高速公路路侧监控技术智能化提升方向浅析

杂志论文

作者：陈嘉豪，周扬华（上海电科智能系统股份有限公司）

摘要：传统路侧监控设备的布设密度、技术要求已满足不了智慧高速、智能化应用的需求。因此本文详细分析了传统路侧监控技术现状以及智能化提升必要性，提出了更稳固的“云-网-边-端”整体架构，更精细的“全时、全量、全域、全要素”数字感知，更智能的“一体化、高集成、区域化”的边缘控制，更主动的“多层多级、连续递进”的全方位管控服务，更高效的多业务协同等五个路侧监控技术智能化提升方向，旨在通过路侧监控技术智能化提升来推动高速公路监控技术的创新发展，同时为建成真正意义上的智慧高速公路提供理论研究基础。

在国民经济不断发展，汽车保有量不断增加，高速公路基础设施不断完善的背景下，高速公路依旧存在交通事故频发、拥堵时间长、应急救援响应慢等问题[1]。作为高速公路配套机电工程三大系统之一的交通监控系统，掌管着各条高速公路全路段的实时监控。路侧监控作为交通监控系统中不可或缺的信息感知基础，既是高速公路提高使用效率和服务水平的重要手段，又是高速公路应急救援指挥调度保持高效的重要保障。

一

路侧监控技术现状

传统高速公路交通配置了监控、收费、通信三大系统等相关机电与信息化系统，初步实现了部分信息的“三遥”（遥测、遥信、遥控），比如交通流量信息采集系统、交通视频监控系统、情报板信息发布系统等，虽然这些系统实现了人的感官和控制手段的延伸，但是高速公路路侧监控系统依旧存在很多痛点和挑战[2]。
1、传统监控系统技术架构有待重组
传统监控系统主要以“云-端”两层架构为主，端设备所采集的数据统一上传至中心云服务器进行统筹管理分析，随着路侧端设备数据采集技术的不断迭代，数据量的大幅度增加，现有设备很难满足高算力、高带宽、高存储的技术需求，难以实现路网“可知、可测、可控、可服务”。
2、融合精细化感知技术、精准化事件检测需求不断增长
传统路侧监控系统使用的定焦监控摄像机、线圈车检器、微波检测器、地磁检测器等单一设备只能作为监控管理人员对于道路交通运行现场的视觉场景、流量分类计数、局部环境等的粗粒度感知技术手段，无法满足车辆级数据采集，交通异常事件秒级发现的需求。
3、路侧监控系统运行管理模式亟需调整
传统系统的运行和使用基本还是完全依赖监控人员的操作，系统实质上仅作为交通与机电设备的监视和遥控系统存在。系统对于道路交通系统的运行也只能“模糊的、局部的”的感知，有时系统也只能“能监不能控”，监控系统的运行模式仍然是“人工为主、机器为辅”。
4、智能网络车路协同技术对路侧设备需求迫切
传统系统内感知设备与车辆之间的协同依旧停留在狭义上的车路协同，以路侧可变情报板、边缘标等被动方式为车辆提供信息，无法实现路与车、车与路实时的信息交互。如果驾驶人员对传统信息发布的内容熟视无睹，则导致路侧信息的可达性和有效性变差，本质上并未实现道路自身的智能。

二

路侧监控技术智能化提升的

必要性

近年来，《交通强国建设纲要》《上海市推进新型基础设施建设行动方案（2020—2022年）》《浙江省智慧高速建设指南（暂行）》《公路信息化技术规范》等政策发布，对路侧监控系统数据感知精度、边缘计算能力、车道级管控手段、多业务协同等方面的智能化提升提出了广泛要求。
人工智能、5G、视频图像AI识别、大数据挖掘等技术不断赋能公路交通，高精度视频监控、广域微波雷达、神经网络算法、机器学习等高精端设备、算法不断开发，为路侧监控的智能化提升创造了良好的条件。而且路侧监控相比于第三方导航软件、出行网站等线上方式，路侧的监控设备具有更好的稳定性，更强的警示性，更高的准确性。路侧监控设备所采集的车辆、环境、路面等数据是监控系统各类信息的直接来源，是互联网、无线网络瘫痪情况下道路运行状态、天气情况、事件事故提醒等信息推送的重要兜底手段，同时也是监控中心进行运行状态监测、信息发布、应急处置、指挥调度等交通管理的重要媒介。
智慧高速整体技术架构

三

路侧监控技术智能化提升方向

针对高速公路现有路侧监控技术存在的问题以及技术智能化的提升需求，需依托大数据、AI识别、云计算、边缘计算等新兴信息化手段，布设高清摄像机、毫米波雷达、边缘计算单元、路侧新型情报板等多种机电设备，在稳定高效的整体架构下实现更精细的数字感知，更智能的边缘应用，更主动的管控服务，更高效的业务协同。从整体闭环的角度加快路侧监控系统数字化转变，提高道路通行效率，减少交通事故发生，为高速公路的日常运营和应急管理提供有效的监控手段和决策基础。
（一）更稳固的整体架构
保留原监控系统“云-端”技术架构，整合边缘计算、5G、物联网通信等新兴技术，形成智慧高速监控系统“云-网-边-端”完整技术架构，如上图所示。
“云”层是指整个高速公路综合监督决策层，通过云计算、云存储、云平台等技术实现路段结果数据全汇聚、精处理、准分析，为交通管理者提供更高效、更降本、更可控的一体化运营管理。
“网”层是指泛在融合的通信层，通过有线光纤、4G/5G/Wi-Fi无线网络、NB-IOT物联网通信等多种融合网络，为整个智慧高速系统提供数据采集、分析决策、指挥调度的高效传输通道。
“边”层是指区域联动自治层，通过路侧边缘控制箱，整合交安、监控、通信、照明等不同专业、不同类型的道路及附属设备，形成可部署多种设备、可集成多项功能、可灵活配合扩展、一体化共杆（架）安装的路侧智能区域协同感控的智能基站。
“端”层是指感控设备执行层，包括路侧所有感知监测、运行管控、收费服务等设备，是云控平台进行大数据挖掘，辅助决策分析的现场感知控制执行终端。
（二）更精细的数字感知
鉴于传统单一感知设备的弊端，选择使用高清定焦摄像机、高清云台摄像机、毫米波雷达、激光雷达所组成的雷视融合视频监控系统，对传统的视频监控和车辆监测系统进行视频图像高分辨率、设备布设高密度、交通数据高精细度的数字感知智能化提升。雷视融合监控系统结合了雷达设备对车辆速度、大小、方向等参数的高敏感度，以及视频图像对车辆外形、车牌等参数的高清晰度等优点，可在精准感知交通流特征的基础上，通过雷达对异常停车、抛洒物、交通事故等异常事件位置进行坐标标定，再联动云台摄像机对异常事件位置进行二次确认，监控中心管理人员通过上报的事件信息进行确认复核，完成交通异常事件精准识别。该系统可实现道路交通流状态短时感知、车辆级特征数据采集、交通异常事件秒级精准识别等多种感知功能，再整合气象检测仪、基础设施监测传感器以及原有感知设备资源，构建一套以高速公路的“人-车-路-环-物”多种要素为一体的“全时、全量、全域、全要素”的精细化全息感知。
（三）更智能的边缘控制
利用路侧信息边缘计算与集成处理单元，强化路侧区域化处理能力，减少监控中心数据存储、处理硬件配置，分担监控运营中心云计算平台压力，提升云与边、边与边、边与端之间信号传输能力，同时将通信基站、监控设备、信息发布设备、区域控制器等多种路侧监控技术设备共杆安装，构建一套可实现云台摄像机对交通异常事件实时跟踪、二次检测的快速联动；区域互联的自动风险预警与交通信息智能发布和控制（交通示警/诱导/管控信息发布服务）；“云-边-端”信息实时交互与联动、5G-V2X/LTE-V2X的智能车路信息交互与服务等多项功能为一体的智能化共杆（架）集成路侧装置。该装置从本质上减少了路侧杆件冗余，提升了本地数据自动采集、数据预处理、区域协同控制等能力，大大降低了路侧设备智能化响应时间。
（四）更主动的管控服务 
利用间距3～5km的门架式可变情报板和车道控制器、1～2km左右的路侧小型可变信息屏以及重点区域和路段的路侧动态多功能诱导灯，面型互联网信息来源等多种信息服务手段，实现路侧信息“点线面”基于位置的伴随式信息服务；出行前、出行中、出行后，多源信息整合的全链条式信息查询；客货车辆分离、HOV/HOT车道、自动驾驶车道多种功能车道管控；正常驾驶、高饱和度车流、交通事故、施工作业、恶劣天气环境等多种复杂道路运行场景下，匝道入口控制、车道级主动引导警示、多级平滑限速的诱导管控等多方面为一体的主动信息管控服务。
（五）更高效的业务协同
路侧感知设备为道路运行监测、公众信息服务、应急指挥调度等业务提供海量数据基础和信息来源，精细化业务数据底盘，提高高速公路运营决策准确性；路侧边缘智能基站通过更智能的边缘端应用，自动匹配、智能联动路侧设备，为道路司乘人员提供交通运行状态、交通异常事件、交通事态短时预测、车道级主动诱导等更主动的管控服务，为智能网联车、自动驾驶车提供路-车、车-车之间更实时的信息交互，为指挥调度人员提供应急处置、施工养护更精准的路侧引导警示辅助，实现感知、服务、调度等多业务为一体的高效协同。

四

结束语

在路侧监控技术智能化提升的基础上，高度整合已有信息应用优势，实现道路相关信息、设备及系统资源的无缝衔接、兼容整合、一体集成、系统协同，并构建一个多要素信息数据感知、多功能智能装置管理、多方面信息管控服务、多业务系统高效协同的综合化运行监测与运营管理多功能信息化平台，以平台为中心统管，边缘应用为基础联动，最终达到多业务的高效集成与协同运行，才能为高速公路走向智能化奠定基础，为高速公路全面适应自动驾驶、车路协同、全面智慧化摸清方向，为高速公路的安全运行和高效通行保驾护航。
参考文献
[1] 王莉, 廉虎山, 严开军. 高速公路监控系统在设计中出现的问题及解决办法研究[J]. 电子测试, 2017, 000(021):14-15.

[2] 汪琦. 智慧监控在高速公路信息化中的应用[J]. 四川水泥, 2019, 000(008):167.

（原文刊载于2021年《中国交通信息化》增刊）
微信编辑 | 户利华

责任编辑 | 王虹

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