高速公路智能+數字化一體化運營管理實踐

2018年，交通部印發《數字交通發展規劃綱要》，為我國高速公路數字化建設提供了全新發展思路。整體要求到2025年，在交通運輸基礎設施和運載裝備全要素、全周期的數字化升級方面，要有新發展，同時要基本建立起數字化的收集體系和網絡化傳輸體系；在2035年前，實現全周期的全要素數字化，初步建成一體化的立體交通網絡，實現“隨需而來”的快速出行。規劃中還提出一些特殊的要求。一是建立數據收集系統。在高速公路上，最重要的是實現道路網絡的數字化建設，實現道路網絡的全面感知。二是建立網絡傳送系統。最終實現“多網合一”的交通運輸網絡通信網，實現“大覆蓋，低延遲，高可靠，大帶寬”的交通運輸網絡通信網。三是建立智慧的運用系統。運輸領域要推進行業管理的現代化，積極構建數字化、信息化的系統與應用。

一、高速公路營運業務現狀分析

1.經營管理一體化的需要。當前，高速公路運營的主要內容包括收費、路政、養護、機電、監控、安全、綜合等幾方面，每個方面都會生成海量的運營數據。

在運營業務融合方面，各業務板塊之間有著工作界面的互動以及業務協同的需要。當前，它們在數字化和信息化水平上，還具有很大的不平衡性，運營數據不能進行流動、共享，相互融合、聯動方面也比較缺乏，這對于面對突發事件的應急救援不利。

2.商業業務管理的一體化需要。許多高速公路路段都采用綜合監控平臺，對大量分散信息進行整合，對監控大屏的圖形和數據進行最大限度優化。然而，在現實運行中，人們對交通事件、相關路產、車道、門架、通行服務等方面的關注，有的位于收費網段，有的位于公共網段，這些海量信息很難被高效地集成與使用。因此，我們以業務融合與系統融合為核心，以解決運營業務問題為目標，將智慧化、智能化的工作重心，聚焦于對主線異常事件的感知與控制和對突發事件的處理。近兩年來，本項目聚焦于現場事故感知與裝備控制，并以此為基礎，逐漸向現場事故與裝備控制方向發展。

二、高速公路智能+數字化一體化運營系統的組成和作用

1.智慧費亭。收費亭是高速公路收費站及收費通道的重要構成，其對信息互聯共享及實時處理能力的要求日益提高。以此為基礎，在長期的研究和分析后，企業確定建立一個“數據池”，通過語音對講和人機交互等技術，解決了不同用戶間的信息不暢通問題，構建集“模塊化”“智能化”“人性化”“公共服務化”和“制度化”等功能于一體的新型高速公路收費亭，這就是“智慧費亭”。

2.應急指揮調度平臺。當前，我國公路交通事故處理現狀與要求已有較大改變。在信息化投入不均衡、應急體制不健全的情況下，很容易導致管理執行不力、效率低下、司乘體驗不便利等諸多問題：①缺乏有效的信息來源。最近幾年，隨著高速公路交通運輸量的快速增加，原本以單一路段區域為單元的信息采集、處置和調度體制，已經不能夠與道路安全應急和管理服務的需要相匹配，尤其是工作人員在處理安全突發事件時，因為缺乏可以為其提供各種數據集成的平臺或軟件，其基本功能沒有得到最大程度發揮，信息資源高效整合和跨部門、跨路段的協同機制還需要進一步強化。與此同時，因為相關的技術還不夠成熟，所以不能對突發事件進行事先的監控和預警，導致對一些突發事件不能進行事先預防，也不能對已經發生的突發事件所帶來的社會危害進行及時控制。

②在硬件和軟件構建以及合作關系方面存在的問題。如果僅僅將安全應急作為一個方向來展開這一體系的構建，那么它并不能讓道路交通安全的預防預控、對應急信息的采集整合、對應急資源的科學調配。因此，迫切需要構建一套全面的運營監測、協同管控及信息服務體系，從而達到源頭防控、過程控制和科學評價目的。

③事故處理中的工作人員職業素質較低的問題。因為有些部門或工作人員在緊急情況下的專業素質較低，他們在對待緊急情況的態度上沒有給予足夠關注，這導致在緊急情況下，工作人員在應對緊急情況方面的經驗不足，而且他們所采用的救助方法也不夠專業。

為了突破當前突發事件處理中的技術瓶頸，開發了“智能+數字化”突發事件指揮與調度系統。“安全第一，預防為主，綜合治理”的工作思路，以ISO9001安全與緊急事故處理模塊為基礎，建立“遠端引導、中端分流、近端管控”的緊急事故處理流程，健全道路運營監控與信息上報制度，對事故處理過程進行追蹤，提升事故處理的效率與效果。

應急指揮調度平臺的主要功能：a.強有力的信息整合功能。系統采用了互聯網技術，對手持終端和計算機端的同步進行了支持，同時還具備了地圖定位、音頻視頻傳輸等功能，通過緊急統一指揮調度管理手段，讓應急數據能夠無縫共享，從而有效地解決了現場信息傳遞的瓶頸問題，讓信息聯控和無縫銜接得到了加強，從而大幅提升了處置效率。b.實現了軟、硬一體化管理。通過該系統的軟硬件有機地配合，將路面圖像及時地傳輸過來，從而達到“電子巡查”的目的。該系統不僅實現了高速公路全程的實時監測，而且實現全省各區域之間的信息交流，實時發布與交通有關的信息，以及突發事件的現場信息。c.高效而精準的資料處理能力。具有數據分析與統計的能力。在此功能中，對事件按照等級、類型、管段及擁堵指標展開了統計分析，從而可以對事件進行實時、精確控制，從而可以直觀地展現出道路安全狀態和事故發展趨勢，從而讓安全突發事故管理變得更加精確、專業。d.收集與警報的自動化播報。利用獨立運行的服務器，對外場氣象工作站、能見度檢測器及道路溫度檢測器設備展開了自動的數據采集，當溫度、降雪量、能見度等信息超出了閾值之后，就可以自動向應急值班人員發送報警信息，并對報警級別進行自動判定。

3.機電運維系統APP。通過使用機電運維系統APP，工作人員可以在高速公路上使用先進的技術來實時、有效地監控和控制車輛。這樣，工作人員就可以更好地控制車輛的運行情況，并且可以更有效地保證車輛的安全性和可靠性。此外，機電運維系統APP的使用也可以幫助工作人員更好地降低人力成本。通過這項技術，不僅能夠向管理人員提供完整的設備管理數據，而且有助于他們掌握和監督設備的運營狀態，從而大幅提升企業的現代化經營水準。

①系統基本組成概況。機電運維系統APP作為高速公路機電運維系統的重要組成部分，不僅可以有效地控制和管理道路設施，而且還可以為高速公路機電設備提供現代化的管理服務，并且可以實時監測和跟蹤故障的處理流程。在此過程中，重點關注機電維修的進展，并密切監測設備的運行狀態。機電運維系統App作為一個智能化的移動平臺，能夠整合多種功能，包括收費、監測、通訊、照明和配電。它還能夠為用戶提供專業的機械維護和保養平臺，支持多種功能，如機械保養、檢測和維修，還能夠實現對用戶的實時跟蹤和分析。

②機電運維管理內容。盡管高速公路機電管理部門已經采取了多種措施來提升IOS的質量，包括采用人力、計算機技術，但仍未能徹底改善機電運維的實時性，僅僅依賴于傳統通信或其他形式的溝通方式。而采用機電運維系統App技術，則可以大大改善這一狀況。該系統由三個組成部分組成：機械保養和維護、機械檢測和智能監測。

通過定期機電維護和管理，可以確保每個部件都處于良好的狀態。維修人員會定期檢查和修復所有的部件，確保它們的運轉狀態良好。此外，工作人員還會定期測量和評估所有的性能參數。當技術人員檢查設備并發現故障時，他們就可以進入維修管理。如果收費管理部門也遇到了類似的問題，他們也可以進入維修管理。通過機電設備監控，工作人員可以全面了解設備的狀態。

采用先進的技術，工作人員可以實現機電設備的遠程監測，可以將設備的運行情況以拓撲圖的形式展現，并且可以及時地將可疑的問題反饋給用戶。此外，工作人員還可以利用多種顏色的圖表，如紅、黃、綠，將設備的實際情況和可疑問題展現給用戶，從而更好地了解和處理各種可疑的問題。

③機電運維系統APP的設計及功能實現。機電運維系統APP數據框架。本機電運維系統APP是專為機電運維而設計的，它使用了Java和Object C技術，可以在android和ios平臺上使用。它還可以連接到機電運維管理系統和PC端，實現數據的對接和共享。在這句話里，工作人員提到了使用.net技術來構建的后臺管理系統，并使用SqlServer數據庫來保護數據。在使用移動設備時，工作人員使用SQLite數據庫來保護數據，并使用了相同的身份驗證。

機電維護管理。按照不同時間段要求，將主機進行精細的管理和保養，從每天、每周、每季度、每年的檢查，都要進行精確的管理和保養。此外，采用全面智能技術，實現對保修登記的實時監控，從而保障主機的安全。當工作人員的主機健康運行，但是它卻突然失靈了。工作人員只需要打開一個對話窗，就能看到這個問題的答案。這個答案會被保存，以供工作人員查看。工作人員還能通過這個窗口，查看更多故障細節，以及更多相關資料。

機電維修管理。當設備出現問題時，票據管理工作者會首先輸入問題的相關數據，并開始執行相應的問題解決方案。在解決方案執行完畢之前，需要經過嚴格的檢查和審核，以保證質量。此外，還需要對問題的解決方案和質量控制工作進行審核，以保證質量控制工作的順利實施。經過精細檢查和審核，工作人員將會發布一份完整的維護和保養報告，這份報告將會被機電運維系統APP的后端消息推送給所有管理者。同時，工作人員還將會將所有設備運行狀態以拓撲圖的方式展現給用戶，讓用戶能夠清晰地了解到。

機電設備狀態監控。通過使用機電設備維修和維護子系統，工作人員能夠自動生成設備的拓撲圖，并能夠實時監測設備的狀態。如果發現設備出現故障，工作人員的機電運維系統APP會向用戶發送消息提醒。

三、實施效果

1.通過采用先進的語音通訊和人機交互技術。智慧費亭成功地消除了費亭個體間的數據隔離，構建出融合多種功能的綜合型高速公路，其既具備傳統的硬件設施，又具備先進的軟件功能，還具有完善的環境監測和公共服務，以及嚴格的安全管理。

“智慧費亭”給旅客們提供無線網絡，讓他們可以在收費處享受到無線網絡；收費站收費人員可以利用設在收費崗亭中的專用平板計算機，來接收站所或中心發送的實時路況、天氣情況等信息，并對過往駕駛員進行及時提示；車站還在服務區和收費站中設置了微信公眾號二維碼，這樣就可以讓過往司機們可以掃描關注，并收到實時的交通狀況。此外，車站還可以利用這個公眾號，享受餐飲預訂、緊急救護和微信繳費等個性化服務。

2.通過使用機電運維系統APP，工作人員可以在高速公路上使用先進的技術來實時、有效地監控和控制車輛。這樣，工作人員就可以更好地控制車輛的使用情況，同時也可以更有效地監控車輛的狀態。

3.該智能視頻分析系統可以24小時不間斷地收集和處理高速公路的視頻數據，可用于識別和處理各種突然情況。如交通擁擠、汽車故障、行人橫跨、汽車倒退、垃圾飛濺、汽車駕駛員離開、隧道煙霧、火災和交通事故。還可以根據不同的情況，自動觸發聲音和閃爍的警告，從而達到主動監控、控制和在線預警的目的。①晝夜不停對路網運行監測。通過使用這個系統，工作人員能夠在24小時內連續監測道路運行情況。工作人員能夠通過觀察視頻圖像來獲取交通流量信息，并能夠準確地識別出車輛類型，其計算精度高達90%。為了讓駕駛者能夠全面把握汽車的運營情況，系統將以圖形的形式，將分車道、分上下行的交通流量進行可視化，以此來反映公共汽車的整體情況，而且工作人員還將定期對這些信息進行更新，以此來滿足駕駛者的需求。

②外場設備運行狀態監測。通過使用高精度的技術，系統能夠更加迅捷地識別出外部環境中的故障，并能夠迅速采取措施，如通過視頻圖像來識別出黑屏、抖動和雪花等異常情況，同時也能夠通過實時的監控來識別出畫面中的道路和被障礙物遮擋的情況，并且能夠立即向用戶發出警告。

③道路異常事件報警。在突然的交通擁堵、停車、逆向車輛和撞車等情況下，智能車輛管理系統能夠自動識別和追溯這些車輛。如果車輛在高速公路上遇到了擁堵或停車，車輛管理系統能夠自動向駕駛者和其他車輛發送警告。如果車輛在高速公路上遇到了擁堵或停車，車輛管理系統能夠自動追溯車輛的運動軌跡，為駕駛者和其他車輛的安全駕駛提供幫助。采用先進的技術和方法，工作人員的監控系統能夠更有效地進行自動化管理，并且能夠更快地處置突發情況。

④擁堵預警及事前干預。由于先前的道路情況會導致大量的交通擁堵，因此，開始使用智能交通管理系統來實時跟蹤道路上的交通情況。如果道路上的車輛數量超過了工作人員的限制，工作人員會立即向駕駛者發送交通擁堵預警，并告知他們需要特別留意下面的重點道口。如果需要，系統應該盡早采取措施來緩解道路擁擠，從“事中處理”到“事前干預”，從而從被動地觀察到積極的管理，這樣就會顯著地降低道路的擁擠程度，從而顯著地改善道路的總體運營情況。

⑤實時路況監測及預測。為了更快地解決交通擁堵問題，交通管理人員將利用視頻分析技術來確定道路上的交通流量，并根據這些信息來判斷下一階段的交通情況。如果發現擁堵，系統將會發出四級交通擁堵預警（紅、橙、黃、藍）。當發生交通事故時，系統將會自動監控路網的運行情況，并且能夠預測事故對交通流的實時影響，從而確定未來一段時間內事故的影響范圍和擁堵持續時間，同時也能夠評估未經人工干預的后果，并給出有效的誘導措施。

⑥高速團霧檢測報警。隨著時間的推移，由于某些特定的氣象條件，我們可以看到，當工作人員走上高速公路時，可以看到幾十米至上百米的區域都有濃濃的云層。為了讓駕駛者更加安全，系統將通過對視頻圖像的分析來計算和收集這些云層的濃度。如果天空中的云層濃重，系統可以使用更先進的技術來控制天空的云層，以減少云層的影響。這些技術可以取代傳統云層探測器，以更準確地探測到云層的位置，從而更好地控制云層的擴散。此外，系統還可以及時向公眾發送最新的天空氣象數據，以確保公眾安全。

（作者單位：北京華北投新機場北線高速公路有限公司 ）