南寧沙井至吳圩公路智慧高速專項工程設計分析

作者簡介：韋樂香（1988—），碩士，工程師，主要從事高速公路智慧交通咨詢設計工作。

文章以沙吳高速公路智慧高速專項的設計方案為依托，對沙吳高速公路基本特征、項目定位和技術難點進行詳細剖析，分析智慧高速的設計理念和思路，探索傳統高速公路機電工程轉型路徑，總結智慧高速公路的建設成果和經驗，為后續智慧高速公路建設提供參考。

智慧高速；數字化；車路協同

U495A602093

0?引言

近年來，國家先后出臺《數字交通發展規劃綱要》《交通強國建設綱要》《數字交通“十四五”發展規劃》等一系列文件，從國家戰略層面統籌推進交通強國建設，促進先進信息技術與交通運輸深度融合，為交通信息化向數字化、網絡化、智能化發展提供支撐，明確智慧高速公路的建設方向［1］。

根據交通運輸部關于廣西的交通強國批復文件精神“依托南寧沙井至吳圩公路，積極開展車路協同及自動駕駛技術應用，構建云控平臺及交通控制平臺，推動建成智慧高速路段，實現在途傳統車輛及網聯車輛動態管理與調度”［2］，南寧沙井至吳圩公路（以下簡稱“沙吳路”）將建設智慧高速公路專項工程。本文以沙吳路智慧高速公路專項的設計方案為依托，對沙吳路基本特征、項目定位和技術難點進行詳細剖析，分析智慧高速公路的設計理念和思路，探索傳統高速公路機電工程轉型路徑，總結智慧高速公路的建設成果和經驗，為進一步推動廣西區內傳統高速公路更新換代和智慧高速公路的新型基礎設施快速發展提供參考。

1?工程概況

沙吳路是G72泉南高速公路支線G7211南友高速公路和《廣西高速公路網規劃（2018—2030年）》中“縱6線”全州（黃沙河）至友誼關高速公路的重要補充通道，是西部陸海新通道的重要組成部分。沙吳路主線設計全長為28.5 km，其中主線起點沙井至那洋互通長21.0 km，設計速度為120 km/h，雙向六車道，路基寬度為34 m；那洋互通至吳圩西互通段長4.7 km，設計速度為120 km/h，雙向八車道，路基寬度為43 m；全線涉及3處互通式立交、1處收費站、1處服務區、1處養護工區、1處監控通信分中心（如圖1所示）。

2?項目定位和技術難點

2.1?項目定位

沙吳路智慧高速公路專項工程設計旨在以新發展理念，落實交通強國建設、新基建、西部陸海新通道試點

示范工作，探索廣西高速公路高質量發展道路，推進高速公路產業數字化轉型與供給側結構性改革。

2.2?技術難點

項目在智慧高速公路設計從“傳統機電系統”向“新基建”發展過程中，要提供全方位的監管服務、高效的應急響應服務與實時的出行服務，必須解決如下技術難點：

（1）增強路況感知范圍和深度，提高智能化自動識別和分析能力。

（2）提供車路協同系統場景應用必要的基礎條件。

（3）完善基礎數據架構，實現數據互通、共享、融合。

（4）解決高速公路運營管理業務分散，難以協同統一的問題。

（5）實現“一張圖”可視化管理，提升運營管理和決策科技水平。

（6）提升高速公路安全保障能力和綜合運行效率。

3?項目設計要點

3.1?設計理念

作為交通運輸部交通強國試點工程，該項目智慧高速公路設計堅持“目標導向、模塊推進、示范引領”的總體理念，依托北斗、物聯網、5G、大數據、云計算等系列技術的集成應用，服務于高速公路的建設、養護、運營、管理等業務，探索具有廣西特色的智慧公路建設與運營管理新

模式，精準對接“一帶一路”、西部陸海新通道等國家重大戰略，立足廣西、服務全國、面向東盟，推動形成中國—東盟互聯互通的新型數字交通模式。

3.2?設計思路

項目以北斗衛星在交通的應用為主線，設計北斗高精度地基增強網，構建統一的時空基準，攻關道路高精度移動測量設備的設計與集成、全周期空間數據采集、基于物聯感知大數據的路網運行狀態智能檢測等關鍵技術，加強路網運行的全面感知能力，提升基礎設施建設、管理數字化水平［3］，實現數字化精準施工、基礎設施狀況實時監控、交通態勢實時監測預警等智慧應用，形成基于新一代空間信息技術，建設一套融合ETC和C-V2X的車路協同，具有廣西特色的智慧公路技術體系。具體思路如下：

（1） 應用基于新一代空間信息技術，建立具有廣西特色的智慧公路技術體系。

（2）以需求為導向，采用統籌數字化應用與傳統交通工程的設計模式，整合智慧高速公路與傳統機電，形成廣西特色智慧高速公路。

（3） 以時空基準統領多維感知體系的感知網絡，融匯互通感知網絡，實現全域交通狀態的數字化轉換。

（4）構建面向多元的車路協同網絡體系，豐富系統場景應用，實現智慧出行服務全覆蓋。

[=XJT（]南寧沙井至吳圩公路智慧高速專項工程設計分析/韋樂香

3.3?項目建設方案

與常規的高速公路不同，沙吳路智慧高速公路專項工程采用了前瞻性設計理念，融合多維度交通運行數字化感知、北斗高精度定位、車路協同云管控、全生命周期高精度多模態空間數據工程等技術方案，創新試點先進技術的應用，建立車路協同示范應用等一系列創新設計場景，打造廣西第一條支持基于車路協同智能駕駛的智慧高速公路。如圖2所示。

3.3.1?多維度交通運行數字化感知設施

為解決傳統高速公路外場設備感知內容有限、智能化程度不高、無法形成整體感知體系的問題，該項目設計采用多維度交通運行數字化感知手段，結合線路及各構造物的情況，精細化進行選點，在全路段范圍內設置高清視頻攝像機、毫米波雷達、微氣象站等各類感知設施，建立多維度交通運行數字化感知體系，包括全域車輛軌跡感知網絡、車輛運行環境感知網絡、氣息環境感知網絡及邊坡穩定性感知網絡等。

3.3.2?北斗高精度增強網工程

依據沙吳路工程測量、基建施工、構造物狀態感知以及車路協同等業務對北斗高精度信號的需求，項目通過建設北斗高精度增強網工程，主要包括一套覆蓋全路段的衛星導航連續運營基準站（CORS）網絡以及區域高精度數據解算、處理和播發服務平臺，實現北斗高精度定位信號的無縫覆蓋，滿足系統高穩定、高可靠、高連續、可擴展的業務化運行，為各類業務提供實時可靠的高精度定位服務。

3.3.3?車路協同系統

項目圍繞車路協同的設計思路，充分融合C-V2X通信技術、邊緣計算、云控平臺和多維度感知等技術，探索構建一套支撐車路協同應用以及無人駕駛的基礎運行環境，實現路端感知和智能網聯車輛信息的互聯互通，滿足網聯安全預警、高速路網管理、交通信息發布等車路協同業務需求。

同時，項目在采用C-V2X方案的基礎上，積極探索采用ETC平臺搭建車路協同應用的可行性。設計在車路協同方案中選取基于“ETC+C-V2X”的車路協同技術路線，意在探索兩種技術路線并存的可行性，并最大限度挖掘現有資源利用空間。通過整合高速公路收費、監控、養護、出行服務等多系統資源，實現跨系統數據傳輸，形成可服務用戶的有效信息，遵循“充分利用現有ETC門架、與智慧高速路側感知設備共用、關鍵點位部署路側通信設備”的原則，通過ETC天線為現有存量ETC用戶及智能OBU用戶提供限速提醒、擁堵提醒、氣象預警、道路危險狀況信息服務。

3.3.4?全生命周期高精度多模態空間數據工程

基于智慧高速公路在數字化施工、車路協同、智能養護作業以及公路基礎設施數字化等業務對地理空間數據的需求，項目設計綜合天地一體化遙感、北斗、GIS與BIM等技術，通過開展沙吳路多源空間數據的獲取與處理，形成高精度、多模態空間數據的數據庫系統，提供在線與離線數據服務、數據產品定制等形式的空間數據服務，為智慧高速公路的施工、運營、養護以及車路協同等新業態提供全生命周期的高精度、多模態空間數據服務支撐。

3.3.5?云管控平臺

云管控平臺是智慧高速公路的大腦，是系統數據采集、數據處理、數據下行和數據安全的關鍵所在。具體建設內容包括云基礎設施、交通大數據中心、智慧交通云管控支撐中臺（包括AI中臺和業務中臺）和智慧應用（包括運營管理現代化展示、收費機電管理、道路資產養護管理、應急服務管理和智慧服務區管理等智慧應用系統），實現對道路全域的各類多源數據的動態管理、數據處理和精準發布，以及對所有在途智能網聯車輛進行動態追蹤與檢測，并通過對車輛實時運行狀況進行分析，形成動態調整實時管控機制。如圖3所示。

3.3.6?主動安全管控系統

為提升高速公路安全保障能力和綜合運行效率，打造完善可靠、反應快速的交通安全體系，將主動安全設計理念融入各個環節。設計根據該項目特殊路段、構造物及運營管控需求等特點，采取在互通匝道分合流區域設計匝道智能管控系統，在項目團霧多發路段設置霧區誘導系統，在全路段設置車道級的主動管控系統等諸多措施，形成系統性的主動安全管控系統。

4?項目實施效果

4.1?實現道路及環境狀態的全方位實時感知

通過主動采集路段的車輛軌跡信息及相關環境信息，并對車輛行駛狀態和交通態勢進行研判，增強路況感知范圍和深度，提高智能化自動識別和分析能力，構建了全方位的信息采集系統，實現對道路及環境狀態的全方位實時感知。

4.2?實現北斗技術在交通領域的深化應用

通過建設北斗高精度地基增強網系統，不僅為智慧高速公路的施工、運營、養護以及車路協同等提供全生命周期的高精度、多模態空間數據服務支撐和具體應用，重要的是為智慧高速公路數據處理和數字化發展提供了宏大的、可持續發展的技術框架。

4.3?構建全生命周期高精度多模態空間數據，建立智慧高速公路“大腦”——云管控平臺，實現了綜合系統應用的一張圖管理

項目設計以北斗高精度地基增強網系統為支撐，通過多元方式進行高精度、多模態的空間數據采集，構建多模態空間數據管理服務基礎，完善基礎數據架構實現數據互通、共享、融合，為智慧高速公路的施工、運營、養護以及車路協同、自動駕駛等新業態提供全生命周期的高精度、多模態空間數據服務支撐。

同時，為解決高速公路運營管理業務分散難以協同統一的問題，項目采用新舊融合的設計理念，建設云管控平臺（即一體化南寧區域中心、交投集團六律中心），突破傳統平臺的割裂設計，通過多源數據的融合，構建基于云計算技術的大數據應用服務體系，建立高效的應急調度系統，實現綜合系統應用的平臺管理，成為集監測管控、應急調度、出行服務、運營管理、智能養護、智慧運維于一體的智慧高速公路“大腦”，并構建交通仿真的數字孿生可視化與交互系統“一張圖”，提升運營管理和決策科技水平，在數據融合與賦能高速公路方面作出了有益嘗試，為后續既有高速公路升級智慧高速公路建設提供可借鑒經驗。見圖4。

4.4?提升高速公路安全保障能力，提供安全通暢行駛環境

項目打造了完善的主動安全管控系統，具有強大的綜合車輛管控能力，實現對車輛速度進行協調控制、對車道進行安全管理以及對交通流進行宏觀管理，有效降低交通態勢風險，提高行駛舒適性、安全性和效率，為交通參與者提供安全的出行環境，保障司乘人員的生命財產安全。

5?結語

沙吳路項目采用前瞻性設計理念，融合多維度交通運行數字化感知、北斗高精度定位、車路協同云管控、全生命周期高精度多模態空間數據工程等技術方案，創新試點先進技術的應用，建立車路協同示范應用等一系列創新場景設計，打造全天候安全保障、全方位出行服務體系，構建智慧高速公路示范工程，形成數字交通設計的經驗和標準，對加快發展廣西智慧交通起到示范和推動作用。

參考文獻

［1］李昱岐，葉?青.智慧高速公路建設探討［J］.中國交通信息化，2021，261（9）：91，93-97，105.

［2］交通運輸部.交通運輸部關于廣西壯族自治區開展推進交通運輸高水平對外開放等交通強國建設試點工作的意見［EB/OL］.http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-09/02/content_5539532.htm，2020-08-24.

［3］廣西交通運輸廳.廣西壯族自治區交通運輸廳關于印發數字廣西交通運輸創新發展三年行動計劃（2020—2022年）的通知［EB/OL］.http：//jtt.gxzf.gov.cn/zfxxgk/fdzdgk/zcfg/gfxwj/t2148594.shtml，2020-01-24.