走进鄂州花湖机场智慧高速公路
编者按：近日，在赛文研究院主办的“2022年智慧高速技术与应用跨年分享会”中，湖北交投科技发展有限公司首席专家、技术总监夏隽作了《智慧“双枢纽”慧建“集疏运”—走进鄂州花湖机场智慧高速公路》的报告，对鄂州机场智慧高速建设进行了回顾。
该报告对鄂州机场高速建设的项目背景、价值赋能、建设特点和场景应用进行概述，介绍了基于雷达、视频、光栅光纤等传感设备的多源数据融合感知网络，具有全时全域、全天候、可感知、可触达特点的一体化智能网联高速公路。
一、项目背景
鄂州花湖机场是世界第四、亚洲第一的专业货运机场，与武汉天河机场共同构成湖北的客户双枢纽。鄂州机场高速起点位于花圃机场，全长13公里双向6车道，该机场高速主要服务于鄂州花湖机场，交通量以货运车辆为主，是客货运双枢纽的重要通道。
我们通过分析鄂州花湖机场的运转模式发现，它的货物转运主要集中在夜间进行，在恶劣天气下也需要能够保证货物的正常集散。所以在规划湖北省第一条智慧高速试点路段的时候，我们聚焦于公路运输服务的本质，着眼于公空联运的效率提升，充分满足恶劣天气下物流不受阻、货物集散速度要求快、应急处置效率要求高的公路需求。
我们的项目目标是基于雷达视频和光栅光纤的多元融合传感系统，打造一条全时、全域、全天候可感知、可触达的智慧高速公路。这条路没有服务区、隧道和长下坡，为先行先试智慧高速的技术、产品、场景提供了机遇。
我们在全线设置了7套激光雷达为主的智慧基站，18套雷视一体机和96公里的光栅阵列振动传感缆，同时设置了9处高清卡口，9处图文式情报版，以及372处智慧路灯。
二、价值展现
我们希望通过协同、开放、共享这一理念来满足各方的需求，通过多主体、多手段赋能，实现物畅其流、人便其行。
对于高速公路运营公司来说，通过运行监测与应急指挥调度系统等五大应用，为高速公路运营公司在管、养、运等方面提供高效服务。
对于高速路政来说，实现对施工管控、超限管理、路政巡查、道路服务能力评估等一系列路政业务的支撑，提高路产路权维护能力。
对于高速交警来说，通过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。
对于物流公司来说，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。
对于司乘人员来说，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，帮助司乘人员快速获取道路交通信息。
建设总体思路的核心在于一体化智能网联平台。一体化智能网联平台重点聚焦在运行监测、指挥调度、公众出行和智慧运营四个板块，与国内的其他智慧高速建设有所区别。项目建设过程中，我们没有采用北斗高精定位和5G通信等新技术，希望探索一种基于非网联汽车的信息服务和触达的方式，为其他路段的推广提供可能。
此外，我们在高速公路植入“神经元”，将光栅阵列传感网络全程敷设高速公路道面，通过16000多个光栅传感器真正实现了“触觉+视觉”的交通运行综合感知；发挥不受光照、雨雾等影响的全时段、全天候感知能力，实现了全域车路快照，生成了全域车道级的“车路运行一张图”。下图是每一辆车的车速、所在的车道号、经纬度，在每一时刻都进行了精确标注，这也是鄂州机场高速一体化管控平台的一个主要界面。
在智慧感知网络建设方面，我们遇到了很多问题，如牌照识别率、数据推送的及时性、光栅与卡口数据匹配等问题。在开发过程中，这些问题确实制约了效果的呈现和项目的成败。后来通过我们的不懈努力，进行了模型和算法上的优化，目前取得了比较好的融合效果。
同时，我们攻克了时空精准同步、不同空间坐标系转换、多源数据质量治理、优先级判定以及缺失数据插值等一系列难题，最终实现了200ms一帧的融合数据推送，形成可应用的“车路运行一张图”，为精准服务信息提供了数据基础。
三、建设特点
1.感知手段创新（态势全感知）
湖北交投集团联合武汉理工大学姜德生院士团队，首次将光纤光栅阵列传感系统应用于智慧高速领域，充分发挥了光纤光栅阵列传感技术的大容量、长距离、高密度等优势，真正实现了对鄂州机场高速交通信息的全时、全域和全天候监测。同时，光栅传感器能实时监测道路桥梁健康状况，及时发现路面坑槽、裂缝及桥梁下挠、错台等病害，为预防性养护提供科学依据。
我们创新性地在公路道路材料中植入光栅阵列传感“神经元”，使全域道路都具有多种参数智能感知的功能，同时将道路网格化划分（横向每车道纵向3~5米，为一个编码单元），全域道路（13km）被划分为16000个编码单元。网格化提供了及时可靠、全域连续、定位准确的交通参量计算数据，为实现全时全域全天候的高速公路智能化提供信息基础。下图是光纤光栅在道路上的埋设示意图。
关于光栅光纤在路面各层中的位置，我们选择埋设在上基层底部，避免后期路面面层维修铣刨破坏。在工程施工前，我们对光栅光纤的封装、成缆加工工艺进行了改进，以提高变形冗余度。同时还对已通车路段进行验证探索，试点采用路面开槽埋设光缆的方式采集车辆信息。
2.通行方式创新（通行全天候）
通过借助平台精准判断路况、车辆轨迹和位置的能力，在交通安全管理部门协同下，探索不良天气条件下的分类分级动态通行管控。同时，物流企业车辆可通过手机APP实现预约编队低速通行，通过“前车引导、后车跟随”的方式进入高速，确保通行不中断、货物不滞留，真正实现货运无忧。
3.解决方案创新（建设成本优）
我们在吸收了国内其它省份智慧高速建设经验的基础上，对鄂州机场高速13公里的路段，进行了感知设施的“分段设计、分类配置”，将路段划分不同等级的区域，针对不同区域的特点设置不同密度、不同种类的感知设备，实现感知设施按“需”而布。将路段划分不同等级的区域，针对不同区域的特点设置不同密度、不同种类的感知设备。
在核心区（从主线收费站到与汉鄂高速相接的东庙枢纽）高密度部署光栅传感、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（从东庙枢纽到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密度；在一般区，只部署少量摄像机等。
四、场景应用
1.美好出行——伴随式服务信息提示
一体化管控平台能够为司乘人员提供车道级前后车辆的超视距预警。针对单车进行个性化的提示，司乘人员可通过电子情报板、手机APP等出行服务系统实时获知前方路况、车流量、车辆位置及前后车距等信息；还提供预见性变道、控制车距车速等辅助驾驶功能，为高质量出行提供智慧保障。
此外，平台还具有预称重功能。对于机场公司出来的车辆，可实时接收机场公司推送的数据，并在主线段对车辆的重量进行不停车预检；正常的车辆会推荐走相应的车道，超载车辆就在前方掉头；在出口侧建设了预交易分流的系统，对相关的车辆走人工车道还是ETC车道给予提示，提高了收费道口的效率。 
2.行业治理——精细化管控服务触达
在促进行业治理的方面，我们希望通过智慧高速的建设，能够实时判断车辆违停、连续变道、车距过近等危险驾驶行为，做到“秒级感知、分钟级响应”，提升一路多方协同应急处置效能。
从目前情况来看，我们根据车流量、气象和事故事件等路网态势，与高警路政、机场等进行数据共享和业务联动，达到了精细化管控的预期效果。平台将车辆出站信息实时推送给机场，机场公司实现了沿途货车通行的绿波带，保障出行更安全、更便捷。 
对于超速违法的车辆，能实时跟踪保存视频，通过可视化的方式将车辆轨迹数据进行呈现，构成一个完整的证据链，以满足事后取证相关的回溯需要。
3.路衍经济——大数据应用引导消费
一体化管控平台开展了收费、车辆等历史和实时大数据分析，可为路方精细化运营提供决策辅助。对经过本路段车辆进行建档、画像，包括客户价值（如通行次数、通行费情况）、驾驶行为（如超速、超载）等标签，为个性化出行服务和增值业务开发提供了参考，也为高速公路数字资产运营建立了基础模型。
五、努力方向
首先，必须以需求为导向。结合项目或路段存在的具体问题，明确解决方案后开展针对性设计，不能把技术、产品的堆砌当成智慧高速建设目标。这需要社会各方达成共识，共同努力。
第二，强调投资性价比。当前智慧高速建设投资的规模普遍偏大，数据共享和综合利用的程度不深，精细化管理和养护水平不高，道路通行承载能力和通行费收入没有明显提升。
第三，要重视公众的出行智慧化服务，充分满足涉路各方的信息需求。对于交通突发事件信息的精准推送和伴随式服务及时有效触达用户，目前仍有很多工作需要深入探索。
最后，智慧高速建设一定要去支撑产业融合发展。智慧高速建设要发挥对物流、旅游、新能源、汽车等产业的支撑作用，主动适应交通运输部“四网融合”的发展要求，否则智慧高速建设就会成为无源之水，难以持续。