设施维护所遵循的技术和管理要求。检测与评价养护决策养护工程综合造价XXXX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准标准……………旨在提升公路基础设施的信息化和智能化水平，推动“智慧公路”建设，最大程度发挥路网运行效率，更好的公路运营运行监测出行服务联网收费应急处置车路协同造价满足公路出行者的服务需求。◆

第三层为标准。XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准XX标准………………智慧公路标准发展智慧公路标准研究及编制“运行监测”模块，主要用于为其他服务、决策管理以及运营服务提供基础支持，“出行服务”和“车路协同”模块，则分别从导航信息提供及安全预警信息和辅助驾驶等程度和信息时效性等方面对服务予以规定；另外，对路网决策与管理以及联网收费运营服务等内容进行规定，同时，为有力指导运营阶段设施设备的维修保养及应急抢险工作，列造价模块，对运营阶段发生的相关费用、计量等方面予以规定。公路运营板块运行监测及平智慧模块运行监测模块造价模块台功能信息化总体框架人员出行服务模块应急处置模块联网收费基础数据数据质量传输网络网络安全信用信息设备信息发布及导航服务决策与管理运营服务业务经费车路协同模块安全辅助驾驶及车路系统智慧公路标准发展基础设施标准完善1、《公路信息化技