运营高速公路智慧附属设施设计规程

运营高速公路智慧附属设施设计规程本文件规定了运营高速公路附属设施智慧化设计技术各个层次相关系统的功能要求、性能要求和安全要求。本标准适用于运营中高速公路的智慧化改造附属设施设计。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T18487.1—2023电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求GB/T18567—2010高速公路隧道监控系统模式GB/T20234.1—2023电动汽车传导充电用连接装置第1部分：通用要求GB/T23828—2009高速公路LED可变信息标志GB/T29103—2012道路交通信息服务通过可变情报板发布的交通信息GB/T29781电动汽车充电站通用要求GB/T34428.3—2017高速公路监控设施通信规程第3部分：LED可变信息标志GB/T37372—2019交通数据广播通信技术要求CH/T9015三维地理信息模型数据产品规范JTGD70/2公路隧道设计规范第二册交通工程与附属设施JTGD80高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范JTG5210—2018JT/T1458—2023YD/T3340—2018YD/T3400—2018YD/T3707—2020YD/T3709—2020公路技术状况评定标准营运车辆车路/车车通信（V2X）终端性能要求和检测方法基于LTE的车联网无线通信技术基于LTE的车联网无线通信技术基于LTE的车联网无线通信技术基于LTE的车联网无线通信技术空中接口技术要求总体技术要求网络层技术要求消息层技术要求T/CSAE295.2—2023智能网联汽车云控互联技术规范《高速公路监控系统技术要求》交通运输部公路科学研究院3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1直连通信directcommunication路侧通信设施与车载通信设施之间直接进行数据传输的无线通信方式。3.2车路协同vehicle-infrastructurecoordination采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，在全时空动态交通信息采集与融合的基础上，全方位实现车-车、车-路动态实时数据交互及车辆主动安全控制和道路协同管理，优化利用资源，提升交通安全，提高通行效率。3.32交通事件trafficevent道路上发生的，影响车辆通行及交通安全的异常交通状况及行为。注：主要包括停止事件、逆行事件、行人事件、抛洒物事件、拥堵事件、机动车驶离事件等典型事件3.4雷视融合感知RadarandVisionFusion一种结合了雷达和计算机视觉技术的智能交通解决方案，它通过数据收集、融合、分析和决策支持等步骤，实现对道路交通状况的全面、实时、精确监控。3.5数字孪生DigitalTwins充分利用物理模型、运行历史、交通算法模型等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程和全交通运行过程的技术手段。3.6高精度地图highprecisionmap包含公路路线、附属设施、安全设施、管理设施、服务设施等关键交通要素，绝对精度小于1.5m，每100m相对误差不超过0.2m，具备辅助完成高精度定位功能及道路级和车道级交通控制能力的电子地图。车路通信vehicle-to-roadcommunication车辆与道路附属设施通过无线通信网络进行信息交换。4缩略语下列缩略语适用于本文件。DSRC专用短程通信（DedicatedShortRangeCommunication）LTE-V2X以车辆为主体的车联网无线通信技术（LongTermEvolution-VehicletoEverything）5G-V2X基于5G设计的车用无线通信技术(5G-VehicletoEverything)IaaS基础架构即服务（Infrastructureasaserver）PaaS平台即服务（PlatformasaService）RSU路侧单元（Road-SideUnit）OBU车载单元（OnBoardUnit）V2X以智能网联汽车为主体的车路协同（VehicletoEverything）APP应用程序（Application）C-V2X基于蜂窝技术的车联网通信技术(CellularVehicletoEverything)RTK实时动态(Real-timekinematic)GIS地理信息科学(GeographicInformationScience)BIM建筑信息模型(BuildingInformationModeling)5总体思路5.1设计目标3为推动智慧交通技术发展，提升高速公路智慧化水平，规范、统一在运营高速公路进行附属设施智慧化设计工作，制定本文件。运营高速公路进行附属设施智慧化设计应以全要素体系支撑，全路段设备协同，多场景安全保障、综合化数智管理为目标。5.2设计原则运营高速公路进行附属设施智慧化设计应满足以下原则：紧密结合主体工程；充分利旧节流；技术适当超前，支持兼容迭代；坚持分步推进。5.3总体架构运营高速公路进行附属设施智慧化设计架构应包括基础保障层、全要素感知层、多要素融合计算层、多靶向数据交互层、数智化综合控制层、多渠道信息发布层，见图1。图1总体架构6基础保障层6.1一般规定4规定基础保障层包括以下三部分：通信设施、供电设施、安全设施。通信设施规定可选用的通信方式及通信要求，供电设施规定供电设施的设计及参数选择方法，安全设施规定智慧化设计中交通安全与信息安全保障方法。6.2通信设施6.2.1通信设施应包括通信传输网、直连通信设施和蜂窝移动通信设施等。6.2.2通信设施应优先采用公路光纤通信专网系统，在安全可控前提下，可考虑髙速公路通信专网与互联网、新一代无线网络、卫星通信网络的多网联通融合应用，实现高可靠、低时延、广覆盖、大带宽的高速公路通信网络系统。6.2.3应支持车路协同通信需求，车路协同通信方式包含光纤传输技术、DSRC技术、LTE-V2X技术、5G-V2X技术等，实现车辆与周围车辆、道路设施、网络之间的信息交互。6.3供电设施6.3.1高速公路智慧附属设施供电设计应遵循安全可靠、节能高效、经济合理、绿色安全的原则，为沿线附属设施提供稳定、持续、可靠、绿色的能源供给。6.3.2供电设施建设应充分考虑基础供电网络的分布情况和已有供电网络设备的冗余情况，应配备可靠电源系统，保障24小时不间断供电，并对供电情况进行实时监测。6.3.2设施供电方式包括低压直供、直流远供和绿色能源供电等，应根据项目的实际情况和接入条件合理灵活地选择一种或多种供电方式搭配使用。6.3.3供电设施的建设应综合考虑供电电压、功率因数、电能质量、功能效率等因素，搭建以本地电网10kV电源为主、绿色能源为辅的综合能源供给网。确定外部电源、自备应急电源的供配电方案，应符合现行JTGD80、JTGD70/2中的有关规定。6.3.4隧道用电应根据机电设施的重要性合理配置负荷。中、长、特长隧道供电应采用双重电源，一级负荷中的特别重要负荷供电应设置不间断电源等备用电力供应措施。6.3.5主体及沿线设施设计应考虑新能源供给与储电、换电、充电设施的同步规划和加油、加气、加氢及充电站的同步设计，并为后期安装形成预留。6.3.6供电设施应具备防雷击、防浪涌冲击等隔离防护能力，具备供电状态、设备状态、故障报警及远程管理等实时监测功能。6.3.7外场配电箱（智能机箱）宜配置动力环境监测管理、供电/网络监测管理、远程修复管理、卫星定位、智能门禁管理等功能。6.3.8公路工程设施支持自动驾驶时，公路沿线服务区（站）建设的车辆供电设施应遵循GB/T29781、GB/T18487.1、GBT20234.1中的技术要求。6.4安全设施6.4.1结合高速公路建、管、养分阶段建设特点，实施不同阶段的交通组织方案，既保证工程建设，又可以应对交通环境的变化采取不同的交通组织，提高交通组织的针对性和有效6.4.2高速公路的交通安全设施配置及使用年限应遵循JTGD80中的有关规定。6.4.2实现重点车辆数据的接入监管，高速管理单位与相关管理部门进行沟通协调，实现平台接口的对接，获取客运车辆、危化品营运车辆、重载货车以及执法车辆等实时定位数据，并同步做好网络安全的防护工作。6.4.3针对高速公路施工路段特点，布设安全信息诱导装置，复用路侧可变信息板等智慧化展示装置或通过中台系统对道路改扩建施工保通提供安全信息诱导、交通状况安全态势感知和应急指挥提供服务。6.4.4高速公路设施网络安全要求应包括物理环境、通信网络、区域边界、计算环境、安全管理等通用要求以及云计算安全扩展要求、移动互联安全扩展要求、物联网安全扩展要求、工业控制系统安全扩展要求。7公路全要素感知层57.1动态信息感知7.1.1规定了高速公路智慧化设计技术所用的路域动态信息感知方法，包括交通参与目标、交通流、交通事件等，本方法适用于所有运营高速公路附属设施智慧化设计中动态信息感知设计。7.1.2由路内埋设的水膜感知单元、动态称重单元、路侧搭建安装的高清摄像头、雷射融合感知设备、高清视频卡口、遥感式水膜传感器、雷视融合感知设备等组成，用于实现道路参与目标、施工工作等动态信息的实时采集。7.1.3交通流应能采集以断面和车道为单位的车流量、平均车速、时间占有率、车辆类型(大、中、小)等信息，精度不低于95%且数据输出周期在1s~60s范围内可调。融入雷达进行信息采集时的车辆类型识别应按照交通运输部交通量调查的车型进行分类识别,实现1级设备功能，车型识别准确率不低于90%。7.1.4交通事件应能采集车辆停止、逆行、连续变道、压线行驶、行人/非机动车非法闯入、洒落物等信息。多源融合感知交通事件检测率不低于96%，虚报率不高于2%，漏报率不高于2%，检测报警时间应不大于1s。7.2静态信息感知7.2.1规定了高速公路智慧化设计技术所用的路域静态信息感知方法，包括气象、路面情况、载重等，本方法适用于所有运营高速公路附属设施智慧化设计中静态数据感知设计。7.2.2由卡口抓拍单元、视频监控单元、雷达监控单元、数字孪生工作站、BIM建模单元等组成,用于实现公路线形、公路场景、公路机电设施等静态要素信息采集。7.2.3结合公路主体工程，在间隔合适的点位设置气象传感器、路面状态传感器及动态称重设备等，采集公路路域静态信息，并对其进行分析，得到不同类型信息采集准确率、布设位置相关影响及有效采集响应时间等参数。7.2.4路面信息采集息可通过人工巡检、视频和激光雷达、多功能路况快速检测设备、通信系统、云控平台等部分实现采集、分析、处理、预警和决策建议等功能。7.2.5路面信息采集内容包括道路状态(路表温度、路表变形、结构层温度、结构层变形等)交通参数(交通量、车速、车型、轴重等)及气候环境参数(温度、湿度、降水、凝冰等)等，监测设备宜布设在重载交通、大交通量或具有特殊要求的路段。7.2.6路面信息采集应符合JTG/TE61、JTG5210-2018的规定。7.2.7气象环境感知的主要指标项包含能见度、路面温度、路面状态(干燥、潮湿、积水、结冰、积雪)、风速、风向等。7.2.8特殊地形地物、大型桥梁结构物、恶劣气象条件频发路段等位置宜布设具有针对性传感器的气象监测设备，在易发生团雾的路段宜布设能见度监测设备，在冬季易发生积水结冰的路段宜布设路面温、湿度监测设备。7.2.9在路网相对密集地区应对区域路网沿线的气象监测设备进行统筹建设与综合利用。7.3设施状态感知7.3.1感知设施宜包括摄像机和雷达等感知设备、气象环境监测设备、基础设施状态监测设备、轴载检测设备等。7.3.2设施状态感知包括公路路基路面监测、桥梁结构健康监测、隧道结构安全监测、边坡结构安全监测等。7.3.3感知设施宜在事故易发路段、大流量路段、枢纽互通、收费站、服务区、隧道、桥梁、长大下坡等位置加密布设。7.3.4感知设施布设宜避免干扰和遮挡，并实现不同感知设施采集数据的融合。7.3.5感知设施宜具备联网通信、时钟同步、自诊断与报警等功能，并满足系统对感知类型、感知精度和数据传输的需求。7.3.6设施状态感知设备宜在全线外场配电箱、机箱及机房机柜等设置。68多要素融合计算层8.1路侧边缘计算8.1.1在测试场景下，完成边缘计算模块对路侧感知设备采集的路域交通动态信息、静态信息及车辆上传信息的相关计算，统计其计算精确度、计算延时及结果复现率，得出边缘计算信息要求参数数据库。8.1.2路侧边缘计算模块应提供算力，支持多源感知数据的实时处理与融合，能够提供更加精准的交通运行状态。8.1.3路侧边缘计算模块应可以为安全类、控制类等时效性强的场景提供一个集“感知-计算-控制功能的低时延、高可靠应用环境。8.1.4路侧边缘计算模块应能与相邻边缘计算设施及与云控平台形成联动，提供跨边缘计算设施的通信和协同管控应用功能，提供故障短时处理能力迁移功能。8.1.5路侧边缘计算模块应具备对边缘计算设施自身运行状态、管控算法应用状态与计算资源使用情况进行监测与故障上报功能。8.1.6路侧边缘计算模块应支持控制软件、管控算法、模型远程Over-The-Air升级迭代，应兼容主流的感知设施、管控设施和人工智能计算平台。8.2云平台综合计算8.2.1在测试场景下，完成云计算平台对路侧计算单元上传结构化数据的相关计算，统计其计算精确度、计算延时及结果复现率，得出云计算平台计算信息要求参数数据库。8.2.2云平台综合计算可以提供运行基础环境，包括IaaS层基础资源和PaaS层技术组件两类资源云服务能力。8.2.3云平台综合计算宜具有全方位安全管理、智能化全链路监控等能力，满足基础资源和应用的弹性扩展、软件的敏捷交付和自动化运维等需要。8.2.4云平台综合计算宜根据路网、路段业务需求合理规划和使用计算、存储、网络等基础资源。9多靶向数据交互层9.1车-路信息交互9.1.1车-路信息交互主要通过RSU、OBU、信息发布终端边缘计算设备，根据场景复杂性，选择高精度地图、高精度定位系统、以及车路协同云端管理平台，实现车辆身份认证以及信息加密，各组成设施功能符合下列要求：a)信息发布终端可采用抬头显示设备、手机、平板电脑、FM调频广播等，基于APP发布车路协同信息，宜与互联网导航软件合作发布信息；b)边缘计算设备应具备数据存储和计算能力，需能接入至少2种以上感知设备，算力应满足数据融合、数据更新和系统延迟等需求；c)车路协同云端管理平台应具备车路协同外场设备运行监测、信息采集分析、信息处理下发、日常运行维护、大数据挖掘等功能，可整合至数据中心一并建设；d）RSU应支持移动蜂窝通信网络，支持C-V2X通信协议，具备PC5接口，支持北斗定位，通信距离＞300m；e)OBU应支持移动蜂窝通信网络，支持C-V2X通信协议，具备PC5接口，支持北斗定位，支持RTK定位，可与信息发布终端有效连接，宜与汽车总线连接。9.1.2在特大桥、特长隧道及隧道群等重要构造物，特殊气象、行车交织区等重要点段区域宜设置路侧智能站，可配置低时延、高可靠、安全可信的车路协同专用短程通信模块。9.1.3应在高速公路出入口车道、ETC门架、服务区出入口、隧道出入口等特殊位置以及易发生重特大突发事件、恶劣气象条件频发等路段设置车牌识别检测设备，检测内容包括但不限于车辆身份信息、实时定位信息、运行状态信息、行驶轨迹信息等。79.1.4可在有车路协同应用需求的关键路段每间隔200m~300m部署一个RSU，在高压输配电线及雷达基站附近根据通信网络实际测试情况调整布设间距，支持公路双向车道的应用，RSU安装高度宜为5m~6m，可共用其它设备杆件。~9.1.5宜建设基于国产密码技术，低时延、高可信的网络安全基础支撑应用，满足车路协同应用网络安全与身份认证的要求。9.1.6车路通信应具备接收和发送无线信号的功能，至少应该支持广播数据发送。9.1.7路侧通信设施进行V2X业务传输时，至少应满足表1列举的无线传输指标要求。表1路侧通信设施基本通信性能要求9.2路-云信息交互9.2.1路-云信息交互应具应将公路系统内部数据、系统间数据、外部社会数据资源统一采集交换到平台，满足多种采集方式，能够满足不同网络环境、不同数据类型的数据采集。9.2.2路-云信息交互应将分布的、异构数据源中的数据抽取到临时中间层进行清洗、转换、集成，加载到数据仓库中作为大数据分析处理的基础。其中数据清洗至少具备填补缺失值、删除重复值、转化不一致值以及处理异常值等功能。9.2.3路-云信息交互应提供云计算、云存储、云网络设施三类基础支撑，宜基于分布式架构和微服务理念构建，通过云操作系统实现服务器计算资源、存储设备、网络设备等资源池化，支持虚拟资源统一接入、统一运维管理和统一调度。9.2.4路-云信息交互应建立数据标准规范和信息资源目录，实现高速公路地理信息数据、感知数据、监测数据、业务数据等不同类型数据的存储和访问。9.2.5路-云信息交互应对数据采集量、数据质量、共享数据量、数据使用率、执行效率等运营结果进行评定与度量。10数智化综合控制层10.1交通流控制10.1.1规定了数智化综合控制系统对公路交通流控制方法，包括对交通流车道级管控、路段匝道控制及相关交通引导等功能，本方法适用于所有运营高速公路附属设施智慧化设计中交通流控制功能设计。10.1.2在测试场景下，完成交通流监控、交通流预测、路段规划、车辆引导等实验，得出较为稳定的交通流现状与短时预测曲线，建立交通流判别数据库及交通管控方案，完成综合交通流预测管控模型。10.1.3交通流车道级管控：a)应通过沿线车道控制标志、移动终端、普通车辆车载终端、智能网联汽车车载终端等多种方式实现，以降低车道内速度差，提高交通安全。b)交通流车道级管控应由智慧综合管控平台统一规划，统一数据交互方式，由路侧外场设备、第三方出行服务平台及车路协同RSU设备等进行发布。8c)交通流车道级管控应具备车道级交通监测诱导、施工管理和应急响应等功能。d)交通流车道级管控应提供车道车型允许/限制、速度推荐/限制、车道开放/关闭等信息。10.1.2主线车道控制10.1.2.1主线车道控制可根据主线交通流量或突发情况（如道路拥堵、路面积雪湿滑）等，通过动态限速标志、车道指示标志等诱导装置，实现车道的开启、关闭功能，以及分车道可变限速信息发布功能。10.1.2.2主线车道控制基于门架式动态限速标志、车道指示标志，按照距离拥堵点的位置分级显示，遵循近小远大的原则实施主线限速控制；拥堵消散期，按照由近至远逐步恢复的原则实施。10.1.4路段匝道控制适用于解决特殊时段主线和匝道因车辆交织造成拥堵以及存在行车安全隐患的情况。R1级智慧高速公路，宜采取诱导装置作为分合流诱导，诱导装置主要为发光组件，也可内置交通数据采集器。诱导装置布设间距宜与分合流区域的标线施划间距保持一致，诱导装置宜具备太阳能供电方式，闪烁策略可根据车辆通过情况调整。诱导装置宜具有道路轮廓强化模式和行车主动诱导模式，可具有防止追尾警示模式。10.2重点路段控制10.2.1规定了数智化综合控制系统对公路重点路段控制方法，包括重点路段定义及相关控制方法，本方法适用于所有运营高速公路附属设施智慧化设计中包括隧道、桥梁、长大纵坡等重点路段控制设计。10.2.2在测试场景下，选定上述安全威胁较高的交通场景，对其中普通车辆及特殊营运车辆进行识别与轨迹跟踪，求得其运行轨迹并对其运行安全情况进行评估，建立重点路段安全控制模型。10.2.3重点路段包括但不限于隧道、桥梁、连续弯道、长大纵坡、恶劣天气频发路段等。10.2.4重点路段安全管控宜采用车道级交通控制系统进行。10.2.5桥梁安全管控设施建设除应满足《高速公路监控系统技术要求》的有关规定外，还应符合下列要求：a)周边环境湿度较大的悬索桥，应设置悬索桥主缆自动除湿系统。b)斜拉桥或悬索桥的每一座索塔的横梁和顶部的边缘位置应设置摄像机。10.2.6隧道安全管控设施建设除应满足GB/T18567、JTGD702-2014的有关规定外，还应符合下列要求：a)隧道通风系统、照明系统应具备智能控制功能。b)10km以上特长隧道宜设置景观照明设施。c)隧道应急照明应采用单独供电回路并按一级特别重要负荷提供供电保障；当隧道内仅有应急照明时，宜结合可变信息标志、互联网导航终端等及时发布洞内照明状况信息。d)隧道消防设施宜设置物联网终端，监测消火栓状态、高低位水池水位、管网水压、消防箱状态等。e)交通量大、货车比例高、常发性拥堵的隧道可考虑设置泡沫-水喷雾灭火系统。f)隧道设置的紧急呼叫及报警设施应便于使用和接收信息；当隧道采用调频广播时，应在进入隧道前设置提示标志。g)隧道内宜结合新型逃生疏散指示标识、灯光引导、智能机器人等提升应急疏散效能。10.2.7针对连续弯道、长大纵坡以及恶劣气象条件频发路段，应符合下列要求：a)连续弯道、长大纵坡以及恶劣气象条件频发路段等位置宜布设具有针对性传感器的气象监测设备。b)应提供交通安全态势实时和预测分析功能，结合环境气象、车辆安全、行车安全等数据进行安全预警和预测分析，提升公路的安全运营水平。c)连续弯道、长大纵坡以及恶劣气象条件频发路段宜加密布设感知设备。910.3附属设备控制10.3.1附属设备控制应具备设备接入、设备信息釆集、控制指令下发、设备监测及版本管理的能力。10.3.2设备接入。与附属设备控制对接的设备和系统应适配附属设备控制的数据接口及通信协议，并在对接之前进行数据预处理。10.3.3设备信息采集。采集信息宜包括设备运行状态信息、交通流信息、交通事件信息、交通环境信息、基础设施感知信息等。10.3.4控制指令下发。控制指令下发渠道应包括可变信息标志、可变限速标志、车路协同设备、互联网软件终端等。10.3.5升级等功能，并应具备对边缘计算设备的监测功能，监测内容宜包括设备运行状态、设备计算资源和存储空间、关键算法、软件运行状态等。10.4数字化路域信息管理10.4.1将路域信息通过数字孪生技术进行数字化建模，模拟其实施运行状态。对模拟真实性及实效性进行评测，得到各部分信息真实性评价，并绘制模拟各部分运行实时性与运行时间关系图。10.4.2数字孪生系统宜具备数据汇聚与管理功能，汇聚GIS数据、BIM数据、运营管养数据10.4.3数字孪生系统应符合CH/T9015等标准。10.4.4数字化路域信息管理应具备支持智能化应用的数据共享传递标准，提供开发接口或工具包。10.4.5数字化路域信息管理应具备可视化及分析模拟等功能。11多渠道信息