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寧滬高速丁順：滬寧高速公路東段智慧化改造實踐
[ 編輯:admin | 時間:2023-11-29 10:49:14
| 瀏覽:102361次 | 來源:市政建設網 | 作者: ]
今日，在中國公路勘察設計協會主辦的“全國智慧公路建設技術及效能研討會”上，江蘇寧滬高速公路股份有限公司無錫管理處處長丁順作了《滬寧高速公路東段智慧化改造實踐》主題報告。
丁順首先對滬寧高速面臨的痛點問題進行介紹，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)護與通行的矛盾，隨后介紹了英國、日本、美國的智慧擴容經驗，并對智慧擴容的相關實踐經驗進行了詳細闡述，最后分享了推進智慧高速建設的下一步研究方向。
1.深入查擺原因 重點聚焦三大矛盾
滬寧高速公路于1996年9月開通運營，連接上海、蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江、南京六個城市，全長248公里，雙向4車道，2005年年底完成了第一次擴建改造，雙向8車道，沿線設有長深、常臺、京滬、滬武等互通樞紐12個，連接7座跨江大橋。
隨著長三角經濟的快速發(fā)展，2017年以來，滬寧高速東段車流量達到了飽和狀態(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，遠超八車道設計飽和流量11.5萬輛；2019年節(jié)假日最高斷面流量達19.4萬輛，可以說滬寧高速東段是全國最繁忙的路段之一。
同時，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45公里，其中有1個服務區(qū)，4個樞紐和5個收費站，由于互通設置密集，頻繁交織造成該路段事故多發(fā)，據統(tǒng)計，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)護與通行的矛盾。滬寧路是全省開通最早的高速公路，通車運營時間超過20年，道路養(yǎng)護的壓力逐年增大，道路通行質量與占用道路通行資源、道路必要養(yǎng)護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.學習先進經驗 完善智慧擴容體系
我們以問題為導向，汲取國內外的先進經驗，完善了智慧擴容的體系，下面主要介紹三個國家的相關經驗。
首先是英國的管控措施。英國在智慧高速管控方面應用應急車道，施工和事故條件下，紅“X”表示車道關閉禁止使用；在高速公路發(fā)生事故時，需要在上游道路設置紅“X”標識，以便為救援車輛提供通道；通過交通違法監(jiān)測攝像機強制執(zhí)行紅“X”標識的使用，此外加密設置應急港灣，設置間距為0.75~1英里 (約合1.2~1.6km）。
此外，英國也采用了可變限速，在交通繁忙路段開啟可變限速，由交通流監(jiān)測傳感器自動觸發(fā)使用。
其次是日本的交通信息收集與發(fā)布設施。日本在這方面主要應用主線情報板和高速公路入口情報板以及廣播聯動，路側車輛檢測器與ITS通信設備、情報板、廣播等聯動控制，實時發(fā)布交通擁堵、事故等信息路側情報板1km間隔布設，利用動畫圖像來顯示附近下游的交通事故、落下物等。
美國洲際公路的相關應用也給我們帶來了一些啟示。駛萬達高速公路，試驗性的“智能公路”智慧交通系統(tǒng)由控制中心、交通遙控監(jiān)測器車載導向設備組成，通過中心計算機，分析安裝在道路上的監(jiān)測器，車載導向設備以及車流信息，把即將發(fā)生的交通堵塞顯示在導航圖上，并用電波發(fā)射出去。
I-24州際高速公路采用信號燈設置、應急車道管理、動態(tài)可變限速、動態(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，提供行進前方碰撞警告、道路運行態(tài)勢感知、事故區(qū)域警告、天氣影響分析、險情通知等5項功能應用。
3.主動科研攻關 開展智慧擴容應用
在學習借鑒國外先進經營的基礎上，我們也開展了一些智慧控制的應用。滬寧高速公路沿線城市化進程居于全國前列，在一定程度上高速公路成為了城市的通行通道。
這時如果通過物理擴容進行征地擴建，土地資源矛盾無法解決，代價極大。因此我們在國內首次提出智慧擴容的理念，智慧高速新基建，無需占用城市土地資源，以數字交通、車路協同的技術應用提升道路的通行能力，這也與國家交通強國的戰(zhàn)略相吻合。
智慧擴容主要包括4個方面，一是多源全景感知，構建以毫米波雷達、微波視頻監(jiān)測等多元感知手段為核心的監(jiān)測體系；二是車道主動管控，在特殊情況下，應急車道開放及港灣式應急停車道的設計；第三是匝道紅綠燈及轉向專用車道的設計；第四是融合新興技術，構建綜合管控平臺。
01.多源全景感知
我們在試驗路段上布設了多源感知設備，目前主要應用交調設施、智能卡口監(jiān)控、毫米波雷達、高清化監(jiān)控攝像機、環(huán)境氣象監(jiān)測站等，現在也在使用雷視一體機。
我們在毫米波雷達數據源的基礎上，融合雷達、視頻數據實現了多源的數據接入，通過科學運用錯誤數據的剔除方法，缺失數據的補缺機制，在基于雷達、視頻目標識別及參數標定的算法模型基礎上，建立了多源數據融合算法。在路段上通過視頻融合，實現了車流量、車速、物體id識別、距離均可檢測和24小時全天覆蓋。
02.車道主動管控
我們構建了分車道精準的管控方法，首創(chuàng)性提出動態(tài)應急車道，動態(tài)可變限速、分車道、分車型管控等車道管控策略。車道內車流保持連續(xù)或一致的速度行駛時，車道通行能力將處于較高水平，情報板動態(tài)發(fā)布，自擁堵點上游逐級降速，減緩車流匯集。車道信息由原來的斷面級細化到車道級，路段指令由原來的互通級細化到公里級，逐步實現智慧管控。
通過精準可變的限速方式引導車輛行駛，實現車道通行能力的最大化。
此外，我們提出“動態(tài)應急車道”的管理理念，在無錫樞紐至東橋樞紐之間新增了6套分車道情報板，12塊路側F板，并利用原有的5套門站情報板實現了分車道的精準引導和實施管控。
車道主動管控方面，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，我們在無錫樞紐和東橋樞紐之間建設了14處應急港灣停靠帶，平均間距是2公里，最小港灣長度為160米，最大港灣長度為300米，在開放應急車道的情況下，可以提供應急�？浚綍r也可以作為輕微事故的快撤快出點。
此外，我們對車道布局進行了優(yōu)化，2019年我們結合高速公路集中養(yǎng)護的契機，對高速公路4個車道加應急車道的布局進行了優(yōu)化，在原來路面的基礎上重新加鋪1層。
在此基礎上，我們對原本一車道作為小客車通行的車道，將其由3.75米調整為3.5米，同時將應急車道從3.25米調整為3.5米，改善了應急車道的通行條件。
截止今年9月，我們已經完成了滬寧路180公里的車道布局優(yōu)化，這也為未來為應急車道的動態(tài)化開放創(chuàng)造了非常好的外部條件。
03.區(qū)域協同管控
上文提到，無錫段與4條高速公路相連接，每個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。
通過借鑒國外的建設經驗，我們設置了紅綠信號燈、車輛檢測器、雷達、抓拍等設備，通過標志牌、地面文字標線、物理隔離等輔助設置實現了匯入車輛的間歇性、拉鏈式交替放行，平衡入口匝道處高速公路上、下游交通量，減少無序交織帶來的擁堵和安全隱患。
智慧擴容，物理改造是基礎，信息化平臺是關鍵，我們依托三個信息化平臺實現業(yè)務流程的升級，提升道路的通行能力。一是大流量管控云平臺，我們實現了精準感知、實時監(jiān)控、智慧決策、協同管控四大功能，包括全息感知、及時監(jiān)測、態(tài)勢推演、主動管控、車路協同五個基本模塊，在應用的過程中，我們也在對系統(tǒng)的功能不斷進行優(yōu)化和完善。
智能預警功能方面，我們通過每分鐘的空間占有率和時間占有率兩個指標進行評判，空間占有率是按照單位長度車道上汽車投影面積和占車道面積的比例，在實測中一般是指測量路段的車輛總長度和該路段長度的百分比；時間占有率是指在道路的觀測斷面上，車輛通過時間累計值與測定時間的比例，空間占有率和時間占有率均能體現交通運行的狀態(tài)。
我們設定了兩個閥值，當每分鐘的時間占有率超過40%或每分鐘的空間占有率超過25%時，系統(tǒng)通過監(jiān)測出現超過閥值后會自動彈出管控決策模型。指揮調度員會對現場情況進行確認，在符合條件的情況下，調度員可進行一鍵發(fā)布。
管控信息自動發(fā)布功能方面，我們和高德導航進行了關聯，管理決策模型在執(zhí)行時，高德導航可將自動將管控信息發(fā)布至導航APP，提高司乘人員對車道使用的忠誠度。
設備自動監(jiān)測功能方面，目前我們應用了大量的設備，當設備發(fā)生故障時，系統(tǒng)會自動提示并生成故障記錄。
使用成效統(tǒng)計功能方面，包括斷面流量、應急車道流量、通行速度、通行效率、管控前后等對比情況，方便進行使用效果評估。
一是蘇交控指揮調度云平臺。江蘇在2017年上線了指揮調度云平臺，服務全省14家路公司，43條高速公路，6年來，調度云也在不斷迭代，融合全省一路三方的資源優(yōu)勢�？稍诼范渭壸龅铰摵现笓]調度，讓管控視野更開闊，路群預測更精準，運行監(jiān)測更全面。
此外，我們也上線了AI平方事件檢測預警。通過為機器視覺注入業(yè)務思維，賦能事件的主動發(fā)現，實現精確感知能力的顯著提升。目前AI平方已經具備5類132種算法引擎，高速公路事故停駛進行闖入等算法檢出率，準確率在95.8%以上。
在三大平臺的基礎上，我們在日常的管理過程當中創(chuàng)新了兩種管理管控模式。一是“疏兩頭、控中間”協同管控。我們經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，確保流量進得來、出得去，適時開啟管控系統(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為車道+匝道的聯合管控模式，通過匝道信號燈管控和警示磚、警示錐筒等軟隔離設施，引導樞紐匝道匯入車輛經由應急車道駛入主線，減少無序交織對主線通行的影響。
今年國慶前，我們對收放樞紐進行了車道改造，將應急車道往前延伸了500米，以減少對主線通行量的影響。
此外，我們會同交警交通執(zhí)法部門編制了滬寧高速公路大流量路段應急車道管控的專項管理辦法，設定了三類必須啟用的場景，一是周末、重大節(jié)假日流量時必須啟用；二是長時間占道，造成車多緩行2公里以上時必須啟用；三是系統(tǒng)自動預警時必須啟用。
我們從2019年5月開始進行首期項目的建設，第一期建設時路段相對較短，南京方向26公里，上海方向32公里，同時我們對無錫北樞紐、無錫樞紐、碩放樞紐、東橋樞紐四個匝道樞紐建立了信號管控體系。
這幾年我們也陸續(xù)對智慧化改造進行了延伸，到今天為止，實施路段從無錫段向常州和蘇州段延伸應用，管控總里程增加至130公里，西至羅墅灣，東至正儀。
此外，管控路段也在路網內進行延伸，G1522常臺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公里應急車道管控方案。
目前應急車道管控年均開放時長1500多小時，高峰流量時段增加通過量為60萬輛；匝道管控系統(tǒng)年均啟用近500小時，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%，司乘人員體驗感得到明顯改善，以數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容，達到了與70億元改擴建相當的效果。
根據高德數據顯示，2023年中秋國慶，無錫段的日均擁堵指數是1.15，同比2022年國慶1.22，下降了6個百分點，相比今年五一下降兩個百分點，整體通行效率在逐步提升。
4.理性剖析問題 推進智慧高速建設
目前，智慧化改造應用已經進入到瓶頸階段，飽和流量基本維持在22萬的水平，智慧化管控和路網管控亟待進一步探索，我們也在進行相關研究。
一是構建智能匝道控制模型，基于主線+匝道策略的感知數據，應用均衡排隊理念，構建智能匝道管控模型，通過智能化程度應用均衡排隊理論，構建智能管控模式，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，通過利用主線運行的狀態(tài)數據，制定不同交通狀態(tài)下的限速管控模型，目前硬件設備已經投入到位，對于分車道、分級限速我們也在進行相關研究。
三是制定路徑誘導策略，基于交通運行實時監(jiān)測模塊，交通事件監(jiān)測模塊，設定擁堵影響范圍閾值，當擁堵影響范圍超過閾值時，系統(tǒng)根據交通遇到的模型，自動制定上游路段的路徑誘導策略，并通過可變情報板發(fā)布路徑誘導策略，減少駛往擁堵路段的交通流量。
在今年國慶期間，考慮到高速公路返程期間大范圍的擁堵，我們也和導航做了對接，利用高速公路和城市間的快速路，實現策略優(yōu)化。
四是構建養(yǎng)護管控策略，通過是構建路段集中養(yǎng)護施工管控策略，針對不同養(yǎng)護作業(yè)、車道數、時長等制定上下游交通組織策略方案。
在日常養(yǎng)護模塊當中，管理人員可動態(tài)輸入養(yǎng)護信息，如養(yǎng)護區(qū)段長度、養(yǎng)護車道數，養(yǎng)護時長，管控系統(tǒng)會自動鎖定養(yǎng)護區(qū)段的位置，并顯示預測養(yǎng)護區(qū)段的交通運行態(tài)勢，自動生成該路段上下游交通組織動態(tài)管控策略。
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