鄂州机场高速的“聪明”之处——混合流下湖北首条智慧高速的探索与实践

文 /图 湖北交通投资集团有限公司 张再武 夏隽 罗如意 刘文婷

2022年5月1日零时起，全长13.042公里、采用双向六车道高速公路标准建设、设计时速120公里、国内首次全线引入多参量光栅阵列传感网络的湖北省首条智慧高速公路——鄂州花湖机场高速建成通车，将对未来建设长江经济带多式联运体系、带动武汉城市圈临空经济发展具有重要意义。

鄂州花湖机场高速公路（以下简称“鄂州机场高速”）是鄂州花湖机场连接汉鄂、武黄、武阳等湖北省内高速公路的重要通道，可增强鄂州东部与武汉、黄石等地之间的互联互通，是鄂州花湖机场“空转公”的重要一环，对完善鄂东地区路网布局、打造航空客货“双枢纽”提供交通“硬连通”。

作为湖北省首条智慧高速，鄂州机场高速主要服务于公空联运和物流集散。为使货物能从路网中更快速地集聚到机场或从机场更快速地疏散到路网，项目方结合全国智慧高速建设经验，提出“以安全、畅通为前提，提高公路运营管理能力，最大限度地提升路网承载能力和服务水平，促进产业发展”的建设理念，并基于雷达、视频和光栅光纤的多源融合传感系统，在国内首次全线引入多参量光栅阵列传感网络，使之成为湖北省首条全时、全域、全天候可感知、可触达的智慧高速公路。

鄂州机场高速到底“聪明”在哪儿？

系统搭建因“人”而异

鄂州机场高速智慧系统搭建以服务各高速参与方为出发点，在赋能运营人员对高速公路高效管理的同时，实现信息对高速交警、高速路政人员、司乘人员等其他高速公路参与方的全面触达。

链接

鄂州花湖机场

鄂州花湖机场位于湖北省鄂州市鄂城区燕矶镇杜湾村附近，为4E级国际机场、航空物流国际口岸、亚洲第一座专业性货运枢纽机场。

高速公路运营公司

通过运行监测与应急指挥调度系统、交通仿真平台、智能一体化运维、资产数字化管养、收费运营管理五大应用，为高速公路运营公司在管理、养护、运营等方面提供高效服务。

高速路政

通过打通高速路政系统与高速公路一体化平台信息共享端口，支撑施工管控、超限管理、路政巡查、道路服务能力评估等一系列路政业务，帮助路政人员更好地保障公路使用质量，提高路产路权维护能力。

高速交警

高速公路一体化平台与高速交警系统互联互通，实现数据共享、业务联动，为高速交警在交通事故处理、交通安全预警、交通疏导等方面提供信息支撑，并在管制建议、违法取证、事故回溯方面提供依据。

物流公司

通过打造不停车称重预检系统、准自由流收费系统及机场称重数据推送系统，减少货运车辆排队称重上下高速的时间，提高运输效率；通过公共出行服务平台实时发布航班信息、机场内相关信息等为物流公司提供精准服务。

在车路协同方面，重点解决恶劣天气条件下，不具备自动驾驶或智能网联能力的物流车辆通过预约通行、前车引导、后车跟随的方式实现全天候低速编队通行的方式，保障物流不中断、货物不滞留，为机场货物快速集散提供强力支撑。

司乘人员

通过搭建完善的公共出行服务系统，确保道路管理方与司乘人员的信息对称，并以App地图信息发布、主线信息提示、短消息推送等方式，帮助司乘人员快速获取道路交通信息，实现安全、高效、便捷通行。

感知设施按区域布设示意图

感知设施按“需”而布

未来相当长的一段时间内，高速公路网将存在传统高速与不同等级智慧高速的混合情况，即混合路；而高速公路交通流也将存在由传统驾驶车辆、智能网联车辆和单体自动驾驶车辆组成的混合情况，即混合流。为此，项目方从安全、效率、服务出发，按需布设感知设施，以探索混合路和混合流情境下湖北智慧高速建设的差异化路径。

为满足不同类型车辆对鄂州机场高速的不同需求和期望，项目方在汲取国内其他省份智慧高速建设经验的基础上，通过前端感知能力融合和后端软件算法交互，将路段划分成核心区、扩展区等不同等级的区域，再针对各区域特点“分段设置、分类配置”感知设施。例如，在核心区（从主线收费站到与汉鄂高速相接的东庙枢纽），高密度布设光栅传感、毫米波雷达、多线激光雷达、摄像机、V2X路侧单元等设施；在扩展区（东庙枢纽到项目与武黄高速相接的陈桥枢纽），只布设光栅传感、毫米波雷达和摄像机，并降低布设密度；其他区域则少量布设摄像机等。鄂州机场高速布设的主要感知设施包括：光栅光纤96公里、门架式情报板9套、F型情报板5套、车道指示器36套、电子卡口14套、雷视一体设备18套、智慧基站12个、V2X设备3套。

触觉网络由“感”而发

智慧源于数据，数据来自感知。项目方在业内首创阵列光栅传感技术感知应用，先通过在路面下基层顶部沿车道方向全线埋设阵列式光栅光纤，凭借光纤内5米间隔的阵列传感器实时感知车辆行驶振动，使鄂州机场高速具备“触觉”；再融合光栅光纤与视频、雷达监测数据，使鄂州机场高速达到“视觉+触觉”的综合感知，进而真正实现了全时段、全路段、全天候的“车路一张图”。这不仅解决了现有视频和毫米波雷达探测手段定位精度不够，尤其在恶劣气象条件下识别率大幅降低的问题，还改变了国内智慧高速建设无法实现信息监测全覆盖的现状。

阵列光栅光纤精确感知示意图

光栅光纤、雷达、摄像头等融合感知结构图

基于点云处理、时空同步、深度学习等技术，鄂州机场高速的触觉网络可实时汇集多模态跨频谱感知数据（光栅光纤、激光雷达、毫米波雷达、视频相机、车牌识别相机），对多元数据进行融合与特征提取，实现空间标定和时间同步；基于时空基准同步技术，利用感知标定、降噪、目标去重、算法融合等手段，可把分段、独立的感知数据融合成全域、连贯的感知数据，基于边缘计算技术、坐标转换，将不同来源的数据加以优先级判定，再通过车辆轨迹跟踪累计误差消除等手段分析处理感知信息，可对交通参与者实现多目标精准定位，并在数字孪生平台上以“一张图”监控和全域跟踪的方式反映出车辆动态行驶路线、全域交通事件及交通事故信息，并将交通服务策略数据发布到App、情报板、定向音和V2X-RSU中。在此过程中，利用“激光雷达+视频传感器”融合数据，可训练光栅感知数据集，实现光栅感知能力的AI提升。

车路一图依“准”而定

混合流下，大部分车辆不具备车道级定位功能，如何实现对车辆行驶状态的精准跟踪，是智慧高速关注的重点问题之一。

基于光栅光纤所构建的“车路一张图”，在大部分车辆不具备车道级定位的情况下，鄂州机场高速通过沿线情报板、手机App、微信小程序等多种信息触达手段，可向司乘人员动态展示前后500米车辆的位置、距离、车速等信息，甚至对于不具备智能联网功能的传统车辆，也可使司乘人员及时掌握周边路况和车辆状态。

此外，考虑到鄂州地区地处平原，一年中有近一个月会因恶劣天气关闭高速收费站，进而影响花湖机场货物中转效率的问题，项目方还针对“车路一张图”设计了全天候低速编队通行的应用场景，即在恶劣天气条件下，确保物流车辆通过预约通行、前车引导、后车跟随的方式，在保持安全距离的前提下，顺利通行高速公路。该场景应用受益于阵列光栅光纤对每一车辆的精准跟踪，由云控平台实时感知并掌握车辆编队状态下的周边路况，从而指挥车队在恶劣天气下安全行驶。

组图：基于光栅光纤的“车路一张网”示意图

基于专用APP的信息触达

货车编队引导及信息触达

智能水平为“便”而升

支撑安全管理

光栅阵列传感光缆可搭建大容量、长距离、高密度、多参量的光栅阵列传感网络，从而感知车流信息、路面状态、路网实时运行状态，为后续的路段交通态势分析、驾驶行为评价、辅助驾驶信息服务，提供全时、全域、全天候的可靠数据；辅助毫米波雷达、激光雷达、电子卡口等采集设备，可实现对任意车辆的全息数据（车牌、车型、车速车距等信息）绑定和车辆全域跟踪、全域控制，从而为实现控制流量、控制车速、控制车距、抑制变道等交通安全管理提供重要支撑。

智能网联平台系统架构图

为提升道路通行安全，鄂州机场高速智能网联平台系统还通过与湖北省公安厅高速公路警察总队合作，接入了两客一危、12吨以上重点货运车辆数据，以及车辆在途连续驾驶时间、车辆历史不良驾驶行为记录等数据，具有不合格数据的车辆一旦驶入高速，就会被系统进行信用画像和评价，这也为鄂州机场高速今后建立驾驶行为的量化积分、基于信用评价的差异化收费功能及高速公路会员体系奠定基础。

优化运营效率

通过导入高精地图、三维建模与全息感知技术，鄂州机场高速实现了物理道路与数字道路的映射与互联互通。通过数字孪生技术分析预测感知信息，辅以道路运营、管理的模拟仿真，鄂州机场高速的智能网联平台系统可对现实中可能产生的交通状态、环境状态、基础设施健康状态进行智能预警，并形成最佳的控制方案、应急预案和运维养护策略，进而指引和优化路段的交通管控能力，提升道路的运营服务水平。

此外，依托准自由流收费系统，项目方还在高速入口建设不停车称重预检系统、出口设置ETC预交易系统，通过将收费站车道开闭状态与沿途门架式情报板联动，便于驾驶者自主判断并提前选择相应的通行车道。

触达服务用户

通过对接物流公司运营平台，智能网联平台系统可获取物流车辆排班班次、场站内称重重量、充电桩信息、停车场车位等数据，从而做到称重信息互认。货运车辆不仅可免称重，直接从ETC车道便捷上下高速，还可及时获取机场内车位、充电桩等数据，从而减少绕行，节能降耗。

依托新基建，打造新交通。鄂州机场高速的建成，标志着湖北省智慧高速建设迈出了关键一步。作为鄂州机场高速的投资建设方与运营方，未来，湖北交通投资集团有限公司将勇于探索，先行先试，不断完善和充实智慧高速建设内涵，为湖北加快“建成支点、走在前列、谱写新篇”贡献新的力量。