数字道路建设在智能城市中规划与应用

［白少宇 周芳梅］

1 前言

信息通信基础设施是网络强国、数字中国、智慧社会的战略基石，信息通信基础设施建设应以发展以物联网（传感器、射频识别、二维码）、云计算、大数据技术等具体落地应用为核心，以加快构建智能城市一体化应用层基础设施为最终目标导向。

建设全覆盖、高安全的智慧感知与传输网络的未来城市、智能城市，如：切换有序的智能红绿灯，公路上自由穿行的自动驾驶汽车，以及部署在小区出入口、城市公共区域、人流密集区域的WIFI 探针设备，用以获取并记录实时接入的联网设备MAC 地址信息以及虚拟身份，要实现这一切，数字道路是其重要实现手段。数字道路具备通市电、通网络，符合城市风貌保护发展要求，与城市建筑景观风貌融合相融合，涵盖了5G基站站址、城市照明系统、供电系统、回传网络、交通管理系统、车路协同系统、边缘计算等具体信息通信基础新基建，这些信息通信基础新基建在城市空间布局上的高度互补，使数字道路成为智能城市万物互联的新入口，数字道路产生的数据资产及其潜在应用空间让人充满想象。

数字道路规划建设原则上坚持应以需求为导向，以全域覆盖的感知监测体系和数字化标识体系为基础，以“资源统购、平台统建、信息统管、应用统一”为原则，构建架构统一、体系兼容、安全互联的信息通信基础设施，同时宜按照分层透明、功能解耦、按需组合的原则搭建智能城市底层平台，即块数据平台、物联网统一开放平台、CIM 平台、公共视频图像智能应用平台，作为智能城市运行中枢，推动智慧灯杆在智能城市的规划、设计、建设、运营各个阶段、不同领域同规同建，协同运转。最终打造城市共建、共治、共享、共赢的智能城市生态。

2 数字道路建设内容及规划

2.1 照明及杆柱部分

照明及杆柱建设内容包含多功能信息杆柱、普通照明杆柱、高杆照明杆柱、照明灯具及基础配套设施。在充分考虑各专业点位需求的基础上，多功能杆柱通过挂载照明灯具、电警卡口前端设备、车路协同前端设备、可变信息标志、电子车牌前端设备等，为公安交管、车路协同、道路照明等业务场景提供全方位前端设备支撑，最大限度杜绝重复建设，建设多功能信息杆柱。设备选型时，需要考虑智慧照明功能，支撑实现精细化管控，如远程开灯、关灯、调光及照明设备状态监测，满足不同等级道路的照明需求。灯杆应具有安全可靠性、先进性、实用性、可维修性、可扩展性和经济性几个方面的特性。

2.2 信号控制系统前端部分

信号控制系统前端规划建设应依据项目实施区域具体路网结构以及交通流分布状况，合理部署信号控制前端设备，通过信控设备部署，合理组织交通流、完善城市道路交通基础设施、提高交通参与者的现代交通意识为前提，对控制区域内的交通流进行实时监视、检测、控制及协调，以有效地改善控制区域内的交通状况。

2.3 电警卡口系统前端部分

电警卡口系统前端建设实现覆盖主次干线所有路口的，针对闯红灯、压实线、不系安全带、接打电话、违法变道等违章违法驾驶行为的自动检测及视频流采集，并能自动记录通过该路口的所有车辆信息（包括车牌号码、车辆颜色、通过时间等），其规划应交警指挥台信息调度管理系统需求说明书及实地调研的需求为主。

2.4 测速设备

测速设备主要针对车辆违法超速行驶，主要覆盖主干路和隧道，设备主要对车的行驶速度，车的特征，车牌号码等进行监测和收集。其具体规划布点应以实地调研的需求为主。

2.5 车路协同前端部分

本项目通过部署路侧基础设施，推动自动驾驶与车联网产业发展；通过RSU 及各类传感器，实现对车辆状态、道路状态的全面感知，为后端平台及前端车辆提供全量、全域、全时的车路数据；以路侧及后台建设为主，在规划阶段，充分考虑与不同厂家车载设备的兼容问题，通过对通信协议、数据格式、设备参数等的规范，实现系统对主流车载设备的兼容。

2.6 电子车牌路侧部分

电子车牌作为公安部门对车辆信息电子采集的一个基本信息载体，通过设置在车道上的读写器可以实现全天候地自动提取过车车辆属性信息、位置信息以及状态信息等，从根本上消除了道路交通管理在时间和空间上的“盲点”，全面扩大了交通管理的监控时段和监控范围，并且因此产生的大数据就可以充分提高城市交通管理的力度，有力支持而实现数字化、智能化的交通管理。其具体规划布点应以实地调研的需求为主。

2.7 可变信息标志部分

交通可变信息标志具有显示形象直观、信息量大、视认时间相对较短、为不熟悉路况的驾驶员指路等显著优点，适用于城市道路路网密集地段。其具体规划布点应以实地调研的需求为主。

2.8 回传网络部分

回传网组网宜采用双归的环形组网，接入层千兆以太网交换机采用1 芯光缆串联的环形组网双规至汇聚交换机，汇聚交换机也环形组网双归至边缘计算节点。采用生成树协议作为环路组网协议，保证链路安全，网络更加可靠，交换机端口资源利用率提升。具体项目应参考回传网覆盖的主路、次路及街巷所有感知设备数据，建议采用PON 方式组网，网络总体架构分为核心层、汇聚层、接入层3 层架构。

2.9 边缘计算节点部分

智能城市需要海量数据的自动采集、分析、处理，以及智慧交通的海量大数据量和计算量巨大，在保证车路协同等新业务响应时延的迫切需求下，亟需建设边缘计算节点进行承载。具体规划时应以满足智能城市前端感知设备、视频监控点位、智能信息杆柱以及车路协同的数据处理需求为基本出发点，同时应能支撑各平台边缘侧智能服务。

2.10 供电系统部分

供电系统规划主要涉及内容包括为信息通信基础设施供配电系统。工程电源引自区域周边临近10kV 开闭所，规划设计内容为10kV 箱变进线、箱变本体及以下配电系统。规划时结合项目所在地区道路周边环境，整体考虑景观效果，道路沿线设置箱变。

3 数字道路建设应用及效果

3.1 数字道路应用

笔者有幸参与了类似工程的相关实施工作，数字道路具体建设应用子系统可以归纳总结为：交通信号控制系统、视频监控系统、违法监测系统、交通信息采集系统事件检测、交通诱导系统、卡口系统、电子警察系统、事件检测、违停抓拍、雷达、LTE-V 专网、边缘物联网平台、边缘计算和应用平台接入、网络安全等。具体子系统关系及外围路网数字道路智能化建设总体拓扑如图1 所示。

图1 数字道路系统架构图

红虚线圈出部分为数字道路项目前端硬件建设部分，主要由终端采集、网络接入、边缘计算节点构成。感知终端通过摄像头、雷达、RSU、环境监测传感设施等感知设备采集路面状况、行人、车辆运行等信息，经数据网络回传至边缘计算节点。边缘计算节点对回传信息网络资源进行存储、计算并将相关数据转发至本地块数据平台。通过本地统一建设的物联网平台、视频一张网平台、CIM 平台进行数据汇聚、数据治理、数据服务、基础服务。赋能应用层交通管理、信息杆柱管理平台、动态高精地图和道路管养等应用。

3.2 数字道路效果

数字道路项目实施后极大提升了智能城市精细化的交通管理与服务，通过数字道路与网联汽车的智能交互，可以实现对交通信息、道路状态、交通设施设备的实时获取与动态感知，实现交通管理与服务的智能化。实现了对重点路段、重要区域和重点部位，进行全天候、无死角的监控，并及时发现异常情况，做出预警，数字道路系统可以实现对单方向各车道车辆违法行为的监测、图像抓拍等功能。对压线、逆行、闯红灯、超速、不按导向行驶、违法变道、违法掉头、违法倒车、路口停止、绿灯停车、机占非、禁止大货车、闯禁令等违法行为的清晰识别。

项目实施后实现路段特定点段、交叉口、公交站点等关键节点和全部标准路段的路况信息感知功能，感知设备在路段关键节点及标准路段覆盖率均达到100%，雷达参数可覆盖所有车道，能够准确捕获机动车超速行驶违法行为，并记录超速违法行为的完整过程。支持大范围端边计算，可以支持项目实施相关道路网络化信号优化控制，支持人车出行安全分析以及公交智能调度指挥，支持微波、视频、雷达等多种车流量检测方式。支持全域人员、车辆、环境等公共安全态势分析和预测，交通信号控制机支持交通流采集功能，可采集时间间隔不大于0.25 s的交通流数据。实现公安、交警等部门对监控数据的共享、共建。

4 数字道路建设前景

数字道路建设前景虽好但还要走很长的路，现阶段人们对数字道路的认知越来越清楚，对数字道路产生的数据资产的重要性也越来越认同。不过，说到数字道路具体应该如何做、数字道路如何建，应该怎样去开展数字道路工作，要建成什么样的数字道路，数字道路要达到什么样的目的，差异还很大。同时，已建成为的数字道路产生的数据资产如何变现也是悬而未决的问题。

5 结束语

数字道路建设运营周期长，牵涉部门多，与社会公众利益密切相关，数字道路产生的数据资产及其潜在应用空间让人充满想象。

数字道路在路侧部署摄像头、雷达、RSU 和边缘计算节点等设备和出行装备装载OBU 单元，以数据流整合为核心，适应不同应用场景，以物联网、移动互联、人工智能等技术为支撑，实现出行信息的实时采集、传输和处理，借助各种科技手段和设备互联，对各种出行情况进行协调和处理，构建实时感知、瞬时响应、智能决策的智能交通体系框架，建立实施、准确、高效的综合运输管理系统，从而使出行设施得以充分利用，提高出行效率和安全，通过建设车路协同基础设施配合数字化智能交通基础设施，通过交通网、信息网、能源网“三网合一”实现车车、车路智能协同，提供一体化智能交通服务，打造全局动态、数据驱动的智能化协同管控，保障绿色出行的安全，提升绿色出行的效率，助力智能城市低碳环保绿色出行。