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寧滬高速丁順：滬寧高速公路東段智慧化改造實(shí)踐
[ 編輯:admin | 時(shí)間:2023-11-29 10:49:14
| 瀏覽:93502次 | 來源:市政建設(shè)網(wǎng) | 作者: ]
今日，在中國(guó)公路勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)主辦的“全國(guó)智慧公路建設(shè)技術(shù)及效能研討會(huì)”上，江蘇寧滬高速公路股份有限公司無錫管理處處長(zhǎng)丁順作了《滬寧高速公路東段智慧化改造實(shí)踐》主題報(bào)告。
丁順首先對(duì)滬寧高速面臨的痛點(diǎn)問題進(jìn)行介紹，指出滬寧高速目前面臨需求與供給的矛盾、事故與擁堵的矛盾以及養(yǎng)護(hù)與通行的矛盾，隨后介紹了英國(guó)、日本、美國(guó)的智慧擴(kuò)容經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)智慧擴(kuò)容的相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，最后分享了推進(jìn)智慧高速建設(shè)的下一步研究方向。
1.深入查擺原因 重點(diǎn)聚焦三大矛盾
滬寧高速公路于1996年9月開通運(yùn)營(yíng)，連接上海、蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江、南京六個(gè)城市，全長(zhǎng)248公里，雙向4車道，2005年年底完成了第一次擴(kuò)建改造，雙向8車道，沿線設(shè)有長(zhǎng)深、常臺(tái)、京滬、滬武等互通樞紐12個(gè)，連接7座跨江大橋。
隨著長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，2017年以來，滬寧高速東段車流量達(dá)到了飽和狀態(tài)，隨之而來也面臨需求與供給的矛盾。以G2G42（無錫樞紐到蘇滬交界）共線段為例，2019年日均斷面流量為13萬輛，遠(yuǎn)超八車道設(shè)計(jì)飽和流量11.5萬輛；2019年節(jié)假日最高斷面流量達(dá)19.4萬輛，可以說滬寧高速東段是全國(guó)最繁忙的路段之一。
同時(shí)，也面臨事故與擁堵的矛盾。以滬寧高速無錫段為例，無錫段全長(zhǎng)45公里，其中有1個(gè)服務(wù)區(qū)，4個(gè)樞紐和5個(gè)收費(fèi)站，由于互通設(shè)置密集，頻繁交織造成該路段事故多發(fā)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，各類交通事故年均超過一萬起，日均28起，小型追尾事故占比較大，造成68%的交通擁堵事件，這也造成了該路段通行能力的下降。
此外，也面臨養(yǎng)護(hù)與通行的矛盾。滬寧路是全省開通最早的高速公路，通車運(yùn)營(yíng)時(shí)間超過20年，道路養(yǎng)護(hù)的壓力逐年增大，道路通行質(zhì)量與占用道路通行資源、道路必要養(yǎng)護(hù)種類繁多與通行資源的矛盾日益突出，以無錫段為例，養(yǎng)護(hù)作業(yè)頻繁、占道影響較大，全年占道作業(yè)約1300起，道路通行能力下降。
2.學(xué)習(xí)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn) 完善智慧擴(kuò)容體系
我們以問題為導(dǎo)向，汲取國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，完善了智慧擴(kuò)容的體系，下面主要介紹三個(gè)國(guó)家的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。
首先是英國(guó)的管控措施。英國(guó)在智慧高速管控方面應(yīng)用應(yīng)急車道，施工和事故條件下，紅“X”表示車道關(guān)閉禁止使用；在高速公路發(fā)生事故時(shí)，需要在上游道路設(shè)置紅“X”標(biāo)識(shí)，以便為救援車輛提供通道；通過交通違法監(jiān)測(cè)攝像機(jī)強(qiáng)制執(zhí)行紅“X”標(biāo)識(shí)的使用，此外加密設(shè)置應(yīng)急港灣，設(shè)置間距為0.75~1英里 (約合1.2~1.6km）。
此外，英國(guó)也采用了可變限速，在交通繁忙路段開啟可變限速，由交通流監(jiān)測(cè)傳感器自動(dòng)觸發(fā)使用。
其次是日本的交通信息收集與發(fā)布設(shè)施。日本在這方面主要應(yīng)用主線情報(bào)板和高速公路入口情報(bào)板以及廣播聯(lián)動(dòng)，路側(cè)車輛檢測(cè)器與ITS通信設(shè)備、情報(bào)板、廣播等聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)時(shí)發(fā)布交通擁堵、事故等信息路側(cè)情報(bào)板1km間隔布設(shè)，利用動(dòng)畫圖像來顯示附近下游的交通事故、落下物等。
美國(guó)洲際公路的相關(guān)應(yīng)用也給我們帶來了一些啟示。駛?cè)f達(dá)高速公路，試驗(yàn)性的“智能公路”智慧交通系統(tǒng)由控制中心、交通遙控監(jiān)測(cè)器車載導(dǎo)向設(shè)備組成，通過中心計(jì)算機(jī)，分析安裝在道路上的監(jiān)測(cè)器，車載導(dǎo)向設(shè)備以及車流信息，把即將發(fā)生的交通堵塞顯示在導(dǎo)航圖上，并用電波發(fā)射出去。
I-24州際高速公路采用信號(hào)燈設(shè)置、應(yīng)急車道管理、動(dòng)態(tài)可變限速、動(dòng)態(tài)合流控制等。
I-80州際高速公路采用車車交互、車地通信部署，提供行進(jìn)前方碰撞警告、道路運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知、事故區(qū)域警告、天氣影響分析、險(xiǎn)情通知等5項(xiàng)功能應(yīng)用。
3.主動(dòng)科研攻關(guān) 開展智慧擴(kuò)容應(yīng)用
在學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)營(yíng)的基礎(chǔ)上，我們也開展了一些智慧控制的應(yīng)用。滬寧高速公路沿線城市化進(jìn)程居于全國(guó)前列，在一定程度上高速公路成為了城市的通行通道。
這時(shí)如果通過物理擴(kuò)容進(jìn)行征地?cái)U(kuò)建，土地資源矛盾無法解決，代價(jià)極大。因此我們?cè)趪?guó)內(nèi)首次提出智慧擴(kuò)容的理念，智慧高速新基建，無需占用城市土地資源，以數(shù)字交通、車路協(xié)同的技術(shù)應(yīng)用提升道路的通行能力，這也與國(guó)家交通強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略相吻合。
智慧擴(kuò)容主要包括4個(gè)方面，一是多源全景感知，構(gòu)建以毫米波雷達(dá)、微波視頻監(jiān)測(cè)等多元感知手段為核心的監(jiān)測(cè)體系；二是車道主動(dòng)管控，在特殊情況下，應(yīng)急車道開放及港灣式應(yīng)急停車道的設(shè)計(jì)；第三是匝道紅綠燈及轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ密嚨赖脑O(shè)計(jì)；第四是融合新興技術(shù)，構(gòu)建綜合管控平臺(tái)。
01.多源全景感知
我們?cè)谠囼?yàn)路段上布設(shè)了多源感知設(shè)備，目前主要應(yīng)用交調(diào)設(shè)施、智能卡口監(jiān)控、毫米波雷達(dá)、高清化監(jiān)控?cái)z像機(jī)、環(huán)境氣象監(jiān)測(cè)站等，現(xiàn)在也在使用雷視一體機(jī)。
我們?cè)诤撩撞ɡ走_(dá)數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)上，融合雷達(dá)、視頻數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了多源的數(shù)據(jù)接入，通過科學(xué)運(yùn)用錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的剔除方法，缺失數(shù)據(jù)的補(bǔ)缺機(jī)制，在基于雷達(dá)、視頻目標(biāo)識(shí)別及參數(shù)標(biāo)定的算法模型基礎(chǔ)上，建立了多源數(shù)據(jù)融合算法。在路段上通過視頻融合，實(shí)現(xiàn)了車流量、車速、物體id識(shí)別、距離均可檢測(cè)和24小時(shí)全天覆蓋。
02.車道主動(dòng)管控
我們構(gòu)建了分車道精準(zhǔn)的管控方法，首創(chuàng)性提出動(dòng)態(tài)應(yīng)急車道，動(dòng)態(tài)可變限速、分車道、分車型管控等車道管控策略。車道內(nèi)車流保持連續(xù)或一致的速度行駛時(shí)，車道通行能力將處于較高水平，情報(bào)板動(dòng)態(tài)發(fā)布，自擁堵點(diǎn)上游逐級(jí)降速，減緩車流匯集。車道信息由原來的斷面級(jí)細(xì)化到車道級(jí)，路段指令由原來的互通級(jí)細(xì)化到公里級(jí)，逐步實(shí)現(xiàn)智慧管控。
通過精準(zhǔn)可變的限速方式引導(dǎo)車輛行駛，實(shí)現(xiàn)車道通行能力的最大化。
此外，我們提出“動(dòng)態(tài)應(yīng)急車道”的管理理念，在無錫樞紐至東橋樞紐之間新增了6套分車道情報(bào)板，12塊路側(cè)F板，并利用原有的5套門站情報(bào)板實(shí)現(xiàn)了分車道的精準(zhǔn)引導(dǎo)和實(shí)施管控。
車道主動(dòng)管控方面，我們新增了兩套配套管控措施。無錫樞紐是滬寧高速公路目前最繁忙的路段，我們?cè)跓o錫樞紐和東橋樞紐之間建設(shè)了14處應(yīng)急港灣停靠帶，平均間距是2公里，最小港灣長(zhǎng)度為160米，最大港灣長(zhǎng)度為300米，在開放應(yīng)急車道的情況下，可以提供應(yīng)急停靠，平時(shí)也可以作為輕微事故的快撤快出點(diǎn)。
此外，我們對(duì)車道布局進(jìn)行了優(yōu)化，2019年我們結(jié)合高速公路集中養(yǎng)護(hù)的契機(jī)，對(duì)高速公路4個(gè)車道加應(yīng)急車道的布局進(jìn)行了優(yōu)化，在原來路面的基礎(chǔ)上重新加鋪1層。
在此基礎(chǔ)上，我們對(duì)原本一車道作為小客車通行的車道，將其由3.75米調(diào)整為3.5米，同時(shí)將應(yīng)急車道從3.25米調(diào)整為3.5米，改善了應(yīng)急車道的通行條件。
截止今年9月，我們已經(jīng)完成了滬寧路180公里的車道布局優(yōu)化，這也為未來為應(yīng)急車道的動(dòng)態(tài)化開放創(chuàng)造了非常好的外部條件。
03.區(qū)域協(xié)同管控
上文提到，無錫段與4條高速公路相連接，每個(gè)樞紐平均每日匯入流量在2萬輛以上，其中東橋至碩放樞紐節(jié)假日流量超過3萬輛，在流量高峰時(shí)段匝道匯入的車流量交織帶來了擁堵，交通事故隱患。
通過借鑒國(guó)外的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)O(shè)置了紅綠信號(hào)燈、車輛檢測(cè)器、雷達(dá)、抓拍等設(shè)備，通過標(biāo)志牌、地面文字標(biāo)線、物理隔離等輔助設(shè)置實(shí)現(xiàn)了匯入車輛的間歇性、拉鏈?zhǔn)浇惶娣判校胶馊肟谠训捞幐咚俟飞稀⑾掠谓煌浚瑴p少無序交織帶來的擁堵和安全隱患。
智慧擴(kuò)容，物理改造是基礎(chǔ)，信息化平臺(tái)是關(guān)鍵，我們依托三個(gè)信息化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的升級(jí)，提升道路的通行能力。一是大流量管控云平臺(tái)，我們實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)感知、實(shí)時(shí)監(jiān)控、智慧決策、協(xié)同管控四大功能，包括全息感知、及時(shí)監(jiān)測(cè)、態(tài)勢(shì)推演、主動(dòng)管控、車路協(xié)同五個(gè)基本模塊，在應(yīng)用的過程中，我們也在對(duì)系統(tǒng)的功能不斷進(jìn)行優(yōu)化和完善。
智能預(yù)警功能方面，我們通過每分鐘的空間占有率和時(shí)間占有率兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判，空間占有率是按照單位長(zhǎng)度車道上汽車投影面積和占車道面積的比例，在實(shí)測(cè)中一般是指測(cè)量路段的車輛總長(zhǎng)度和該路段長(zhǎng)度的百分比；時(shí)間占有率是指在道路的觀測(cè)斷面上，車輛通過時(shí)間累計(jì)值與測(cè)定時(shí)間的比例，空間占有率和時(shí)間占有率均能體現(xiàn)交通運(yùn)行的狀態(tài)。
我們?cè)O(shè)定了兩個(gè)閥值，當(dāng)每分鐘的時(shí)間占有率超過40%或每分鐘的空間占有率超過25%時(shí)，系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)出現(xiàn)超過閥值后會(huì)自動(dòng)彈出管控決策模型。指揮調(diào)度員會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行確認(rèn)，在符合條件的情況下，調(diào)度員可進(jìn)行一鍵發(fā)布。
管控信息自動(dòng)發(fā)布功能方面，我們和高德導(dǎo)航進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，管理決策模型在執(zhí)行時(shí)，高德導(dǎo)航可將自動(dòng)將管控信息發(fā)布至導(dǎo)航APP，提高司乘人員對(duì)車道使用的忠誠(chéng)度。
設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能方面，目前我們應(yīng)用了大量的設(shè)備，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示并生成故障記錄。
使用成效統(tǒng)計(jì)功能方面，包括斷面流量、應(yīng)急車道流量、通行速度、通行效率、管控前后等對(duì)比情況，方便進(jìn)行使用效果評(píng)估。
一是蘇交控指揮調(diào)度云平臺(tái)。江蘇在2017年上線了指揮調(diào)度云平臺(tái)，服務(wù)全省14家路公司，43條高速公路，6年來，調(diào)度云也在不斷迭代，融合全省一路三方的資源優(yōu)勢(shì)。可在路段級(jí)做到聯(lián)合指揮調(diào)度，讓管控視野更開闊，路群預(yù)測(cè)更精準(zhǔn)，運(yùn)行監(jiān)測(cè)更全面。
此外，我們也上線了AI平方事件檢測(cè)預(yù)警。通過為機(jī)器視覺注入業(yè)務(wù)思維，賦能事件的主動(dòng)發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)精確感知能力的顯著提升。目前AI平方已經(jīng)具備5類132種算法引擎，高速公路事故停駛進(jìn)行闖入等算法檢出率，準(zhǔn)確率在95.8%以上。
在三大平臺(tái)的基礎(chǔ)上，我們?cè)谌粘５墓芾磉^程當(dāng)中創(chuàng)新了兩種管理管控模式。一是“疏兩頭、控中間”協(xié)同管控。我們經(jīng)常性開啟大流量管控系統(tǒng)的頭部，主要是東橋樞紐和無錫樞紐，確保流量進(jìn)得來、出得去，適時(shí)開啟管控系統(tǒng)的中部，確保車流的平穩(wěn)有序。
二是“車道+匝道”管控模式，我們將原先單純的車道管控模式升級(jí)為車道+匝道的聯(lián)合管控模式，通過匝道信號(hào)燈管控和警示磚、警示錐筒等軟隔離設(shè)施，引導(dǎo)樞紐匝道匯入車輛經(jīng)由應(yīng)急車道駛?cè)胫骶�，減少無序交織對(duì)主線通行的影響。
今年國(guó)慶前，我們對(duì)收放樞紐進(jìn)行了車道改造，將應(yīng)急車道往前延伸了500米，以減少對(duì)主線通行量的影響。
此外，我們會(huì)同交警交通執(zhí)法部門編制了滬寧高速公路大流量路段應(yīng)急車道管控的專項(xiàng)管理辦法，設(shè)定了三類必須啟用的場(chǎng)景，一是周末、重大節(jié)假日流量時(shí)必須啟用；二是長(zhǎng)時(shí)間占道，造成車多緩行2公里以上時(shí)必須啟用；三是系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)警時(shí)必須啟用。
我們從2019年5月開始進(jìn)行首期項(xiàng)目的建設(shè)，第一期建設(shè)時(shí)路段相對(duì)較短，南京方向26公里，上海方向32公里，同時(shí)我們對(duì)無錫北樞紐、無錫樞紐、碩放樞紐、東橋樞紐四個(gè)匝道樞紐建立了信號(hào)管控體系。
這幾年我們也陸續(xù)對(duì)智慧化改造進(jìn)行了延伸，到今天為止，實(shí)施路段從無錫段向常州和蘇州段延伸應(yīng)用，管控總里程增加至130公里，西至羅墅灣，東至正儀。
此外，管控路段也在路網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行延伸，G1522常臺(tái)高速公路接滬寧高速蘇州北樞紐于2023年5月1日前啟用6公里應(yīng)急車道管控方案。
目前應(yīng)急車道管控年均開放時(shí)長(zhǎng)1500多小時(shí)，高峰流量時(shí)段增加通過量為60萬輛；匝道管控系統(tǒng)年均啟用近500小時(shí)，管控支線并流車輛近40萬輛，通行效率提升11%，通行速度提升19%，司乘人員體驗(yàn)感得到明顯改善，以數(shù)字化手段提升通行能力，節(jié)約道路資源。我們投入了2億元的資金開展智慧擴(kuò)容，達(dá)到了與70億元改擴(kuò)建相當(dāng)?shù)男Ч?/span>
根據(jù)高德數(shù)據(jù)顯示，2023年中秋國(guó)慶，無錫段的日均擁堵指數(shù)是1.15，同比2022年國(guó)慶1.22，下降了6個(gè)百分點(diǎn)，相比今年五一下降兩個(gè)百分點(diǎn)，整體通行效率在逐步提升。
4.理性剖析問題 推進(jìn)智慧高速建設(shè)
目前，智慧化改造應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入到瓶頸階段，飽和流量基本維持在22萬的水平，智慧化管控和路網(wǎng)管控亟待進(jìn)一步探索，我們也在進(jìn)行相關(guān)研究。
一是構(gòu)建智能匝道控制模型，基于主線+匝道策略的感知數(shù)據(jù)，應(yīng)用均衡排隊(duì)理念，構(gòu)建智能匝道管控模型，通過智能化程度應(yīng)用均衡排隊(duì)理論，構(gòu)建智能管控模式，解決了路段和路段之間“打仗的問題”。
二是制定限速管控模型，通過利用主線運(yùn)行的狀態(tài)數(shù)據(jù)，制定不同交通狀態(tài)下的限速管控模型，目前硬件設(shè)備已經(jīng)投入到位，對(duì)于分車道、分級(jí)限速我們也在進(jìn)行相關(guān)研究。
三是制定路徑誘導(dǎo)策略，基于交通運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊，交通事件監(jiān)測(cè)模塊，設(shè)定擁堵影響范圍閾值，當(dāng)擁堵影響范圍超過閾值時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)交通遇到的模型，自動(dòng)制定上游路段的路徑誘導(dǎo)策略，并通過可變情報(bào)板發(fā)布路徑誘導(dǎo)策略，減少駛往擁堵路段的交通流量。
在今年國(guó)慶期間，考慮到高速公路返程期間大范圍的擁堵，我們也和導(dǎo)航做了對(duì)接，利用高速公路和城市間的快速路，實(shí)現(xiàn)策略優(yōu)化。
四是構(gòu)建養(yǎng)護(hù)管控策略，通過是構(gòu)建路段集中養(yǎng)護(hù)施工管控策略，針對(duì)不同養(yǎng)護(hù)作業(yè)、車道數(shù)、時(shí)長(zhǎng)等制定上下游交通組織策略方案。
在日常養(yǎng)護(hù)模塊當(dāng)中，管理人員可動(dòng)態(tài)輸入養(yǎng)護(hù)信息，如養(yǎng)護(hù)區(qū)段長(zhǎng)度、養(yǎng)護(hù)車道數(shù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)長(zhǎng)，管控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)鎖定養(yǎng)護(hù)區(qū)段的位置，并顯示預(yù)測(cè)養(yǎng)護(hù)區(qū)段的交通運(yùn)行態(tài)勢(shì)，自動(dòng)生成該路段上下游交通組織動(dòng)態(tài)管控策略。
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