面向未来的智慧道路解决方案与实践

“智慧道路”就是以信息化、智能化引领高速公路管理和运营服务水平提升，积极准进云计算、大数据等现代信息技术与道路管理、运营服务的深度融合，全面深化道路信息数据的共享利用，可靠的通信保障体系、实时的预报预体系。

“智慧道路”是智慧交通的特色场景之一，今天和大家分享的是《面向未来的智慧道路解决方案与实践》，供大家学习参考。

一、

发展背景

(一) 作为道路信息化载体的杆件缺乏统一规划，设备共用与数据整合不足，影响城市景观。政府部门职能分割导致道路两侧杆件林立，各类检测设备重复占用空间资源，凌乱的布设影响城市景观。各部门杆件信息无法整合，道路智能化功能单一，缺乏统一部署和有效融合。
(二) 人工道路巡查效率低，非现场执法智能化监管手段匮乏。道路规划、道路管养、运输管理、交通执法和安全应急等道路责任单位，普遍存在人员编制不足，巡查力量薄弱，在道路监管工作中，智慧监管空白，存在管理短板。支撑非现场执法的外场设备严重不足，智能化监管手段匮乏，存在监管难、取证难、执法难的问题。
(三) 以机动车为主交通控制体系难以满足高品质慢行交通的要求。交叉口信号控制大多以单点优化为主，全局控制效率低，对行人优先的策略不足。在路口处缺乏新型交通设施（地面红绿灯、道钉等），针对行人安全的提醒有待提升。
(四) 道路与车辆的智能化发展水平失衡，难以支撑车路协同交互。车路协同、自动驾驶时代，交通信息的感知将由传统的关注交通流信息的感知转向面向基础设施的环境感知、车辆行驶状态的精细感知以及V2X的异构互联通信交互。纯靠车辆本身的AI在短时间内难以实现安全自动驾驶，需要道路智能化、精细化感知以支撑V2X应用。
综上所述，可感知、可运营、可管控、可服务是未来城市和交通发展的重要趋势，如图 1所示。以对城市交通的深入理解把握功能需求，结合新型传感、车路协同、人工智能等技术，构建智慧道路系统，是支撑建立面向未来城市交通整体解决方案的重要基础。 

图 1 未来4C城市

二、

智慧道路解决方案

(一) 智慧道路的定义及定位智慧道路是借助物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术，构建以数据为核心，以信息的收集、处理、分析和发布为主线，实现道路基础设施数字化、管理科学化、运行高效化和服务品质化，从而解决交通问题、降低运行能耗、提升出行体验的新型道路。
智慧道路的主要目标，就是要通过引入U型管廊和多功能智能杆，多功能路边设备箱等设计理念，对城市道路相关的所有道路基础设施和城市服务功能，进行统一规划，统一建设，统一运维，以及资源共享和信息融合，是支撑未来智慧城市、智能网联汽车和车路协同发展的最重要的城市基础设施。
智慧道路系统是智能交通整体解决方案的数据源、承载体、应用端，智慧道路系统在未来城市发展的定位如图 2所示。

图 2 智慧道路的定位

(二) 深圳交通中心智慧道路解决方案图 3所示的深圳交通中心智慧道路系统建立以智慧灯杆为主要载体的全对象、全时空、全粒度的道路全息感知体系，实现人-车-路-云的全要素协同管控。

图 3 交通中心智慧道路示意图
1. 功能效果（1）多杆合一：打造设施设备集约化管理，实现数据高度整合共享。以路灯杆为核心载体，深度集成智慧道路所需的设备，预留未来车路协同场景下的新增设备的接口，实现多杆合一与数据整合，并针对各部门业务需求提供数据接入权限。
（2）全息感知：实现道路全时空范围覆盖，设备多功能高度复用。采集车流数据、人流量、路面险情、交通事件、环境气象等23种道路交通信息。基于人工智能算法，实现对视频图像的边缘计算和云校核，极速精准识别道路异常事件，并实现自动预警与上报。
（3）泛在互联：支持基础设施物联网接入和车路协同交互。全面支持接入LoRa、NB-IoT、LTE-V2X等通信协议或技术，实现信息感知全面接入及车路短程通信，可为未来物联网、车联网技术的应用奠定基础。
（4）“云-边-端”一体化协同：形成面向未来的智慧道路技术支撑体系。基于业务需求与资源约束，构建“云-边-端”为一体的动态任务分配技术，减轻云端压力。
（5）慢行品质提升：体现以人为本的全程服务理念。沿线提供WiFi、城市广播音乐、信息屏、智能照明等多元慢行服务，为市民发布最近的公交到站信息、自行车道指引、施工占道提醒、周边建筑楼宇、城市公园等信息服务，提升行人慢行品质。
2. 方案设计构建以智慧灯杆、智慧信控为核心产品，以智慧道路管理平台为应用界面的智慧道路系统。
1) 智慧灯杆以智慧路灯为硬件载体，挂载多元化智能路侧设备，同时预留未来新增设备挂载的接口，实现对道路设备设施的集约化管理。智慧灯杆及其主要挂载设备如图 4所示。

图 4 智慧灯杆功能

（1） 高清摄像头，同时基于标准的前端硬件设备，结合视频AI识别算法，实现实时监控道路交通状况，采集交通流数据，如流量、速度、车辆类型等参数；准确判别道路异常情况，包括路面险情、设施损毁、交通事件；实时交通违法监控与治安监控，为执法、办案提供取证依据。

（2） 信息交互LED屏，实现对路况、停车位、周边楼宇/景点、行程时间、公交到站、道路施工、天气、交通事故等多元信息的动态整合和智能化发布，在公交站台附近可充当临时电子站牌。

（3） IP广播，信息交互屏内集成的广播音响可以实现新闻、启事、音乐、比赛赛况等不同内容的对外音频广播。

（4） WiFi无线网络及嗅探，为公众提供道路沿线的无线网络服务，嗅探信号覆盖范围内的移动终端，监测人流量密度，实现人群聚集预警，辅助应急处置。

（5） 物联网中继，支持沿线智能边坡、智能井盖、智能垃圾桶、路贴、隧道/桥梁传感器等物联网设备的数据接入。

（6） LED智能照明灯，充分利用各时段人流量的情况实现分时段对路灯亮度自由调节，功能更细化，支持远程手动/自动、电力回路/有线网络/NB-IoT等多种控制方式。

（7） SOS呼叫器，实现与指挥控制中心的语音通话，自动语音识别，迅速上报警情。

（8） 边缘计算节点，搭载人工智能机器学习算法，支持前端视频图像“端到端”的深度学习算法与VA挖掘，满足智慧城市管理要求。

2) 智慧信控结合路口布设的广域雷达等传感器，实现数据自采集与信号控制策略的自适应耦合联动，支持信号主动优先控制、行人过街控制、绿波带以及区域最优化配时。

1） 车路协同：以信号优先控制策略为指导，基于多目标雷达实时获取路口的社会车辆到达情况，同时根据路侧设备（LTE-V/ 5G/DSRC）的双向毫秒级通讯连续感知特殊标记车辆的位置和信号状态，在线生成推荐车速和信号调整方案。

（2） 行人过街控制：基于视频和红外热成像对等候区、过街区的行人实现精确检测，根据机动车排队时间与行人等候时间实现均衡放行；同时，为保证行人安全，将适当自动延长行人绿灯相位，保证行人过街安全。

（3） 信号自适应控制：基于“多源数据融合+定制化”控制策略，实现从单一线圈断面数据到“断面+区段+路径多源数据”的全时空分类感知转变；同时面向全交通需求分级控制，可针对各场景需求输出定制化解决方案。

3) 智慧道路管理平台智慧道路集成化管理平台的功能定位总体概括为数据汇聚与融合，数据标准化与分级共享，运行监测和应急联动，如图 5所示。

图 5 智慧道路管理平台总体架构

（1） 数据汇聚与融合：前端数据集中采集与处理，形成原始数据资源池、特征数据资源池和关键中间件；

（2） 数据标准化与分级共享：为各级政府部门、行业和公众提供分级标准化数据共享接口；

（3） 运行监测和应急联动：可视化展示跨行业融合的数据指标，定期形成报告，支持跨部门协同指挥。

基于智慧灯杆，借助信息技术和传感技术组建信息感知和传输网，建设标准统一、高度可扩展、可扩充的智慧道路集成化管理平台，有利于打破信息传输孤岛，避免基础智能设施的重复建设，实现高度数据共享。基于智慧道路集成化管理平台，实现大数据交互环境下的全息感知、视频AI透镜、无线服务、车路协同、应急协同、数据可视化、资产生命周期管理等智慧道路核心功能，提供“数据采集-数据共享-城市服务”的智慧城市闭环服务。智慧道路管理平台功能模块如图 6所示。

图 6 智慧道路管理平台功能模块

三、

智慧道路深圳实践

(一) 侨香路（深圳之花）侨香路是深圳跨福田和南山的一条城市主干道，路面修缮及交通改善工程项目于2018年6月15日开工。在设计最初，侨香路项目融入了物联网、大数据、人工智能、车路协同等新技术，建设内容涵盖了基于“云-边-端”整体架构的智慧路灯、智能信号控制、智慧交通执法、智慧道路平台系统，科技感和智慧功能十足，是深圳首条智慧道路。

图 7 建成后的侨香路实景图
1. 集约整合多杆合一：整合后，杆件总体数量减少32%，其中小型标志杆和监控杆件减少65%，各类杆件合杆示意图如图 8所示。

图 8 侨香路多杆合一
多箱合一：基于路口信号机箱，整合路口的电警机箱、闭路电视机箱、网络机箱，实现多箱合一，可减少路口范围80%的机箱。
2. 全息感知建设智慧路灯，通过视频动态监测交通流，识别路面设施状态，实现人、车、路、环境的全息监测，支撑交通运行研判、设施养护管理与改善效果评估
3. 精明管控建设智能信号控制系统、智能违法监管系统，实现交通自适应控制，提高路口运行效率，规范全路段交通秩序。
流量自适应控制：采集进口道车辆排队长度、停车次数、红灯等待时间、多断面平均车速等数据，对流量大、饱和度高的路口系统会根据各个方向的实时交通需求，动态调整信号配时，使得整个路口的通行效率最高，排队时间最短，实施流量自适应控制。

同时，侨香路在香蜜湖路口和枫丹雅苑过街位置，布置了地面红绿灯和红外防撞柱。地面红绿灯与人行灯同步，夜间将显著警示车辆注意过街行人，保障行人尤其是“低头族”的安全。

4. 数据共享建设智慧道路管理平台，实现交通数据在部门间的共享共用，发挥数据应用价值。
(二) 马拉松山湖绿道（美丽+智慧）2019年3月24日深圳光明小镇国际半程马拉松赛落下帷幕，由深圳交通中心助力打造的智慧道路系统，迎来了建成投入使用后的首次“大考”并顺利通过，标志着国内最长的智慧道路系统全息感知、在线研判的保障任务阶段性完成。
光明马拉松绿道全长26.7公里，途经欢乐田园花海、公明水库、百花谷、滑草游乐园、农科大观园等多个光明区热门景点，沿途全线布设共760多根智慧路灯，国内规模最大、AI智慧程度最高的智慧绿道，如图 11所示。

图 11 最美山湖绿道

1. 看得见的美丽马拉松绿道项目的如图 12所示的智慧路灯叫“钢铁侠”，因其独特的设计理念和外观获得2019年深圳市经贸信息委组织的多功能杆外观设计比赛一等奖。

图 12 智慧路灯-钢铁侠
设计理念：

• 基于扁平化流线设计，一体化成型，支持模块化拼装及走线。

• 外观简洁优美，设备内嵌（隐藏式设计），删繁就简，给人一种优雅稳重的美好印象。

• 富有科技感、艺术感，加上高品质的材料及工艺处理，打造出一款具有高辨识度的深圳名片。

2. 看不见的“黑科技”智慧内核除了亮眼的外观，“钢铁侠”也是智慧才华的担当。基于物联网、云计算、大数据等最新科技，在灯杆中内嵌了智慧照明、视频监控、信息发布、广播、无线AP、环境监测等智慧模块，打造了高科技智慧绿道。
1) 全线无死角监控为保证绿道的管理与赛事期间的安全，设计之初基于绿道无死角覆盖的原则，全线基于智慧路灯布设了近300路摄像头。所有视频共享接入公安现场指挥部，支持公安的现场安防监控与联动指挥。
2) 视频AI分析赋能赛事管理在视频监控的基础上，全面引入AI技术，实现对人流量统计、行人特征识别以及特殊事件预警，赋能赛事管理，如图 13所示。

• 人流量实时统计，预警人流高发区域。

• 对每个人进行“打标签”，识别性别、身高、上衣颜色、裤子颜色、有无带帽等特征，支持人员时空搜索。

• 面向绿道管理，定义行人摔倒、路面异物、自行车横放等事件，并实现即时预警。

  
  

图 13 基于视频AI的全线监控保障
3) 信息发布按需规划定制与组委会充分沟通，根据赛道所处的区段与进程，推送适宜的信息屏内容与音乐播放。针对AK段的崎岖山路，全力保证赛道指引的完整性，对转弯、急坡、赛道距离等信息进行及时提醒，定制化的发布信息如图 14所示；针对赛道分区段的坡度与难度，提供舒缓型与激昂型两种风格的音乐集进行切换播放。

图 14 信息发布按需规划定制

4) WIFI全覆盖提供畅游体验山湖绿道位于山林区域，手机移动信号覆盖较弱，为提升慢行或跑步中的网络体验，沿线在灯杆上内嵌布设了超过140个无线AP，并提供超大综合带宽，保证沿线畅享WiFi网络。
(三) 福田中心区（极致品质和慢行体验）福田中心区智慧交通项目通过超前部署数字化的基础设施，实现道路运行监测、道路事件监测、道路病害监测，建设可调节、可对话、可服务的智慧道路，积极拥抱以“万物互联”为基础的全新出行体验时代的到来。
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