南宁沙井至吴圩公路智慧高速专项工程设计分析

作者简介：韦乐香（1988—），硕士，工程师，主要从事高速公路智慧交通咨询设计工作。

文章以沙吴高速公路智慧高速专项的设计方案为依托，对沙吴高速公路基本特征、项目定位和技术难点进行详细剖析，分析智慧高速的设计理念和思路，探索传统高速公路机电工程转型路径，总结智慧高速公路的建设成果和经验，为后续智慧高速公路建设提供参考。

智慧高速；数字化；车路协同

U495A602093

0 引言

近年来，国家先后出台《数字交通发展规划纲要》《交通强国建设纲要》《数字交通“十四五”发展规划》等一系列文件，从国家战略层面统筹推进交通强国建设，促进先进信息技术与交通运输深度融合，为交通信息化向数字化、网络化、智能化发展提供支撑，明确智慧高速公路的建设方向［1］。

根据交通运输部关于广西的交通强国批复文件精神“依托南宁沙井至吴圩公路，积极开展车路协同及自动驾驶技术应用，构建云控平台及交通控制平台，推动建成智慧高速路段，实现在途传统车辆及网联车辆动态管理与调度”［2］，南宁沙井至吴圩公路（以下简称“沙吴路”）将建设智慧高速公路专项工程。本文以沙吴路智慧高速公路专项的设计方案为依托，对沙吴路基本特征、项目定位和技术难点进行详细剖析，分析智慧高速公路的设计理念和思路，探索传统高速公路机电工程转型路径，总结智慧高速公路的建设成果和经验，为进一步推动广西区内传统高速公路更新换代和智慧高速公路的新型基础设施快速发展提供参考。

1 工程概况

沙吴路是G72泉南高速公路支线G7211南友高速公路和《广西高速公路网规划（2018—2030年）》中“纵6线”全州（黄沙河）至友谊关高速公路的重要补充通道，是西部陆海新通道的重要组成部分。沙吴路主线设计全长为28.5 km，其中主线起点沙井至那洋互通长21.0 km，设计速度为120 km/h，双向六车道，路基宽度为34 m；那洋互通至吴圩西互通段长4.7 km，设计速度为120 km/h，双向八车道，路基宽度为43 m；全线涉及3处互通式立交、1处收费站、1处服务区、1处养护工区、1处监控通信分中心（如图1所示）。

2 项目定位和技术难点

2.1 项目定位

沙吴路智慧高速公路专项工程设计旨在以新发展理念，落实交通强国建设、新基建、西部陆海新通道试点

示范工作，探索广西高速公路高质量发展道路，推进高速公路产业数字化转型与供给侧结构性改革。

2.2 技术难点

项目在智慧高速公路设计从“传统机电系统”向“新基建”发展过程中，要提供全方位的监管服务、高效的应急响应服务与实时的出行服务，必须解决如下技术难点：

（1）增强路况感知范围和深度，提高智能化自动识别和分析能力。

（2）提供车路协同系统场景应用必要的基础条件。

（3）完善基础数据架构，实现数据互通、共享、融合。

（4）解决高速公路运营管理业务分散，难以协同统一的问题。

（5）实现“一张图”可视化管理，提升运营管理和决策科技水平。

（6）提升高速公路安全保障能力和综合运行效率。

3 项目设计要点

3.1 设计理念

作为交通运输部交通强国试点工程，该项目智慧高速公路设计坚持“目标导向、模块推进、示范引领”的总体理念，依托北斗、物联网、5G、大数据、云计算等系列技术的集成应用，服务于高速公路的建设、养护、运营、管理等业务，探索具有广西特色的智慧公路建设与运营管理新

模式，精准对接“一带一路”、西部陆海新通道等国家重大战略，立足广西、服务全国、面向东盟，推动形成中国—东盟互联互通的新型数字交通模式。

3.2 设计思路

项目以北斗卫星在交通的应用为主线，设计北斗高精度地基增强网，构建统一的时空基准，攻关道路高精度移动测量设备的设计与集成、全周期空间数据采集、基于物联感知大数据的路网运行状态智能检测等关键技术，加强路网运行的全面感知能力，提升基础设施建设、管理数字化水平［3］，实现数字化精准施工、基础设施状况实时监控、交通态势实时监测预警等智慧应用，形成基于新一代空间信息技术，建设一套融合ETC和C-V2X的车路协同，具有广西特色的智慧公路技术体系。具体思路如下：

（1） 应用基于新一代空间信息技术，建立具有广西特色的智慧公路技术体系。

（2）以需求为导向，采用统筹数字化应用与传统交通工程的设计模式，整合智慧高速公路与传统机电，形成广西特色智慧高速公路。

（3） 以时空基准统领多维感知体系的感知网络，融汇互通感知网络，实现全域交通状态的数字化转换。

（4）构建面向多元的车路协同网络体系，丰富系统场景应用，实现智慧出行服务全覆盖。

[=XJT（]南宁沙井至吴圩公路智慧高速专项工程设计分析/韦乐香

3.3 项目建设方案

与常规的高速公路不同，沙吴路智慧高速公路专项工程采用了前瞻性设计理念，融合多维度交通运行数字化感知、北斗高精度定位、车路协同云管控、全生命周期高精度多模态空间数据工程等技术方案，创新试点先进技术的应用，建立车路协同示范应用等一系列创新设计场景，打造广西第一条支持基于车路协同智能驾驶的智慧高速公路。如图2所示。

3.3.1 多维度交通运行数字化感知设施

为解决传统高速公路外场设备感知内容有限、智能化程度不高、无法形成整体感知体系的问题，该项目设计采用多维度交通运行数字化感知手段，结合线路及各构造物的情况，精细化进行选点，在全路段范围内设置高清视频摄像机、毫米波雷达、微气象站等各类感知设施，建立多维度交通运行数字化感知体系，包括全域车辆轨迹感知网络、车辆运行环境感知网络、气息环境感知网络及边坡稳定性感知网络等。

3.3.2 北斗高精度增强网工程

依据沙吴路工程测量、基建施工、构造物状态感知以及车路协同等业务对北斗高精度信号的需求，项目通过建设北斗高精度增强网工程，主要包括一套覆盖全路段的卫星导航连续运营基准站（CORS）网络以及区域高精度数据解算、处理和播发服务平台，实现北斗高精度定位信号的无缝覆盖，满足系统高稳定、高可靠、高连续、可扩展的业务化运行，为各类业务提供实时可靠的高精度定位服务。

3.3.3 车路协同系统

项目围绕车路协同的设计思路，充分融合C-V2X通信技术、边缘计算、云控平台和多维度感知等技术，探索构建一套支撑车路协同应用以及无人驾驶的基础运行环境，实现路端感知和智能网联车辆信息的互联互通，满足网联安全预警、高速路网管理、交通信息发布等车路协同业务需求。

同时，项目在采用C-V2X方案的基础上，积极探索采用ETC平台搭建车路协同应用的可行性。设计在车路协同方案中选取基于“ETC+C-V2X”的车路协同技术路线，意在探索两种技术路线并存的可行性，并最大限度挖掘现有资源利用空间。通过整合高速公路收费、监控、养护、出行服务等多系统资源，实现跨系统数据传输，形成可服务用户的有效信息，遵循“充分利用现有ETC门架、与智慧高速路侧感知设备共用、关键点位部署路侧通信设备”的原则，通过ETC天线为现有存量ETC用户及智能OBU用户提供限速提醒、拥堵提醒、气象预警、道路危险状况信息服务。

3.3.4 全生命周期高精度多模态空间数据工程

基于智慧高速公路在数字化施工、车路协同、智能养护作业以及公路基础设施数字化等业务对地理空间数据的需求，项目设计综合天地一体化遥感、北斗、GIS与BIM等技术，通过开展沙吴路多源空间数据的获取与处理，形成高精度、多模态空间数据的数据库系统，提供在线与离线数据服务、数据产品定制等形式的空间数据服务，为智慧高速公路的施工、运营、养护以及车路协同等新业态提供全生命周期的高精度、多模态空间数据服务支撑。

3.3.5 云管控平台

云管控平台是智慧高速公路的大脑，是系统数据采集、数据处理、数据下行和数据安全的关键所在。具体建设内容包括云基础设施、交通大数据中心、智慧交通云管控支撑中台（包括AI中台和业务中台）和智慧应用（包括运营管理现代化展示、收费机电管理、道路资产养护管理、应急服务管理和智慧服务区管理等智慧应用系统），实现对道路全域的各类多源数据的动态管理、数据处理和精准发布，以及对所有在途智能网联车辆进行动态追踪与检测，并通过对车辆实时运行状况进行分析，形成动态调整实时管控机制。如图3所示。

3.3.6 主动安全管控系统

为提升高速公路安全保障能力和综合运行效率，打造完善可靠、反应快速的交通安全体系，将主动安全设计理念融入各个环节。设计根据该项目特殊路段、构造物及运营管控需求等特点，采取在互通匝道分合流区域设计匝道智能管控系统，在项目团雾多发路段设置雾区诱导系统，在全路段设置车道级的主动管控系统等诸多措施，形成系统性的主动安全管控系统。

4 项目实施效果

4.1 实现道路及环境状态的全方位实时感知

通过主动采集路段的车辆轨迹信息及相关环境信息，并对车辆行驶状态和交通态势进行研判，增强路况感知范围和深度，提高智能化自动识别和分析能力，构建了全方位的信息采集系统，实现对道路及环境状态的全方位实时感知。

4.2 实现北斗技术在交通领域的深化应用

通过建设北斗高精度地基增强网系统，不仅为智慧高速公路的施工、运营、养护以及车路协同等提供全生命周期的高精度、多模态空间数据服务支撑和具体应用，重要的是为智慧高速公路数据处理和数字化发展提供了宏大的、可持续发展的技术框架。

4.3 构建全生命周期高精度多模态空间数据，建立智慧高速公路“大脑”——云管控平台，实现了综合系统应用的一张图管理

项目设计以北斗高精度地基增强网系统为支撑，通过多元方式进行高精度、多模态的空间数据采集，构建多模态空间数据管理服务基础，完善基础数据架构实现数据互通、共享、融合，为智慧高速公路的施工、运营、养护以及车路协同、自动驾驶等新业态提供全生命周期的高精度、多模态空间数据服务支撑。

同时，为解决高速公路运营管理业务分散难以协同统一的问题，项目采用新旧融合的设计理念，建设云管控平台（即一体化南宁区域中心、交投集团六律中心），突破传统平台的割裂设计，通过多源数据的融合，构建基于云计算技术的大数据应用服务体系，建立高效的应急调度系统，实现综合系统应用的平台管理，成为集监测管控、应急调度、出行服务、运营管理、智能养护、智慧运维于一体的智慧高速公路“大脑”，并构建交通仿真的数字孪生可视化与交互系统“一张图”，提升运营管理和决策科技水平，在数据融合与赋能高速公路方面作出了有益尝试，为后续既有高速公路升级智慧高速公路建设提供可借鉴经验。见图4。

4.4 提升高速公路安全保障能力，提供安全通畅行驶环境

项目打造了完善的主动安全管控系统，具有强大的综合车辆管控能力，实现对车辆速度进行协调控制、对车道进行安全管理以及对交通流进行宏观管理，有效降低交通态势风险，提高行驶舒适性、安全性和效率，为交通参与者提供安全的出行环境，保障司乘人员的生命财产安全。

5 结语

沙吴路项目采用前瞻性设计理念，融合多维度交通运行数字化感知、北斗高精度定位、车路协同云管控、全生命周期高精度多模态空间数据工程等技术方案，创新试点先进技术的应用，建立车路协同示范应用等一系列创新场景设计，打造全天候安全保障、全方位出行服务体系，构建智慧高速公路示范工程，形成数字交通设计的经验和标准，对加快发展广西智慧交通起到示范和推动作用。

参考文献

［1］李昱岐，叶 青.智慧高速公路建设探讨［J］.中国交通信息化，2021，261（9）：91，93-97，105.

［2］交通运输部.交通运输部关于广西壮族自治区开展推进交通运输高水平对外开放等交通强国建设试点工作的意见［EB/OL］.http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-09/02/content_5539532.htm，2020-08-24.

［3］广西交通运输厅.广西壮族自治区交通运输厅关于印发数字广西交通运输创新发展三年行动计划（2020—2022年）的通知［EB/OL］.http：//jtt.gxzf.gov.cn/zfxxgk/fdzdgk/zcfg/gfxwj/t2148594.shtml，2020-01-24.