高速公路智能交通系统的建设研究

2023年12月16日发(作者：上海大众斯柯达系列)

高速公路智能交通系统的建设研究

摘要：近几年，我国高速公路经常出现拥堵，给高速公路的养护带来了极大的压力。随着我国高速公路信息化进程的持续推进，公路建设已经取得了一定的水平，但总体上还存在着许多问题，如信息技术的应用还停留在基本层面，应用还不够完善，一般都是个别技术，各系统间不能互相依赖、不能共享等。为使高速公路在实际应用中更好地发挥信息化作用，本文就高速公路智能化系统进行了探讨。

关键词：高速公路；智能交通系统；物联网；三维可视化

引言

随着基础设施建设的深入，高速公路的长度也在不断增长，由于其优良的交通条件，越来越受人们的青睐。但是，由于汽车使用量的不断增长，给高速公路的运行带来了严峻的考验。目前，我国高速公路已引进了信息化技术，并取得了一定的成效，但还存在着信息系统不完善、数据采集比较单一、管理滞后等问题。

1.高速公路存在的问题

1.1.信息化不完善

由于高速公路的特殊性，高速公路建设系统没有进行统一规划，结合路况，运用系统只能够解决单一方面的问题。在现有的高速公路运营中，收费系统、通信系统、监控系统大都独立分开，系统不成一体，数据之间没有足够的联系，导致资源没有充分利用，信息孤岛较为明显，对整个高速公路的运行情况不能充分分析和判断。

1.2.信息采集不足

在现有的智能交通系统中，信息采集问题较为突出，采集手段较少，对道路交通的信息难以实时掌控，并且在不同的路段，数据采集存在重复的现象，数据之间没有联系和充分运用。整个系统数据库在交通和运营方面难以互补和共享，无法根据现有的情况，做出实时性有效的决策，众多的决策需要人工经过人为数据处理和分析，来进行判断，而人工判断存在着实时性不高，误差较大的情况，难以提供有效的数据信息。

1.3.管理滞后 现有的高速公路信息化大部分是针对高速运营的数据进行采集和分析、维护，还未形成包括高速公路的建设、运营和养护一体化的管理体系。而因为高速公路的特殊性，在项目实际建设的过程中，设计和施工单位可能并不一致，参与的单位较多，导致资料难以共享，根据资料和数据调节和变更建设方案比较困难，从而花费了较多的沟通时间，增加了成本，在后期运营过程中，高速公路以管理为主，难以统筹路况的实时信息，做不到对道路突发状况进行及时预警，只能做事后处理工作，阻碍了道路的通行。

2.高速公路智能交通系统建设研究

2.1.突破空间限制

由于高速公路的特殊性，为了方便管理，在行政区域上往往被划成多个区域，将其权利下放。行政区域更为注重本地区的经济发展，对公共服务的建设则相对落后，过境的交通路线容易忽视。建立智能交通系统后，数据具有虚拟性，可以方便跨区域管理，特别是涉及危险案件的处理、车辆的追踪方面。联合信息管理可以起到快速高效的作用，多方可按照信息共享的原则进行数据分析和处理，数据不再是信息孤岛，智能高速公路与运营管理进行结合，通过大数据技术，建立一体化综合交通信息体系。另一方面，整合不同区域的数据，数据量增大，可以实现信息有效检索、分析和处理，高速公路的运输也突破了限制，提高了出行的效率。

2.2.合理配置交通信息资源

建立高速公路智能交通系统后，可以凭借更加先进的技术手段对信息资源进行优化配置，进而降低对外部资源的依赖度。与高速公路相关的部分，在进行智能权责划分时，存在部分重叠的现象，会导致企业在人力资源、财力和物力方面存在一定的浪费，而解决交通拥堵问题，需要管理者增加基础设施的投入、拓宽道路和延长交通的里程才能够缓解。但是在真正执行过程中，受到土地财政的限制，难以利用城市的空间。而利用高速公路智能系统能够对数据进行充分处理和分析，现有的运营体系得到了优化，根据数据能够制订出更为完善的协调方案和措施，合理地分配职能任务；另外，能够减少外部资源的依赖，更多集中于真实实时高效的数据，降低了成本，提升了运输经济的效益。

2.3.安全可控

高速公路三维可视化整合了所有的信息资源，包括数据显示、数据监控和数据分析等等，能够广泛运用到路况监控、指挥应急、判断分析和显示报告中。对于突发情况能够及时了解，并找到具体的原因，提出及时的方案。将卡口收集到的图像信息接入到三维可视化中，能够在线监视黑名车辆和事故车辆有无占用紧急车道的情况。对这些车辆进行扣押和罚款，能够有效减少高速公路上的危险车，做到从源头上减少高速公路的事故数量。根据数据的直观展示，三维可视化能够看到网络运营、路面养护、收费运营等工作情况，详细了解其工作进度和强度，使得管理者能够控制其中的运行状态，做到资源合理分配，提高运行的效率。

3.高速公路智能交通系统应用要点

3.1.大数据信息共享

交通大数据就是利用无线传感器和高速通信网络实现信息传递，由控制端接收信息并将反馈信息指令发送到控制设备，目前主要包括摄像头、车辆识别装置、人脸识别装置等传感器。数据挖掘技术在交通管理上的应用已经取得了良好效果。当前还存在着存储方式不够安全影响数据存储的问题，对此应采用云计算，分布管理交通数据信息。高度组织化、结构化促使高速智慧化运营能力水平提高，因此，要充分发挥交通基础设施的潜能。为了实现高速交通秩序化，需要大数据支撑，在高度信息化的条件下实现智能交通系统革新。智能交通系统十分复杂，集各种功能应用系统于一体，彼此之间相互联系错综复杂，这是因为交通管理涉及多个部门，每个部门都具有两面性，既是数据源又是处理端，数据实现共享是系统发展的必需条件，能够使各个部门实现信息共享提高业务效率。对此，全国推动了智能交通示范工程，建立了共用信息平台，根据各地实际情况，相应地制定智能交通系统发展计划[2]。

3.2.智能协同管理

智能交通系统涉及多个相关部门，每个部门数据都需要具有良好的交互性和安全性，该平台由服务器和手机客户端构成，通过网络可以实现数据的发送和接收从而连接起客户和服务器，用手机安装智能服务软件进入系统平台，根据客户身份信息订阅服务权限。平台服务主要包括司乘人员外部使用平台、内部管理人员平台和数据查阅统计后台管理界面三部分。前端应用和后台处理相结合，能够对道路路况信息及时反馈并显示图像，进而优化设备管理和服务体验，主要包括路况查询、路径规划、人工询问、在线交流四个方面。

路况查询功能需要将公路地图自动导入，通过系统开展查询和搜索，平台能够通过GPS等功能显示停车场、服务区等设施的信息，周边情况可及时向使用者反馈。通过在平台中接入各地高速信息发布系统，高速公路的路况实时信息即可通过手机随时查看。例如，通过广西新发展交通集团公众号，可以实时查看该集团运营的所有高速公路沿途、收费站内外广场的视频监控。路径规划功能需要在平台中引入成熟的商业导航软件，进而为用户提供最佳行进路径规划服务，实现距离最近或耗时最短；咨询救援功能指的是通过平台沟通交警执法、路政等人员，用以事故报案、业务或路况咨询；在线交流功能主要用于使用平台人员之间的交流，如分享特殊路况信息、满足司机之间交流需要，以此补充路况细节信息，司乘人员可通过平台更好掌握道路实时情况。 3.3.路况监测及信息发布

高速公路的路况监测涉及多方面内容，包括交通、事件、视频、环境等，这类监测需要专用设备支持。但结合实际调研可以发现，由于设备间缺乏联通和关联，数据采集很多时候存在较大时延和较多环节。为弥补现有不足，高速公路智能交通系统建设可应用边缘计算技术，这类技术在提高存储、网络等资源使用效率方面表现突出，能够较好服务于高速公路的路况监测数据优化使用。具体可在图像识别、提取、压缩及数据融合等方面应用，如深入路侧应用人工智能技术和边缘计算，即可更为可靠、实时、精准监测路况信息，靠近数据源的边缘计算在数据压缩及提取方面也有着出色表现。此外，对于监测获取的海量路况信息，其中含有大量脏数据，边缘计算技术的引入可提升有效数据占比，进而提升路况监测水平。广西新发展交通集团运营的贵合高速、大浦高速已实现路网监测全程覆盖，应用视频智能事件分析、远程喊话系统等技术，加强对路边停车、人员行走、车辆事故等情况的自动感知、主动预警，搭建以监测、应急调度、服务、分析为一体的智慧运营管理平台。大大减少交通堵塞以及交通事故的发生，实现“天眼”全程保畅护航。

4.高速公路智能交通系统设计

4.1.车流量预测

车流量检测是车流量预测的重要方面，一方面通过采集行人和交通道路的车辆信息，另一方面，可以设计车流量检测的算法，缓解交通的压力，现有的车流量检测主要包含三种：感应线圈检测、波频检测、视频检测。本系统采用视频检测。视频检测是通过摄像头拍摄车辆道路的视频信息，通过图像处理算法对车辆信息进行提取、分析和跟踪，能够实时检测车辆的图像信息，安装和维护也较为容易，优点明显。在图像处理算法选择方面，可以选择循环神经网络，循环神经网络表示一个序列与以前存在信息的关系，可以用来处理时间序列的问题。在高速公路信息化建设中，可以将经过的车辆作为序列数据，按照时间先后的不同传入到神经网络中，对当前时刻的下一系列做出预测。因每日的车流量在时间方面存在一定的联系，因此，通过往日的数据和现阶段的数据能够提高预测的精确性。

4.2.危化车识别

危险品具有易燃、易爆的特点，而危化车进入高速公路，比其他车辆更容易发生事故，使危险品泄漏，不仅造成了经济损失，而且因高速公路的特殊性，更容易引发交通事故，出现重大人员伤亡。由于危险品车辆在外形、轮廓、车牌等部位与常规车辆存在较为明显的不同，部分车辆在外形明显位置上还存在警告标识，可以采用基于深度卷积神经网络的算法来建立车辆识别模型，对危险车辆进行识别。具体的步骤如下：将危险品运输车辆导入到样本数据库中，对样本数据进行裁剪和保存，保存完后的数据进行初步处理，并作为输入给神经网络，初步提取后，生成特征图进行训练；将待检测的车辆进行检测后得到具体的判断结果，并将该危化车图片加入样本数据中，对神经网络进行迭代和微调。

4.3.物联网应用安全

物联网技术通常由物品的电子编码、电子标签和互联网组成。物品的电子编码较为先进，与一般的编码不同，可以按照物品的类别进行分类。可以将物联网技术运用于高速公路机电智能化管控中，机电终端设备贴附二维码，并写入该设备相关信息，根据定位系统确定该设备的位置，设备的运行状态传输到网络中，可为机电维修养护工作人员提供信息参考。解决了传统养护的难点，在提高设施管理质量的基础上，可以进一步实现设备运营、维护、检修、保养的一体化管理，在减少工作的同时，达到及时高效的效果。

5.结束语

综上所述，在未来的发展中，为了不断提高我国的运行质量和安全水平，有关部门应当对其进行深入地研究和分析。在构建和分析的过程中，应当根据高速公路智能交通安全体系的理论和相关的研究方法，对目前可能引起高速公路智能交通安全问题的影响因素进行预警，并结合理论、方法等方面的研究，提高我国高速公路的安全水平。

参考文献

[1]刘松峰,董彩萍.高速公路智能交通系统建设与应用浅谈[J].中国交通信息化,2019,(S1):94-96.

[2]张艳丽.高速公路智能交通管理服务系统的建设[J].信息与电脑(理论版),2015,(08):28-29.

[3]林福文.高速公路交通安全智能监管系统建设研究[J].中国公共安全(学术版),2005,(02):68-75.