高速智慧公路总体建设方案

延崇高速智慧公路总体建设方案1项目概述交通运输部总体要求交通运输部规划司“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，确定试点主题北京市被列为试点省份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”，北京市被列为示范省份之一。吉林北京河北河南浙江江西福建广东江苏试点主题与布局北京市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。路运一体化车路协同基于高速公路路侧系统智能化升级和营运车辆路运一体化系统；利用5G或者拓展应用5.8GHz专用短程通信技术，提供极低延时宽带无线通信；探索路侧智能基站系统应用；选取有代表性的高速公路，以及北京冬奥会、雄安新区项目，开展车路信息交互、风险监测及预警、交通流监测分析等。北京市交委积极推进选定延崇高速公路（北京段）作为试点依托工程。延崇高速概况延崇高速是2019年世园会、2022年冬奥会主通道。天津北京河北太子城海坨山中心城G7京新高速崇礼张家口张石高速宣大高速张承高速张石高速G111G112延庆太子城G6京藏高速张涿高速G6京藏高速G112G109海坨山G110兴延高速公路42Km延崇高速北京段33.2Km延崇高速河北段76.5Km延崇高速概况起点终点蔡家河服务区项目位于延庆区，双向四车道，起点兴延高速，终点京冀界，全长33.2km。设桥梁10座，隧道6座，桥隧比约92%；设互通式立交5座，管理养护区1处，服务区1处、隧道所1处，主线收费站在河北段统一设置。延崇高速概况路基宽度为28.5米和26米，设计速度80公里/小时。部分路段设置辅路。2需求分析需求分析延崇高速公路功能定位若不采用管理措施（不限过境货车）。延崇高速是近期2019年世园会、2022年冬奥会的重要交通通道，远期主要以服务进出京客货运为主，是一条以客运交通为主、客货混行的高速公路，客车出行占67%，货车比例为33%。若采用管理措施（限制过境货车）。延崇高速近期依旧是2019年世园会、2022年冬奥会的重要交通通道，远期将主要服务京西北地区旅游交通及延庆县与中心城的日常交通。客车出行占80%，货车比例为20%。智慧服务区营运车辆全程监测车路协同安全辅助与出行服务自动驾驶景区接驳需求分析延崇高速公路特点桥梁、隧道多，桥隧比超过90%。山区，气候环境变化多端，易受雨雾和冰雪影响。急弯、长下坡。无线通信、卫星定位条件差。高速公路行车安全面临严峻挑战基础设施数字化监管车路协同安全驾驶辅助行车安全诱导系统环境与水资源监测预警需求分析交通运行特点奥运赛事期间，私家车只能开到交通枢纽（服务区）。交通枢纽到赛区只能乘坐统一安排的观赛车辆。赛区内无法长时间停车，乘客下车后车辆需返回交通枢纽。起点蔡家河服务区冬奥会赛区高速公路路段高速公路路段蔡家河服务区至赛区之间，以内部观赛接驳车辆为主，组织性强，为自动驾驶和车路协同应用提供了良好的示范应用条件需求分析经济增长+用户体验+气候变化公路是国家的重要战略通道应急信息获取不及时，救援保障能力问题突出运行状态感知手段单一，对于路侧设施的依赖性强管理者与出行者互动手段缺乏，车与路的协同服务体验不足“平台思维、用户思维、数据思维”等“互联网+”思维缺乏统计方法落后，管理者对路网总体情况、道路运输等准确信息了解不够面对自动驾驶、车队行驶等载运工具现代化，如何做好有效对接从上世纪90年代发展起来的高速公路收费、通信、监控系统与当今时代的服务和需求不适应高速公路运行与管理普遍存在的问题用户需求高速公路普通用户高效、安全、人性化的出行服务需求。冬奥会科技冬奥展示平台，需要针对自动驾驶和车路协同提前规划，展现我国实力。交通运输部

智慧公路新技术的创新应用和尝试，指导全国智慧公路建设和发展。首发集团

高速公路运营保障、精准信息服务提供，管理模式创新。路段管理提高管理人员工作效率，提升管理人员的分析决策及服务能力，减轻劳动强度。系统功能需求全程精准交通运行数据感知

延崇高速公路所处地质环境复杂，具有隧道桥梁比例高，恶劣气象频发，交通事故易发等特点，为了保障延崇高速公路大型活动期间服务的高效性，确保高速公路道路基础设施健康安全，满足日常运行管理的信息化、智能化需求，需要建立全程精准的交通运行状态感知系统。行车安全与预警服务

建立高速公路行车安全与预警服务系统，一方面能够对恶劣气象、交通事故、施工安全等行车风险进行及时提示，起到安全辅助作用，提高交通安全性，切实提高出行者出行的安全性以及便捷性；另一方面，可降低阻断事件发生的概率和累计阻断时间，有效增加高速公路的通行服务时间。自动驾驶与车路协同创新应用延崇高速作为北京2022年冬奥会重要通道，也是科技奥运的重要展示平台，需要针对自动驾驶和车路协同提前规划，展现我国实力，同时为下一代高速公路智能化管理和服务系统提前示范和布局。另外，自动驾驶与车路协同技术的应用可有效降低服务人员的数量，减少交通出行的车辆数，大幅提升服务水平，满足生态引领、低碳集约、服务共享、智慧创新的需求。系统功能需求服务区智慧管理与服务

延崇高速公路蔡家河服务区，由于服务区至赛事区域区间道路不向私家车开放，需要兼顾服务区与换乘枢纽站的功能。同时，该服务区应具备娱乐服务、餐饮服务、赛事信息服务、旅游服务、停车诱导服务等众多服务型和增值性功能。基于大数据的路网综合管理建设基于云计算、大数据技术的智慧高速公路综合管理平台，实现交通运行状态的实时监测和运行态势评估、自动化事件检测与预警以及突发事件下的应急指挥调度。满足交通管理机构数据共享交换需求，进一步加强网络安全和数据安全，应用网络安全密钥，为业务应用系统的部署提供高效、安全的支撑环境。便捷精准的信息服务

交通信息服务是智能高速公路系统的一个重要组成部分。通过网站、服务热线、交通广播、可变情报板、微信公众号等多渠道向公众提供面向出行个体的路况资讯服务，使得司乘人员可以多方式了解查询该高速公路路段的相应信息，满足交通出行者对精细化信息服务的需求，提高出行效率。系统性能需求系统响应时间

综合查询和分析要求系统3～5s内输出结果并展示给用户，复杂查询搜索的结果需在8s内获得；应急处置要求系统0.5～1s内输出结果并展示给用户。网络传输性能有线网络应24小时联通，数据传输时延小于100ms。系统可扩展性

在系统设计和建设上要充分考虑今后一段时期内的拓展需要，考虑与管理总中心、路段管理中心的数据交换共享需求，为系统升级奠定技术积累。系统安全保密性根据《信息安全技术信息系统安全等级保护级别要求》（GB/T22239）、《公路网运行监测与服务暂行技术要求》及行业内外类似建设情况，延崇智慧高速公路安全等级的确定需要综合考虑信息系统对国家安全、社会秩序和公共利益三个方面的影响。系统并发处理能力监管系统需要具备支持200以上用户的并发；信息服务系统需要具备同时支持10000以上用户的并发；交通应急指挥系统最大并发量为50。系统存储要求平台业务数据不少于3年，备份存期不少于5年；考虑信息系统生命周期通常为5年，确定本次工程业务数据存储5年，备份存期5年；对需要存储的视频数据，本次工程存储30天，备份存期1年。质量特性需求易维护性、可移植性、易用性3项目总体方案总体思路总体目标以兼顾奥运和日常管理与服务需求为原则，运用互联网+、人工智能等先进适用技术，构建冬奥通道智慧高速系统工程，实现高速公路精细化管理和差异化的信息服务，让出行者、驾驶员和管理者都能感受到智慧高速带来的方便，将延崇高速公路打造为一条“安全、高效、绿色”的奥运通道，建成智慧高速的示范和样板。全要素的基础设施数字化自动驾驶与车路协的创新示范绿色智慧服务区示范业务目标总体架构4个1总体布局1系统：一套全面的感知系统1平台：一个高精度、数字化的支撑平台1突破：实现基于车路协同的自动驾驶实地应用1服务：实现周到、个性化、安全的智慧服务总体架构工程边界与高速公路通信、收费、监控三大系统的边界高速公路通信、收费系统以及监控系统中的监控中心作为本工程的基础支撑，监控系统中的外场感知部分纳入到本工程建设内容，在此基础上，开展智慧高速公路建设。与其他相关职能部门业务系统的衔接本工程预留与救护、公安交管局等其他相关职能部门的业务对接接口，延崇高速公路是北京2022年冬奥会通道，本工程所建系统也要支撑冬奥会的交通运输保障工作。4分项建设方案（一）基础设施数字化交通网、信息网、能源网“三网合一”，支撑车路协同式自动驾驶、营运车辆编队、新能源汽车、精准路网管理与服务等。交通运行状态交通环境状态交通基础设施状态道路资产动态管理基础设施数字化智慧管控平台1.交通运行状态数字化——视频监控子系统布设原则主线路段：在全线约按1公里间隔设置1套高清固定摄像机+1套高清遥控摄像机。隧道路段：在所有隧道洞口及隧道内都设置了高清摄像机，其中隧道内摄像机间隔为150米。

实时、直观的反应道路情况，突发事件发生时可提供疏导、救援的图像数据支撑。全线除隧道外的路段共设置高清遥控摄像机39套，高清固定摄像机15套；桥梁安防遥控摄像机58套；隧道内高清固定摄像机247套、高清球型遥控摄像机42套布设点位全程监控1.交通运行状态数字化——视频监控子系统在隧道的出、入口应布设高清摄像机在隧道的回转车道处布设高清摄像机在横洞处设置高清网络球型摄像机实现对车辆的精准定位，可以通过该系统检测隧道内所有车辆信息，实现对交通违法、肇事逃逸等嫌疑车辆及人员的监控与处置，是重要的非现场执法和监视系统。布设原则布设点位在玉渡山隧道入口前、上阪泉隧道入口前、温泉隧道出入口后以及松山隧道入口前各设置一套全幅断面车辆信息检测系统，共计5个全幅断面。该系统设置1套门架设备，其中每个半幅车道设置2套500万像素高清摄像机并进行车牌识别车辆精准监控系统1.交通运行状态数字化——交通流感知子系统微波交通流检测器布设原则在主线路段分方向，约按1公里左右间隔设置设置1套微波车辆检测器在妫水河隧道出入口各布设1套微波检测器本工程共需要设置70套微波车辆检测器布设方案如与摄像机同址则可共用设备立柱，不再重复设备期立柱、基础等DSRC采集设备布设原则示范路段的起点、终点，双向分别布设DSRC设备；高速公路互通转弯比例较大的上游或下游位置布设；当数据更新周期为5分钟时，DSRC设备平均间隔不超过5公里。基于DSRC的交通信息采集设备采用多车道自由流方式与ETC车载终端进行通信，获得OBU的MACID和通过时间并上传至数据中心，经过数据匹配、处理后生成反映实时路况的交通信息。系统功能在桩号K0~K33+582的示范路段上共布设12套DSRC设备。布设方案全线所有主线固定摄像机图像以及枢纽互通固定摄像机图像进行交通事件自动检测1.交通运行状态数字化——交通事件检测子系统布设方案用于事件检测的固定摄像机共布设263套，其中隧道路段布设247套，除隧道外的道路布设16套。系统功能通过对摄像机采集的视频图像，根据图像处理算法产生事件告警该系统也能提供检测范围内的交通参数如车流量、平均车速、车间距、车道占有率等。2.交通环境感知——气象感知子系统无线网络无线网络无线网络无线网络手机终端车载终端系统功能实现对能见度、风向、风速、雨雪量、空气质量、湿度、路面温度、路面结冰、落雪情况的观测和采集。交通环境数据将实时上传到管理中心，并在到达相应阀值时报警，运营管理人员可以根据气象数据采取相应的应对措施。系统布设（3套）2.交通环境感知——水资源环境感知子系统系统功能水雨情监测：主要监测库区雨量和库水位、流量视频图片监测：采用高清串口摄像机，采用图片抓拍的模式，采集沿途河流关键部位的图片信息水质监测：对水温、PH、混浊度、溶解氧、化学需氧量、硝态氮、电导率等主控因子进行实时监测系统布设在每座桥梁上、下游500米处各布设一个采样断面在妫水河隧道上、下游500米处各布设一个采样断面3.交通基础设施健康监测一、监测对象：两桥：温泉特大桥、跨大秦铁路桥三隧道：松山、玉渡山、妫水河三边坡：回音崖、15#墩侧、回填（路面）二、特点：三维展示：BIM、可测三维实景实时展示：PC端、APP端、Web端精准定位：北斗卫星定位实时预警：边坡、桥梁、隧道系统总体架构3.交通基础设施健康监测——桥梁群智能监测系统功能为数据采集与传输、养护管理、中心数据库、结构状态评估、养护决策与安全预警、用户界面等。布设桥梁温泉特大桥：四联大跨径预应力混凝土连续刚构桥，分别为第二联、第四联、第五联和第六联跨大秦铁路桥：对延崇高速公路上跨大秦铁路（52+140+49）m钢混组合连续梁桥左右两幅桥同时进行监测3.交通基础设施健康监测——隧道健康监测系统功能通过健康监测与人工检查相结合的方式，获取隧道结构状态信息，分析、评估隧道结构的运营状态及安全状况，提出结构维修决策，进行安全预警，有效指导养护管理部门的运营决策系统布设玉渡山、松山隧道长期监测妫水河隧道监测3.交通基础设施健康监测——北斗高精度边坡健康监测系统功能通过健康监测与人工检查相结合的方式，获取边坡的运营状态信息，分析、评估边坡的运营状态及安全状况，提出结构维修决策，进行安全预警，有效指导边坡养护管理部门的养护管理工作。4.高速公路设施资产动态管理基于BIM+GIS的公路设施资产动态管理框架系统功能公路资产管理数据动态更新功能系统数据安全可靠BIM+GIS+实景可视化引擎5.基础设施数字化智慧管控平台系统功能服役状态大数据评估安全预警长期性能预测灾害预警资产自动识别统一数据指标体系及标准多源数据采集及融合分布式存储常见数据挖掘算法5.基础设施数字化智慧管控平台（二）自动驾驶与车路协同示范应用（1）车路协同系统示范采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，实施车车、车路和人车动态实时信息交互在全时空动态交通信息采集与融合的基础上，开展车辆协同安全和道路主动控制车端-路端-云端技术对比分析（1）车路协同系统示范实现功能合流区预警施工区预警弯道/坡道提醒交通信息提示危险路段预警交通事件预警路侧碰撞风险提示路面状态提示不良视距预警动态限速提示车内标牌提示高精度地图提供车辆精准定位布设示意图安全类效率类服务类车路协同示范路段全长17公里，平均每500米布设一套路侧设备，考虑未来支撑自动驾驶需求，每隔200米预留一处通信光纤接口通信光纤预留车路协同专用光纤，每隔200米预留一处接口，为自动驾驶和车路协同创新提供支撑。车路协同前期验证车路协同前期验证车路协同前期验证车路协同验证（2）营运车辆编队运行示范营运车辆编队运行典型场景智能驾驶车辆进入收费站编队行驶路况动态响应车队的组合与拆分应急救援模拟智能驾驶车辆出收费站车辆编队运行示意图（2）营运车辆编队运行示范智能车辆个体的分布式控制器结构具体技术需求动态高精度定位高精度导航地图实时环境感知能力实时可靠的通信能力高性能的控制系统车辆编队控制系统功能编队自动巡航组队与拆分紧急安全控制人机操作切换模块服务区项目总占地面积146749平方米（三）智慧服务区提供全方位、人性化的智能管理和服务。摆渡车区、公园停车区综合服务区奥运专项停车区（房车营地）综合服务区奥运专项停车区（房车营地）摆渡车区、公园停车区智慧服务区布局（1）车流人流大数据可视化分析系统统计展示不同时间、区域、方向的车流人流准确统计展现数据分析通过车流数据分析支持停车场经营决策；通过人流数据分析支持便利店等经营决策；上报决策生成多种流量数据分析图表并打印上报监测预警从人流和车流角度进行自动监测预警。当客流量到达设计阈值80%……（2）服务区智能化服务系统服务区智能终端综合信息查询公路概况实时路况交通天气情况高速公路服务区主要服务内容奥运赛事信息……

WIFI无线局域网接入认证系统上网行为管理系统后台网管广告推送系统无人化的送餐服务。（2）服务区智能化服务系统智能基础设施及生活便利服务。（2）服务区智能化服务系统胶囊旅馆及奥运体验。（2）服务区智能化服务系统（3）换乘枢纽服务系统服务区智能停车诱导系统服务区车位提前预警，从而便于车辆司机安排合理计划。实现服务区车位空闲状态的检测，并对车型进行简单分析。检测包括流量以及进入服务区的时间等信息，便于和出口单元进行数据处理分析服务区当前服务能力。车位空闲状态识别、显示车辆停放状态、产生车辆引导信号、拥挤度（3）换乘枢纽服务系统停车换乘服务系统搭建停车预约服务网站以及相关预约通信服务的手段实现；为驾车者提供多种预约方式。支持多种方式的查询，点屏幕上的车位的图标，可以查到该车辆的车牌信息，进入停车场时间，车牌识别系统拍的照片和RFID卡的信息。手机APP、服务区触摸屏等支持接驳小巴票务预订。（4）充电停车位及其配套设施子系统充电停车位将建设在蔡家河服务区停车场站内，为途经服务区的电动汽车提供快速补电服务。蔡家河服务区沿道路两侧分为东、西两个场区，东侧服务区50处；西侧服务区50处。（4）充电停车位及其配套设施子系统充电预约及服务。（5）太阳能并网发电技术再生能源，具有储量大、永久性、清洁无污染、就地可取光储系统并入电网作为大电网的补充能源（四）基于大数据的路网管理和服务（1）交通运行状态监测与态势评估子系统实现对路段、通道运行状态进行推演预测，并对相关管控预案进行快速的推演、分析和研判。（2）高速公路行车安全诱导与预警子系统行车安全诱导系统由前端诱导单元、传感器和后端管理平台组成。系统具有极端天气安全行车主动诱导功能、自适应环境可控功能、全程同步闪烁功能、同步闪烁频率可变功能、动态红灯尾迹防追尾预警功能等。行车安全诱导与预警子系统与交通事件检测子系统和气象感知子系统系统共用前端信息采集设备，行车道两侧间距24至28米左右双向设置智能雾灯。（3）基于人工智能的应急指挥调度子系统应急值守接报基于电话、视频监控等接报警，报送紧急事件信息；基于紧急事件自动检测系统，识别事件信息；APP爆料、巡查终端接报方式，实现事件的信息、图像的描述等。智能指挥调度基于高精度定位终端，实现路政巡查人、车的准确定位和统一调度；基于智能基站，实现事故现场视频图像的高速回传。应急预案自动筛选根据事件发生地点、性质、规模、级别等属性信息综合分析，基于人工智能技术筛选合适的预案应急资源自动管理事件信息管理与评估（4）交通信息协同发布在互通立交出口前、收费站前、隧道入口前、隧道洞内以及服务区场区内设置可变信息标志。用于发布前方路段或相关路网交通信息，可兼作主线控制设备。全线共建设20套可变情报板，其中在互通出口前设置门架式可变情报板10套，收费站和服务区设置F型可变情报板7套，T型可变情报板2套，妫水河隧道内设置1套。VMS系统（4）交通信息协同发布交通广播全线覆盖差异化广播服务紧急广播服务数据推送功能隧道广播应急广播FM广播+有线广播移动语音服务交通广播+隧道广播（4）高速公路交通信息协同发布子系统对出行信息的发布方式、发布内容、发布范围、发布时间、发布优先级以及发布流程进行管理和规范，为VMS可变情报板、交通广播系统以及政企合作的出行信息发布系统等提供统一的高速公路出行信息发布渠道。（5）基于北斗高精度定位的高速公路通行费收费技术应用示范基于北斗卫星定位和无线接入技术的不停车收费系统通过虚拟收费站替代当前规模宏大的收费站，打破联网电子不停车收费的地域限制（五）支撑系统（1）应用支撑平台-分布式的交通运行云平台建应用扁平化、分级授权与安全的交通运行云平台系统。基础设施建设、支撑平台建设、软件建设三维可视化管理子系统三维GIS基础功能三维视频展示交通运行状态展示预警态势展示态势推演展示物联网管理平台子系统实现公路沿线外场设备管理、监控中心机房设备运行状态监测、设备故障预警、设备维护记录生成、查询和统计，以及查询或统计结果的图形化展