隨著我國經濟與社會的快速發展,交通進入了高速機動化的時代,由此產生的土地利用、資源消耗與環境污染、交通阻塞、事故等諸多城市與交通病也不斷加劇。交通擁擠、能源危機和環境污染等已經成為備受關注的熱點問題,并帶來了巨大的損失。最近的研究表明,美國每年因交通擁擠造成的燃油和時間浪費就超過720億美元,而我國15座城市因交通擁堵每天損失近10億。為解決上述問題,我國交通建設正在經歷從粗放型建設向精細化管控的轉型升級。然而,由于時變交通狀態感知困難以及對交通流控制手段的制約,現實中的交通管控效果尚難以達到期望的水平。

車路協同和自動駕駛技術的發展為交通管控帶來了新的機遇與挑戰,為道路管控系統的全面升級提供了契機。一方面,車路協同技術可以實現車輛的軌跡級智能感知,使交通管理者更為全面、精細、準確地動態把握交通狀態、實時優化管控策略成為可能。另一方面,自動駕駛技術可以進一步提升管控精度,提供個體級管控手段,彌補傳統單一的對交通流控制的短板。

然而,當前智慧交通領域的建設熱點是“新一代的感知技術”,“新一代的通信技術”和“自動駕駛技術”,相當于具備了狀態感知手段、指令下達手段以及指令執行手段,但缺乏指令制定手段,無法產生實際效益,進而導致智慧交通推廣困難。在此背景下,如何借助車路協同技術和自動駕駛技術的優勢,對道路交通管控系統實現低成本升級,提升現有管控產品效果,進而讓車路協同和自動駕駛技術產生實際效益,是當前交通管控設備市場的主要痛點。

與此同時,隨著全國各地的智能汽車與智慧交通測試區、示范區和先導區的建成以及各地法律法規的探索,由網聯車、網聯自動駕駛車、傳統交通參與者構成的新型混合交通流已然成為現實。如何面向混合交通流,借助車路協同和自動駕駛技術帶來的管控改善契機,進行我國交通管控系統的升級,即是當前交通管理者面臨的主要問題,也是進行智慧交通系統推廣、促進智慧交通產業成熟的關鍵推動力。

(1)混合交通流環境下智慧管控系統

近日,兆邊(上海)科技有限公司在2021上海國際交通工程、智能交通技術與設施展覽會以及20201年世界交通大會兩大交通領域國際性會議上同時發布了首個可以同時服務于所有類型車輛的混合交通流環境下智慧管控系統Mixed-traffic Intelligent Control System (MICS),利用精準的感知技術獲取全路段交通情況感知和車輛信息,再通過“云-邊-端”進行路徑調整、協同優化以及微觀指令下達,為網聯自動駕駛車輛指定最優路徑和參考軌跡,為網聯車輛下發建議路徑、建議車速,與此同時通過優化傳統管控設備對普通車輛進行管控。

整個系統以云平臺-邊緣計算設備(MEC)-終端設備為整體架構,串聯傳統管控系統、新建感知系統以及新建智能網聯系統。感知設備和車輛終端向MEC報告感知信息。MEC 進行全段交通狀況感知并將結果報告給云平臺。云平臺將制定宏觀層面的控制決策,并與 MEC 協同制定微觀場景下的控制指令,最終下發給管控設備和車載終端。

交通管控邊緣計算設備是系統的核心,連接三大系統,分別是以信號燈和可變情報板為主的管理控制系統,以路側通信模塊和車載通信模塊為主的智能網聯系統,以電警、攝像頭和雷達為主的數據賦能系統。邊緣計算設備的功能模塊支持110個以上的應用,支持L4級自動駕駛,其中包括感知數據應用(20+)、廣播類應用(40+)、輔助單車智能應用(15+)、路基管控類應用(8+)、應用救援類應用(6+)。

系統可進行模塊化設計和插件化設計,重在應用、方便拓展和易于遷移,立足管控,聯動各環節,構建面向高速和城市道路的混合交通流的實用的智慧交通系統�？梢詫Ω咚佟⒊鞘薪煌ㄟ\行效果進行系統性改善。

(2)MICS賦能高速

當前高速系統面臨著惡劣天氣、事故多發、特殊路段管控三大問題,然而車路協同應用僅服務于網聯車輛,未考慮特殊需求,缺乏有效的管控應用,難以解決以上三大問題。為此,MICS以全天候通行,全路段管控,全對象服務為目標,實現高速系統的優化,其中具體包括六大亮點。

(1) 網聯車安全防護

主要功能是將普通車信息發送給網聯車,實時發送警示信息和策略,將智能網聯車之間的主動安全應用拓展到智能網聯車和其他所有車之間。

(2) 全天候通行保障

利用可變信息板與智能道釘,通過道路輪廓強化以及車速、車道限制警示燈手段提升惡劣天氣駕駛安全性和道路封閉閾值。

(3) 橋隧區主動保護

為車輛提供隧道內部擁堵信息,引導交通流平滑過渡,降低事故風險;為車輛提供隧道內事故信息,引導變道和交通流平滑過渡,降低二次事故風險。

(4) 貨運車節油編隊

貨車車輛以車隊的形式行進,可降低后車燃油消耗20%,為此需要解決貨運編隊的路徑規劃問題,進行貨車編隊與常規車輛在不同場景下的混行處理。

(5) 混合流車道管控

主要功能是四個方面,一是保持穩態交通流,對道路實時交通流狀態和事故風險進行把控,在檢測到非穩態風險時,通過可變信息板及道釘控制車速和變道,“粒流協同”控制網聯車,引導混合流進行穩態保持或恢復;二是瓶頸點疏解,在瓶頸點通過可變信息板及道釘向上流溯源,引導交通流平穩過渡,促使交通流平滑迅速通過瓶頸點。

(6) 分合流安全保護

在分流區向上游溯源進行分級限速管控,引導交通流平穩過渡,促使交通流平滑迅速通過分流區,降低事故風險;此外,在合流區通過信號燈或智能網聯手段向車輛發送匯入引導。

(3)MICS賦能城市

城市交通管控系統存在數據不完備、信控水平低和多方式競爭等問題,當前的車路協同應用僅服務網聯車、缺乏數據融合和缺乏個體管控,因此同樣難以解決城市系統面臨的三大現實問題。MICS以多層次覆蓋,多數據集成和多方式協同的方式賦能城市系統,具體有五大亮點。

(1)基礎功能再升級

基礎功能再升級是將普通車、行人信息發送給網聯車,實時發送警示信息和策略,將僅能應用于網聯車的應用推廣至所有交通參與者。

(2)交叉口控制優化

交通管控的發展史就是交通感知的發展史,無感知手段時代采用定時控制,感應線圈感知手段時代采用自適應控制,視頻感知時代采用IDPS系統控制。如今,智能網聯車提供的軌跡數據進一步豐富了感知手段,此外,網聯自動駕駛車輛又提供了個體級管控手段,一次新的信號控制升級勢在必行。MICS系統可利用網聯車數據和網聯自動駕駛車輛個體管控能力進行車-燈協同優化,包括單點及網絡優化。

(3)交叉口信控評價

深度剖析信控層面根本問題,構建問題導向型評價診斷體系,多源數據驅動,剖析問題致因,指明提升方向,與交叉口控制優化功能形成優化-評價閉環。

(4)多模式協同優化

構建了包括公交專用道動態管控、“多申請”公交信號優化、公交駐站與信號協同優化、“雙準則”公交信號優先、動態出行服務在內的公交優先技術體系,在公交優先的同時避免對社會車輛的影響,實現對需求的動態響應。

(5)個體級控制優化

將對“流”的控制轉化為對“個體”的控制,實現無信號控制;協同優化交叉口時間與空間資源利用率。

(4)MICS的優勢所在

在當前市場中,MICS實現對現有交通管控路側設施的全面智能化、網聯化升級,具備兩大核心優勢:

一是以多源融合的網聯車信息為基礎,兼容已有的檢測器等其他交通感知信息,豐富現有管控產品功能,提升現有管控產品效果,道路交通管控系統實現低成本升級,使得智慧交通可以服務所有交通參與者,創造實際應用價值;

二是適應新型車輛的發展,可為網聯自動駕駛車輛、網聯車輛和普通車輛提供服務。

(5)寫在最后

MICS系統融合了云平臺、邊緣計算設備和終端設備,聯動管理控制平臺、智能網聯平臺和數據賦能平臺,面向高速和城市道路為網聯自動駕駛車輛、網聯車輛和普通車輛提供服務,構建了實用的新型混合交通流環境下智慧管控系統,產生實際應用價值,促進智慧交通推廣,進而為“新基建”和“交通強國”國家戰略做出貢獻。目前MICS已在上海安亭等地落地應用,未來可期。

(新媒體責編：syhz0808)