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宁沪高速丁顺:沪宁高速公路东段智慧化改造实践
[ 编辑:admin | 时间:2023-11-29 10:49:14 | 浏览:25229次 | 来源:市政建设网 | 作者: ]
今日,在中国公路勘察设计协会主办的“全国智慧公路建设技术及效能研讨会”上,江苏宁沪高速公路股份有限公司无锡管理处处长丁顺作了《沪宁高速公路东段智慧化改造实践》主题报告。
 
丁顺首先对沪宁高速面临的痛点问题进行介绍,指出沪宁高速目前面临需求与供给的矛盾、事故与拥堵的矛盾以及养护与通行的矛盾,随后介绍了英国、日本、美国的智慧扩容经验,并对智慧扩容的相关实践经验进行了详细阐述,最后分享了推进智慧高速建设的下一步研究方向。

 
1.深入查摆原因 重点聚焦三大矛盾
沪宁高速公路于1996年9月开通运营,连接上海、苏州、无锡、常州、镇江、南京六个城市,全长248公里,双向4车道,2005年年底完成了第一次扩建改造,双向8车道,沿线设有长深、常台、京沪、沪武等互通枢纽12个,连接7座跨江大桥。
 
随着长三角经济的快速发展,2017年以来,沪宁高速东段车流量达到了饱和状态,随之而来也面临需求与供给的矛盾。以G2G42(无锡枢纽到苏沪交界)共线段为例,2019年日均断面流量为13万辆,远超八车道设计饱和流量11.5万辆;2019年节假日最高断面流量达19.4万辆,可以说沪宁高速东段是全国最繁忙的路段之一。
 
同时,也面临事故与拥堵的矛盾。以沪宁高速无锡段为例,无锡段全长45公里,其中有1个服务区,4个枢纽和5个收费站,由于互通设置密集,频繁交织造成该路段事故多发,据统计,各类交通事故年均超过一万起,日均28起,小型追尾事故占比较大,造成68%的交通拥堵事件,这也造成了该路段通行能力的下降。
 
此外,也面临养护与通行的矛盾。沪宁路是全省开通最早的高速公路,通车运营时间超过20年,道路养护的压力逐年增大,道路通行质量与占用道路通行资源、道路必要养护种类繁多与通行资源的矛盾日益突出,以无锡段为例,养护作业频繁、占道影响较大,全年占道作业约1300起,道路通行能力下降。
 
2.学习先进经验 完善智慧扩容体系
我们以问题为导向,汲取国内外的先进经验,完善了智慧扩容的体系,下面主要介绍三个国家的相关经验。
 
首先是英国的管控措施。英国在智慧高速管控方面应用应急车道,施工和事故条件下,红“X”表示车道关闭禁止使用;在高速公路发生事故时,需要在上游道路设置红“X”标识,以便为救援车辆提供通道;通过交通违法监测摄像机强制执行红“X”标识的使用,此外加密设置应急港湾,设置间距为0.75~1英里 (约合1.2~1.6km)。
 
此外,英国也采用了可变限速,在交通繁忙路段开启可变限速,由交通流监测传感器自动触发使用。
其次是日本的交通信息收集与发布设施。日本在这方面主要应用主线情报板和高速公路入口情报板以及广播联动,路侧车辆检测器与ITS通信设备、情报板、广播等联动控制,实时发布交通拥堵、事故等信息路侧情报板1km间隔布设,利用动画图像来显示附近下游的交通事故、落下物等。
美国洲际公路的相关应用也给我们带来了一些启示。驶万达高速公路,试验性的“智能公路”智慧交通系统由控制中心、交通遥控监测器车载导向设备组成,通过中心计算机,分析安装在道路上的监测器,车载导向设备以及车流信息,把即将发生的交通堵塞显示在导航图上,并用电波发射出去。
 
I-24州际高速公路采用信号灯设置、应急车道管理、动态可变限速、动态合流控制等。
I-80州际高速公路采用车车交互、车地通信部署,提供行进前方碰撞警告、道路运行态势感知、事故区域警告、天气影响分析、险情通知等5项功能应用。
3.主动科研攻关 开展智慧扩容应用
在学习借鉴国外先进经营的基础上,我们也开展了一些智慧控制的应用。沪宁高速公路沿线城市化进程居于全国前列,在一定程度上高速公路成为了城市的通行通道。
 
这时如果通过物理扩容进行征地扩建,土地资源矛盾无法解决,代价极大。因此我们在国内首次提出智慧扩容的理念,智慧高速新基建,无需占用城市土地资源,以数字交通、车路协同的技术应用提升道路的通行能力,这也与国家交通强国的战略相吻合。
 
智慧扩容主要包括4个方面,一是多源全景感知,构建以毫米波雷达、微波视频监测等多元感知手段为核心的监测体系;二是车道主动管控,在特殊情况下,应急车道开放及港湾式应急停车道的设计;第三是匝道红绿灯及转向专用车道的设计;第四是融合新兴技术,构建综合管控平台。
 
01.多源全景感知
我们在试验路段上布设了多源感知设备,目前主要应用交调设施、智能卡口监控、毫米波雷达、高清化监控摄像机、环境气象监测站等,现在也在使用雷视一体机。
 
我们在毫米波雷达数据源的基础上,融合雷达、视频数据实现了多源的数据接入,通过科学运用错误数据的剔除方法,缺失数据的补缺机制,在基于雷达、视频目标识别及参数标定的算法模型基础上,建立了多源数据融合算法。在路段上通过视频融合,实现了车流量、车速、物体id识别、距离均可检测和24小时全天覆盖。
 
02.车道主动管控
我们构建了分车道精准的管控方法,首创性提出动态应急车道,动态可变限速、分车道、分车型管控等车道管控策略。车道内车流保持连续或一致的速度行驶时,车道通行能力将处于较高水平,情报板动态发布,自拥堵点上游逐级降速,减缓车流汇集。车道信息由原来的断面级细化到车道级,路段指令由原来的互通级细化到公里级,逐步实现智慧管控。
通过精准可变的限速方式引导车辆行驶,实现车道通行能力的最大化。
 
此外,我们提出“动态应急车道”的管理理念,在无锡枢纽至东桥枢纽之间新增了6套分车道情报板,12块路侧F板,并利用原有的5套门站情报板实现了分车道的精准引导和实施管控。
 
车道主动管控方面,我们新增了两套配套管控措施。无锡枢纽是沪宁高速公路目前最繁忙的路段,我们在无锡枢纽和东桥枢纽之间建设了14处应急港湾停靠带,平均间距是2公里,最小港湾长度为160米,最大港湾长度为300米,在开放应急车道的情况下,可以提供应急停靠,平时也可以作为轻微事故的快撤快出点。
 
此外,我们对车道布局进行了优化,2019年我们结合高速公路集中养护的契机,对高速公路4个车道加应急车道的布局进行了优化,在原来路面的基础上重新加铺1层。
 
在此基础上,我们对原本一车道作为小客车通行的车道,将其由3.75米调整为3.5米,同时将应急车道从3.25米调整为3.5米,改善了应急车道的通行条件。
 
截止今年9月,我们已经完成了沪宁路180公里的车道布局优化,这也为未来为应急车道的动态化开放创造了非常好的外部条件。
 
03.区域协同管控
上文提到,无锡段与4条高速公路相连接,每个枢纽平均每日汇入流量在2万辆以上,其中东桥至硕放枢纽节假日流量超过3万辆,在流量高峰时段匝道汇入的车流量交织带来了拥堵,交通事故隐患。
 
通过借鉴国外的建设经验,我们设置了红绿信号灯、车辆检测器、雷达、抓拍等设备,通过标志牌、地面文字标线、物理隔离等辅助设置实现了汇入车辆的间歇性、拉链式交替放行,平衡入口匝道处高速公路上、下游交通量,减少无序交织带来的拥堵和安全隐患。
 
智慧扩容,物理改造是基础,信息化平台是关键,我们依托三个信息化平台实现业务流程的升级,提升道路的通行能力。一是大流量管控云平台,我们实现了精准感知、实时监控、智慧决策、协同管控四大功能,包括全息感知、及时监测、态势推演、主动管控、车路协同五个基本模块,在应用的过程中,我们也在对系统的功能不断进行优化和完善。
 
智能预警功能方面,我们通过每分钟的空间占有率和时间占有率两个指标进行评判,空间占有率是按照单位长度车道上汽车投影面积和占车道面积的比例,在实测中一般是指测量路段的车辆总长度和该路段长度的百分比;时间占有率是指在道路的观测断面上,车辆通过时间累计值与测定时间的比例,空间占有率和时间占有率均能体现交通运行的状态。
 
我们设定了两个阀值,当每分钟的时间占有率超过40%或每分钟的空间占有率超过25%时,系统通过监测出现超过阀值后会自动弹出管控决策模型。指挥调度员会对现场情况进行确认,在符合条件的情况下,调度员可进行一键发布。
 
管控信息自动发布功能方面,我们和高德导航进行了关联,管理决策模型在执行时,高德导航可将自动将管控信息发布至导航APP,提高司乘人员对车道使用的忠诚度。
 
设备自动监测功能方面,目前我们应用了大量的设备,当设备发生故障时,系统会自动提示并生成故障记录。
 
使用成效统计功能方面,包括断面流量、应急车道流量、通行速度、通行效率、管控前后等对比情况,方便进行使用效果评估。
 
一是苏交控指挥调度云平台。江苏在2017年上线了指挥调度云平台,服务全省14家路公司,43条高速公路,6年来,调度云也在不断迭代,融合全省一路三方的资源优势。可在路段级做到联合指挥调度,让管控视野更开阔,路群预测更精准,运行监测更全面。
 
此外,我们也上线了AI平方事件检测预警。通过为机器视觉注入业务思维,赋能事件的主动发现,实现精确感知能力的显著提升。目前AI平方已经具备5类132种算法引擎,高速公路事故停驶进行闯入等算法检出率,准确率在95.8%以上。
 
在三大平台的基础上,我们在日常的管理过程当中创新了两种管理管控模式。一是“疏两头、控中间”协同管控。我们经常性开启大流量管控系统的头部,主要是东桥枢纽和无锡枢纽,确保流量进得来、出得去,适时开启管控系统的中部,确保车流的平稳有序。
 
二是“车道+匝道”管控模式,我们将原先单纯的车道管控模式升级为车道+匝道的联合管控模式,通过匝道信号灯管控和警示砖、警示锥筒等软隔离设施,引导枢纽匝道汇入车辆经由应急车道驶入主线,减少无序交织对主线通行的影响。
今年国庆前,我们对收放枢纽进行了车道改造,将应急车道往前延伸了500米,以减少对主线通行量的影响。
 
此外,我们会同交警交通执法部门编制了沪宁高速公路大流量路段应急车道管控的专项管理办法,设定了三类必须启用的场景,一是周末、重大节假日流量时必须启用;二是长时间占道,造成车多缓行2公里以上时必须启用;三是系统自动预警时必须启用。
 
我们从2019年5月开始进行首期项目的建设,第一期建设时路段相对较短,南京方向26公里,上海方向32公里,同时我们对无锡北枢纽、无锡枢纽、硕放枢纽、东桥枢纽四个匝道枢纽建立了信号管控体系。
 
这几年我们也陆续对智慧化改造进行了延伸,到今天为止,实施路段从无锡段向常州和苏州段延伸应用,管控总里程增加至130公里,西至罗墅湾,东至正仪。
 
此外,管控路段也在路网内进行延伸,G1522常台高速公路接沪宁高速苏州北枢纽于2023年5月1日前启用6公里应急车道管控方案。
 
目前应急车道管控年均开放时长1500多小时,高峰流量时段增加通过量为60万辆;匝道管控系统年均启用近500小时,管控支线并流车辆近40万辆,通行效率提升11%,通行速度提升19%,司乘人员体验感得到明显改善,以数字化手段提升通行能力,节约道路资源。我们投入了2亿元的资金开展智慧扩容,达到了与70亿元改扩建相当的效果。
 
根据高德数据显示,2023年中秋国庆,无锡段的日均拥堵指数是1.15,同比2022年国庆1.22,下降了6个百分点,相比今年五一下降两个百分点,整体通行效率在逐步提升。
 
4.理性剖析问题 推进智慧高速建设
目前,智慧化改造应用已经进入到瓶颈阶段,饱和流量基本维持在22万的水平,智慧化管控和路网管控亟待进一步探索,我们也在进行相关研究。
 
一是构建智能匝道控制模型,基于主线+匝道策略的感知数据,应用均衡排队理念,构建智能匝道管控模型,通过智能化程度应用均衡排队理论,构建智能管控模式,解决了路段和路段之间“打仗的问题”。
 
二是制定限速管控模型,通过利用主线运行的状态数据,制定不同交通状态下的限速管控模型,目前硬件设备已经投入到位,对于分车道、分级限速我们也在进行相关研究。
 
三是制定路径诱导策略,基于交通运行实时监测模块,交通事件监测模块,设定拥堵影响范围阈值,当拥堵影响范围超过阈值时,系统根据交通遇到的模型,自动制定上游路段的路径诱导策略,并通过可变情报板发布路径诱导策略,减少驶往拥堵路段的交通流量。
 
在今年国庆期间,考虑到高速公路返程期间大范围的拥堵,我们也和导航做了对接,利用高速公路和城市间的快速路,实现策略优化。
 
四是构建养护管控策略,通过是构建路段集中养护施工管控策略,针对不同养护作业、车道数、时长等制定上下游交通组织策略方案。
 
在日常养护模块当中,管理人员可动态输入养护信息,如养护区段长度、养护车道数,养护时长,管控系统会自动锁定养护区段的位置,并显示预测养护区段的交通运行态势,自动生成该路段上下游交通组织动态管控策略。
 
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