面向新基建的路网交通运行状态感知体系构建研究

叶腾茂

摘 要：路网交通运行状态感知是交通管理、交通诱导、交通控制和交通指挥与救援的基础。在梳理新基建对路网交通运行状态感知体系要求以及目前城市路网感知体系存在的普遍不足的基础上，文章以厦门为例，提出面向新基建的路网交通运行状态感知体系内容，包括数据采集体系、技术选型以及空间布局原则研究3个方面，为新形势下的路网感知体系构建提供了参考。

关键词：新基建;交通运行状态;感知体系

0    引言

路网交通运行状态是指依托可获取的、标准化的路网运行监测数据，动态或周期性道路网交通流单一或综合运行的特征和趋势。2020年8月24日，交通运输部印发《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》[1]，意见明确要推动交通基础设施数字转型、智能升级，利用先进信息技术深度赋能交通基础设施，实现泛在感知设施、先进传输网络、北斗时空信息服务在公路行业的深度覆盖[2]，实现公路运行的精准感知、精确分析、精细管理和精心服务。

道路交通运行信息化管理体系包括感知层、传输层、网络层、数据层、支撑层、应用层和用户层[3]。感知层是路网交通运行监测信息化管理技术框架的基础，感知体系对数字交通、智慧交通的发展具有重要的作用。

厦门市作为副省级城市和交通强国建设试点，重视道路交通运输发展。目前，厦门市路网交通运行状态感知主要依靠浮动监测、定点监测以及社会数据3种类型[2]。

（1）浮动监测主要集中在城市主干道，次干道、支路以及岛外偏远区域覆盖不足。由于人的自主选择、主动避让等行为，城市主干道以及重要干道的效果要优于次干路、支路的效果;由于公众出行半径影响以及出租车、网约车的营运特点，岛外偏远区域的浮动车覆盖度远远不足，监测效果不佳。

（2）定点监测设备数量较少，覆盖面不足。厦门市目前交通流量调查设备平均布设间距为50 km，北京国省道平均布设间距为14 km，上海市平均布设间距均为4 km[4]，与北京、上海相比，断面交通流量设备的布设密度明显不足。

（3）现有部分设备性能以及布局不能满足新基建的发展要求。超过50%的交调设备为接触式，此类设备感知数据类型少，后期维护成本高;交通事件检测设备的误报率达到30%;空间布局不合理使得路网感知存在盲区[3]。

（4）缺乏总体设计，不同监测体系之间的设备协同性差，数据之间的共享融合存在困难，感知设施设备全生命周期管理缺乏有效手段。

基于上述问题和背景，本文以厦门为例，分析路网运行监测的业务流，构建路网运行监测数据采集体系;建议科学合理地采用感知设备技术，明确设备布局原则，为运行状态感知体系的建设提供工程依据。

1    数据采集体系构建

1.1  感知需求分析

路网交通运行状态感知是交通管理、交通诱导、交通控制和交通指挥与救援的基础。梳理厦门市道路交通管理者即各业务处室的职责[4]，通过对各业务进行分析研究，为了支撑相关业务的开展，路网交通运行状态需感知路网运行通畅程度、突发事件影响程度、道路交通安全以及交通供需平衡4个方面的信息，因此设置了运行指数、中断率、超限超载率和常发性拥堵里程4个指标[5];为支撑这4个指标的计算，需要知道路段流量、速度、拥堵排队长度、车型分布、突发事故等数据。

1.2  数据采集体系

依据厦门现有的数据体系，结合运行状态影响因素及新基建要求，梳理得到路网交通运行状态数据采集体系[6]，主要包括评价方面、评价指标、数据层、更新频率、覆盖范围和感知层，详细内容如表1所示。

2    技术选型

2.1  常用设备及技术对比

目前，常用的感知设备主要有环形感应线圈、地磁检测器、超声波、主（被）动红外线、视频设备、毫米波雷达以及激光雷达七大类，对各類设备从检测参数、检测精度、检测范围、安装要求、适用场景、使用寿命、可维护性、使用成本等方面进行技术对比，得出如下结论。

（1）环形线圈、磁力和微波检测器可以满足最基本的运行状态检测功能需求，且技术成熟，价格便宜，环境适应性强;然而，其较为传统，技术升级和后期运营成本较大。

（2）对于车型、行驶轨迹、车头时距、3D建模等比较复杂的需求，视频检测器搭配毫米波雷达或者激光雷达是较为合理的选择;然而，其环境适应性较差，技术成熟度较低。

2.2  设备选型方案

由场景驱动，结合目前主流设备的性能及优缺点，本文选择了车路协同示范段、快速路交叉口与大型十字路口、大型桥梁与长大隧道、普通公路、山地公路、支路与偏远公路7种典型场景，提出了4种适用的设备组合方案。场景特点及设备组合方案作用如表2所示。

3    空间布局

3.1  布局原则

（1）需求导向。

梳理路网运行状态感知相关单位及职责，总结路网交通运行状态感知的实际需要，从需求出发，对感知设备进行布设。

（2）资源集约。

结合厦门市实际情况，科学规划和整合现有感知设备资源，优化存量，打破信息孤岛和资源分割，统筹为各业务部门及广大驾乘人员提供服务，最大限度地提高资源利用效率，减少重复建设。

（3）规模适度。

在实现感知范围全覆盖的基础上，应实现布设规模与观测效率的最优平衡，避免冗余站点的布设，最大限度地减少感知设施设备的大幅度建设投入和后期运行投入。

（4）因地制宜。

感知设备布设应根据路网感知现状，分析感知薄弱环节，利用现有数据，采取定量分析与定性分析相结合的方法，保证布设方法与布设方案的科学合理性。在设备技术选择上，工作人员要依据不同的采集需求，选择满足其要求的设施设备。

3.2  感知设备布局要求

依据厦门道路交通流量以及路网形态，感知设备的布局以“点现成面”为依据，先对特殊的监测点进行布设，然后提出一般布设的要求，例如不同等级、不同状态道路的布设间距的要求等。

3.2.1  特殊监测点

道路上以下的监测点必须布设感知设备。

（1）连续下坡超过3 km、平均纵坡大于5.5%的长大下坡。

（2）视线遮挡的公路弯道区域。

（3）连续长度超过3 km，年平均发生3起（含）以上超速或疲劳驾驶一般交通事故的长直线路段。

（4）连续长度超过3 km，3年内发生2起（含）以上超速或疲劳驾驶重特大公路突发事件的长直线路段。

（5）承担区域公路网连通作用的国道路段。

（6）承担国防公路作用的省道及以上等级公路路段。

3.2.2  一般布设要求

（1）在高速公路、国道、省道、县道相互交叉口处，应设置交通流监测设备;在设置交通信号控制设备的交叉口，应根据控制的需求和信息采集的需求设置交通流监测设备;国省道与铁路交叉区域应设置交通流监测设备;设置点位于主要分流方向上游300～500 m处。

（2）在一级道路路段上，宜每隔2～4 km设置一套交通流监测设备或具有交通流监测功能的设备;在二级道路节点间距为3～5 km的路段，宜设置一套交通流监测设备或具有交流监测功能的设备[7]。

（3）在国省县道常发拥堵的路段，宜按照2 km间隔设置交通流监测设备。

（4）在与高速公路并行并在一定范围内可作为高速公路替换路径的国道，宜按照2 km间隔设备交通流监测设备;在与国道并行并在一定范围内可作为国道替换路径的省道，宜按照2 km间隔设备交通流监测设备[8]。

（5）市域边界、岛屿出入口道路上应设置交通流监测设备。

（6）桥梁两侧宜设置交通流监测设施，隧道宜每隔300～750 m设置间距。

4    结语

本文结合新基建形势下路网感知需求和厦门当地的实际情况，构建厦门市路网交通运行状态感知体系，主要结论如下。

（1）从厦门感知需求出发，构建了厦门市路网交通运行状态数据采集体系。本文从厦门市路网交通运行状态业务流出发，总结感知信息共性特性，从运行指数、中断率、常发拥堵路段性和超限超载率4个方面构建了包括评价方面、评价指标、数据层、更新频率、覆盖范围和感知层的数据采集体系。

（2）分析了目前主流感知设备优缺点，建议了不同场景的感知设备组合方式。分析了当前主流的感知设备优缺点，针对7种不同的感知需求及场景，给出了不同场景感知设备选型方案。

（3）明确了空间布局的原则。本着需求导向、资源集约、规模适度、因地制宜的布局原则，结合厦门道路交通流量以及路网形态，点线结合给出了不同性质道路以及特殊监测点的空间布局要求。

[参考文献]

[1]华路捷，谢谦，刘宠，等.城市轨道交通车辆实时监测与分析系统研究[J].都市快轨交通，2020（1）：134-138.

[2]交通运输部.关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见[EB/OL].（2020-08-03）[2021-05-20].http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-08/06/content_5532842.htm.

[3]隋丽娜，王晓曼，曹沫，等.基于物联网的高速公路运行状态监测指标体系研究[J].公路，2015（11）：142-145.

[4]王静.天津市域高速公路网交通调查点布局规划方法研究[D].天津：河北工業大学，2015.

[5]高志刚.重庆市主城区道路交通运行状态监测技术研究[D].重庆：重庆市交通规划研究院，2015.

[6]钟媚，魏萌萌.山区高速公路运营安全信息监测指标及采集方式[J].交通科技与经济，2016（6）：46-51.

[7]戴广雷.普通干线公路运行状态评价方法研究[J].公路与汽运，2016（5）：22-24.

[8]通运输部.新疆干线公路网重要节点、重要路段视频和交通运行监测点建设指导手册[EB/OL].（2020-04-20）[2021-05-20].http：//www.doc88.com/p-39839772344202.html.

（编辑 王永超）