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科技改变世界 智慧赋能交通——中国道路交通智慧化浅析

 来源:本站 作者: 发表日期:2019-09-16
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(本文转载自《强荣人》总刊第10期)

前 言


科技正在以前所未有的速度、以不同的方式改变着我们的生活、思维和我们的世界。信息科技使我们的世界变得更小,电子货币改变了消费方式,现代交通工具改变了出行方式。生活变得越来越方便和便捷,城市变得越来越科技和智慧,世界正在进入以信息和科技产业为主导的经济发展时期。

最早曾于2008年,IBM提出过智慧地球的概念,就是说把新一代的物联网、互联网技术充分运用到各行各业,把感应器嵌入、装备到全球的医院、学校、电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、路灯等各种物体中,并且被普遍计算和连接,使世界更加全面地互联互通、融为一体,从而使我们能够更透彻地感应和度量世界的本质和变化,并获得更智慧的洞察。

我国的智慧时代开启于2010年底,国家把发展物联网写入“十二五”规划,拉开了城市智能化、智慧化的大幕。

该图由强荣控股集团信息管理部绘制

智慧城市大范围包括了智慧公共服务、智慧城市综合体和智慧民生、智慧教育、智慧旅游、智慧医疗、智慧交通、数字政府等多方面,涵盖了商旅、办公、社区、园区、展览、餐饮、文娱、交通、医院和学校等方方面面,将采集下来的数据可视化和规范化,进行可视化城市综合体管理。

智慧城市是在物联网信息技术的支撑下,形成的一种新型信息化的城市形态,也是当前国内外城市发展的重大战略。中央城市工作会议提出“着力打造智慧城市”,国家八部委响应并印发《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》,随着一系列政策的落地,智慧城市建设进入了快车道。随着国家实施智慧城市规划,全国启动建设140个智慧城市,涵盖智慧城管、平安城市、智慧交通、智慧政务、智慧停车、智慧医疗、WIFI城市等方方面面的功能。

随着智慧城市运营解决方案的逐步落地,未来城市将发展成为可感知、可运营、可管控、可服务的城市,核心就是要依托智慧交通和未来科技打造全息感知城市、在线推演城市、闭环管控城市和全程服务城市。其中弹性能源管理与基础设施、数据驱动的公共安全治理以及智能交通三大重点投资领域将全新发力。

由此可见,基于全出行链的道路交通智能化将变成智慧城市的一个重要组成部分。 

概 念

什么是智慧交通呢?

智慧交通是在交通领域充分运用新一代信息技术,对交通管理、交通运输、公众出行等方面以及交通建设管理全过程进行管控支撑,使交通系统在区域、城市甚至更大的时空范围具备感知、互联、分析、预测、控制等能力,运用物联网、云计算、人工智能、移动互联网等技术完成交通运输相关产业转型升级的过程。

智慧交通,形象的说就是把公路建成一个人体。人体的神经网络和大脑是构成智慧体的最重要部分,大脑中最重要的结构是神经元,正是由于神经元的链接,互动才产生了智慧。因此,智慧交通就是建成了神经网络和大脑的交通智能体,从而实现物理世界与数字世界相互映射、协同交互的融合。


该图由强荣控股集团信息管理部绘制

政 策

十九大明确提出,在2035年我国要进入世界交通强国行列。2019年6月WTC世界交通运输大会在北京召开,进一步明确了智慧交通是我们从交通大国跃迁到交通强国的必由之路,也是整个行业整体水平的一次革命性的提升,交通界、科技界、工程界的协同创新,智能化、智慧化初步形成“大交通”格局。到2025年,交通运输基础设施和运载装备全要素、全周期的数字化升级迈出新步伐,数字化采集体系和网络化传输体系基本形成;交通运输大数据应用水平大幅提升,出行信息服务全程覆盖;交通与汽车、电子、软件、通信、互联网服务等产业深度融合,5G、云计算、AI、大数据、区块链等,也必将为智能交通赋能。到2035年,交通基础设施完成全要素、全周期数字化,天地一体的交通控制网基本形成,按需获取的即时出行服务广泛应用,我国成为数字交通领域国际标准的主要制订者或参与者,数字交通产业整体竞争能力全球领先。


在目前上有政策引领、下有技术驱动的智能交通领域,必将催生出交通模式创新、交通技术创新和交通服务创新的三大趋势。新运营模式,新交通工具,共享出行,交通诱导,车路协同,自动驾驶,将极大的改变交通行业的运行规则,值得我们探索、跟随,参与创新和实践。 

案 例

智慧的交通和普通的交通的区别在于它大大提高了通行安全、通行效率、通行体验,把道路通行的个体事件规整为统一智能体系统下互相关联的事件,经过大脑思考后统筹安排,迅速响应。下面我们就从安全、效率和体验三方面来看一看。

我们来看看提高通行安全的例子。

中国首条超级高速公路正在建设,它就是杭绍甬高速公路,起点位于杭州绕城下沙枢纽,终点在宁波穿山疏港柴桥枢纽,整条长约161公里,自动驾驶,移动无线充电,高度智能化。

众所周知,我国国内高速公路目前最高限速是120公里/小时,要做到真正不限速,路况的及时掌握是非常重要的,杭绍甬高速将这条高速打造成人、车、路为一体的系统,简单来说,就是在这条路上,驾驶员可以及时、实时的掌握到前方道路的所有路况信息,保证行车的安全,在这条超级高速公路上,车速将提升20%—30%,也就是说行驶150公里/小时都不会收到罚单。高度智能化是这条超级高速的最显著特点,未来这条高速公路也会成为不限速高速公路发展的模范。

这条高度智能化的超级高速和普通的高速公路最大的区别在于,普高只是一条路,而超级高速是一套完整的智能系统。另外,收费模式也将发生变革:不同于现在通用的卡口收费、ETC收费,杭绍甬高速将采用的自由流收费方式,现在很多发达国家都采用这种收费方式,简单来讲就是在收费点设置有探头、传感器,车辆通过时通过传感器自动记录,扣费。跟现在ETC差不多,不过它的精度非常高,这条路就是你开1公里路,在不知不觉中就收掉你1公里的钱。在如今高科技的时代,上述皆有可能实现。

这些现代化的高科技公路,把曾经的梦想变成现实,这条智能高速公路未来还能支持边开车边充电的功能,可以说非常先进了。目前自动驾驶的技术已经越来越成熟了,杭绍甬高速也将支持自动驾驶,为此,该高速在设计之初就有自动驾驶辅助系统,为行驶在该路上的车辆提供超高精度的定位,往大方向去想,如果自动驾驶全面普及,这条高速有可能实现“零事故”。

再来看看提升通行效率的例子。

2018年深圳正式启动“智慧交通一期”工程,提升道路交通管理水平,据悉,整体工程完工后,其智能化将主要体现在以下几个方面:

一是对交通信号控制设施进行整体改造,采用AI视频识别+全域协同,使用AI算法和模型TrafficGO,将根据道路实时交通情况调整红绿灯时间及感应控制;降低平均延误,提升车速15%。二是在路边设置多功能路灯和路灯杆,配备有公交提醒、信息整理、视频监控等功能;在路面设置传感器智能感应大货车、泥头车违章或不按规定时间段上路通行,保障路面通行质量。

该图由强荣控股集团信息管理部绘制

 其交通流管控方案,包括时空分析引擎,智能分析交通流量,服务交通出行。基于卡口过车数据,路口交通流采集数据以及基于视频解析的交通流量、排队长度等信息,进行互联网数据融合,形成精准交通态势感知,及时发现路面交通路况和拥堵点发现并进行预警,提高处置效率。

其智慧交通信号配时方案(TrafficGo),已在深圳、无锡、北京等地试点。它能自主学习交通流规律,主动学习全城路网交通流量规律,生成信号优化配时方案,跟交通控制信号系统对接,主动缓解交通拥堵现象。

深圳为提高道路交通通行效率下了大功夫,而最近的新闻就是国家要取消省界收费站,这也将极大的提高高速公路车辆通行效率,并且是跨区域数据融合的一个重大突破和典型的应用案例。取消省界收费站就意味着各省之间的交通道路数据要能快速的共享和贯通,也就体现着社会的发展趋势越来越趋近于大数据协同时代。



取消高速省界收费站对车主来说有什么好处呢?大家都知道,通常情况下,开车上高速只需要过一个收费站就可以了,而省界收费站则是建立在各个省级行政区交界处的,可能那些不经常跑跨省高速的朋友体会不到这种感觉,但是对于那些经常跑跨省高速的车主来说,省界高速收费站真的非常麻烦:我国高速公路传统的收费方式以省为单位,进出省界需要先结算出省的高速公路通行费,再领取入省的高速公路通行卡,这样一来车主们相当于通过两次收费站,车辆需要排队等候,导致收费站人工车道经常出现长时间拥堵。

取消省界收费站后,省界处原有的正线路面收费设施拆除,在省界附近设置电子收费系统,ETC车辆可以不停车驶入和离开高速公路,非ETC车辆在通行省界时不再需要停车交卡、交费和领卡,而是直接通过。这将大幅缩短车辆通行时间,提高通行效率。 

作为全国第一次试点省份,江苏和山东、重庆和四川于2018年12月率先取消了15个高速公路省界收费站。截至2019年5月,北京、天津、河北等30个省份已启动制定取消高速公路省界收费站实施方案,其中河北、山西等11个省份已制定ETC推广方案,确保2019年底前完成。

这是交通运输行业数字化转型、向智慧高速迈进的里程碑事件。高速公路将在国家政策方针指导下,完成封闭式联网收费向开放式、自由流收费的转型升级,向着“自由流收费-车路协同-辅助驾驶-自动驾驶”的公路业务模式逐步演进。

再来看看提高通行体验例子。

刚刚说到了ETC,一开始的ETC1.0只有高速公路收费站刷卡缴费功能,慢慢的融入了更多的追溯、卡口、逃费、数据分析等功能。逢节假日我们开车出游走上高速公路,有的时候跑在路上就会听到ETC卡发出滴的一声,这里没到收费口啊,怎么会刷卡了呢,其实那并不是刷卡扣费的声音,而是ETC升级后的智能检测系统,帮助判定计费路径、检测你的车是否正常通行在高速公路上。

ETC的实现离不开三大要素:车载电子标签(OBU)、路单元(RSU)和专用短程通信技术(DSRC)。当车辆驶近收费站时,OBU与RSU通过DSRC进行通讯,利用计算机联网与银行进行后台处理,从而达到车辆不停车即可完成交费的目的。

ETC升级部署之后,就可以实现自由流收费,通过各高速之间互通所安装的ETC门架系统,来感知车辆通行,再按路段来进行费用扣缴。搭建标准式自由流ETC门架,标志着高速公路省界收费站项目建设进入实质性建设阶段。例如按照浙江省交通运输厅的总体部署和要求, 2019年底前全省高速公路省界收费站将全部拆除,在高速公路主线上相邻的互通(收费站)之间设置ETC门架系统,对所有车辆分段计费,实现不停车快捷收费。

经初步测算,自2015年10月全国ETC联网运营以来,累计节约时间5255.9万小时,累计节约车辆燃油约34.7万吨,累计减少各类污染物排放10.7万吨。相信未来全部搭建ETC门架系统之后,会带来更大的经济效益和能耗的节约。综上所述,在第13届ITS欧洲大会期间的调查结果表示,智慧交通带来的主要收益是提高道路安全性占51%,提升可持续发展和宜居性占27%,更方便使用占18%,无破损的货物运输占4%。

组 成

通过上述实例,我们可以明显看到交通智能体正在由物理世界和数字世界慢慢融合而成,两者相互映射、系统交互。以数据链为主线,构建数字化的采集体系、网络化的传输体系和智能化的应用体系,交通管理、出行者信息系统和高级公共交通这三个有机体正在逐步走向数字化、协同化、智能化。

图由强荣控股集团信息管理部绘制

数字化包含交通全要素数字化、交通运行实时状况可视化;智能化包含感知智能、计算智能、认知智能、业务智能;协同化包含多云融合(多业务云化、数据共享融合)、云边协同(精准感知、多维研判、路网协同)。

简单的说,交通智能体的神经网络就是通过数字化、协同化实现。通过部署在公路周边的各种全息感知设备收集物理世界的信息,然后通过协同网络集中传输至云端形成交通大数据湖,这些数据经过处理后又反馈到感知设备和车辆。

而交通智能体的大脑则是基于神经网络海量感知信息进行智能计算和处理的各种智慧应用,形成处理结果反馈到神经网络。

该图由强荣控股集团信息管理部绘制

数字化、协同化、智能化涉及六大技术领域的创新和融合,包括视频、5G、互联网、大数据、云计算、人工智能。这些技术融合而成的ICT技术,将作为智能体的基础设施。依托ICT技术,将打造基于全出行链的智慧交通出行服务。预测未来15年交通出行将呈现七大趋势:共享移动性、汽车电气化、自动驾驶、新型公共交通、可再生能源、新型基础设施、物联网普及将走近我们的生活。

实 现

那么怎么实现智慧交通呢?

首先要构建交通神经网络。神经的末梢主要是AI摄像机。它具备全天候密集图像抓拍,精准快速AI模型识别,使图像流转换成识别数据流。现在的AI摄像机已经达到高密人像抓拍300+人脸/帧,视频解析能力也非常强大,数亿张图片的算法训练时间也由过去的按月计算降低为按分钟计算。此外还有全息感知节点、车载T-BOX等末梢组成部分。

神经网络的主干是构建通信专网。利用新一代光传送骨干网和MSTP城域传输网技术、5G网络技术快速大容量的传输神经末梢产生的数据,汇聚到云端融合数据湖。这些识别数据融合后,可通过私有云、公有云等方式提供调用服务。

这里涉及到神经末梢相关设备在公路周边的布点架设、公路数字化标识的布点架设、路段通信网络建设、公路网络中心建设、云数据中心建设等一系列基础设施建设,才能完成神经网络的构建。

然后要构建交通智能大脑,其实就是根据使用场景构建智能应用。有了完整的神经网络,就有了资源、数据、算法、任务的协同一致,构建好了云边端协同能力,使得交通设施的管理、维护、使用都能基于同一个神经网络进一步扩展应用。基于此,我们可以进行诸如交通融合指挥、路网态势感知、营运车辆管控、智能收费稽查等应用场景的构建。

换个说法,交通智能大脑主要干三件事。

一个是计算,采用神经网络处理器提供强大的计算能力,采用微服务智能容器运行多种算法,对交通监控视频、卡口图片、电警图片、违法行为及过车数据、年检及保险等海量数据,进行深度比对计算。

一个是感知。感知是基于开放算法仓,支持多种交通管理算法、模型,包括交通视频分析算法、违法智能分析算法、时空分析算法、信号优化算法,实现对交通流量、事件、违法行为进行动态全域感知。

一个是认知。认知的起码条件是见过、计算过、感知过,因此需要有对应的交通知识图谱作为参照,这里包含各种交通主题库和交通模型库。有了参照还要有辨识能力,这里需要具备对海量数据的多维计算能力。这个认知的过程依据的模型需要遵循AI训练四个步骤:数据标注、调、大规模分布式训练、部署。所以对模型的训练是认知的重点。需要在认知的基础上做什么场景和目的的应用,偏重于软件开发的范畴,需要进行基于需求的软件开发并提供相关的云服务。
思考是一个运用认知能力,实现了某种目的后,把结果反馈给交通神经网络的过程,这个目的的实现方式并非依靠普通的定制程序,而是基于有一定自主学习和研判能力的AI模型。基于数据挖掘、知识图谱、强化学习,发现交通出行规律、违法车辆轨迹,支持交通路况分析、研判,进行信号灯配时协同优化。

构建好交通的神经网络和大脑,使其协同运作,整个交通智能体就构建完成。通过“全面、精准、微观、实时”的交通数据,支撑“监测-预警-处置-指挥-发布-服务”的全流程智慧管控,构建“全息感知、一体监测、精准预警、调度指挥、全程服务”的智慧交通管控体系,传统交通行业正在进行互联网+,智慧交通的升级和数字化转型指日可待。

结 语

信息化属于应用科学,应用科学追求的是应用效益,信息化之后是智能化,然后逐步达到智慧化。智能化是能够接受一些指令并完成,而智慧化是更高层次的思维,带着主动性的纠错和改进。现在的人工智能设备可以说还全部处于智障状态,在科技探索和进步的领域,我们还有相当广阔的空间来进步,但相信在不久的将来,质变就会到来,科技终将改变世界。

中国道路交通必将朝着智能化和智慧化的方向发展:建立云平台、建立数据计算模型进行智能化测算,通过智能化手段赋能辐射沿线高速公路产业带,深化多源数据融合,整合平台资源和线下资源,拉动产业经济升级;搭建开放、共享、协作的大数据可视化平台,通过云数据提供增值服务,延伸产业链,匹配资金链,打造价值链;力争形成高附加值农业、智慧旅游、绿色康养、公路旅行等具有明显IP特征的,产业化、景观化、智能化、通达化、资源资产化、资产证券化的高速公路产业链;倡导“出行即服务(MaaS)”理念,以数据衔接出行需求与服务资源,使出行成为一种按需获取的即时服务,让出行更简单;打造交通出行与公务商务、购物消费、休闲娱乐相互渗透的“智能移动空间”,带来全新出行体验,建设出一条条具有鲜明智慧化特色的“未来之路”典范。

作者:强荣控股集团总裁办信息管理部 张远信

除有标注的图片外,其图片来自网络

案例参考文献:

深圳智能交通--深圳市城市交通规划设计研究中心

ETC -- 赛文交通网



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