湖南湘江智芯云途科技有限公司
一、智慧道路支持应用技术先进系统—城市交通主动管控系统
（一）主要研究内容
1.智能网联云控平台
智能网联云控平台是本系统的数字底座和使能平台，将城市的参与者、管理者、运营者进行数字化、抽象化和模型化的平台，将城市的交通基础设施、交通业务数据、社会车辆数据、自动驾驶车辆数据、地理信息数据、个人数据和设施设备数据等进行多来源和多维度的融合，并利用大数据和人工智能技术，为智慧城市出行和服务提供依据。整个系统主要包括数据联接、基础设施云平台、大数据中心、智能网联业务使能平台以及智能网联业务应用中心以及展示中心等部分内容。智能网联云控管理平台系统架构图如图1所示。
图1 智能网联云控管理平台系统架构图
2.基于云控平台的城市道路支撑应用技术系统
智慧城市路口智能化路侧系统，通过车联网技术与传统交通设备的结合，综合利用传感技术、网络技术、计算技术、控制技术和信息处理技术对道路进行智能化改造，对其道路环境、车辆运行和交通出行状况进行全面感知，实现人、车、路以及社会环境在信息技术下的协同与一体化管控，构建新一代智能道路基础设施环境，建设基于智能化道路基础设施的智慧交通运输体系。系统总体功能架构图如图2所示。
图2 系统总体功能架构图
基于智能网联云控基础平台获取系统所需的动静态信息，其中静态信息包括路网基础信息、路口渠化信息、灯组信息、接线信息、检测设备基础信息等，动态信息包括检测设备采集的交通流数据、路口监控视频等。基于智能网联云控管理平台层通过在云计算环境中建立运行、测试、开发等环境，为数据服务层以及应用服务层的开发、测试、运行提供平台支撑服务。本层系统可实现与车路协同系统的数据交换共享、融合应用。
典型应用场景
主要包括动静态交通融合的智慧停车、缝合“车-站-路-云”一体化协同智慧公交站、城市智慧物流配送、智慧公交应用、交通智能诊断优化、动态车流监测与管理、上帝视角的私人出行方式、非现场治超执法等场景。
（三）城市支撑应用技术系统功能模块
1.城市交通态势监测
实现动态交通路网交通态势的实时监测，实时路况每分钟更新一次。直观展示全区域、路段的拥堵指数、冲突指数、碳排放指数，快速掌握全部路口及相连路段的实时交通状况。系统在同时标注道路监控视频点，可直接在可视化子系统图层上点击查看。包括交通流态势分析研判、路口、干线、区域交通评级两大功能。路口问题诊断界面如图3所示。
2.城市交通预测预警
实时监测数据与动态评估的交通指标，对5类问题进行智能研判，包括路口溢出事件、路口异常拥堵、路口方案未按照计划执行、严重交通冲突、交通设备故障。对中等、严重等级的指标进行动态预警，将预警分为3类；辅助交通管理者快速锁定路口实时的供需问题，为交通决策提供依据。实时运行态势预警界面如图4所示。
图4 实时运行态势预警界面
3.城市交通统一信号控制
建设统一信号控制系统，通过构建综合化、集成式管理平台，完善信号控制标准，实现对路网内信号控制系统监控和方案管理。根据路口管控需求，通过系统控制功能手动下发锁定、步进、全红、黄闪等控制指令至信号机，有效实施非常态类管控措施。对路口信号机的直接干预应用，在非常规管控场景下能够快速调整路口方案，实施有效管控。
4.城市交通智能信号优化
智能信号优化依托管辖范围内路口特征信息及交通信号机信息，以数据+算法+系统为核心，结合交通路况数据、信号方案数据等多领域大数据技术积累，为客户提供大数据机器学习内容个性化信号方案详情推荐服务。系统根据前端交通路况数据信息，以及用户适配的相位相序标准数据库，自动配置计算出相位阶段绿灯时长以及协调方案，为用户提供智能化推荐。实现了路口信号配时参数的自动调整以及优化效果的智能评估，以量化指标辅助用户掌握优化方案的性能效果，经用户确认后的优化方案可手动下发至路口信号机。优化手段包括：单点优化（如图5）、干线协调优化（如图6）、自适应优化、优化对比评估。
图5 单点优化
图6 干线绿波优化
5.城市公交信号优先
基于路口公交车优先请求信号、冲突方向路况、优先车辆正点/晚点情况、公交线路等级等信息进行综合判断，在满足一定条件时，调整路口信号配时，实现路口公交车辆优先通行。功能主要包括：路口优先回应逻辑、绿灯延长算法、红灯早断算法、冲突请求优先级判断算法、路口公交检测除重演算法、路口参数设置、路口检测器关联管理、优先路口管理、路口渠化图及信号方案录入、各线路路口优先相位配置等。
6.城市交通特勤保障
提供全方位交通出行保障。基于人工智能和大数据，该系统突破了高精度卫星定位、视频自动跟随、全自动信号控制、风险实时预警等关键技术，支撑了快速方案制作、科学仿真推演、可靠指挥调度、高效勤务管理4大核心业务。
7.城市交通仿真决策
构建交通仿真系统包括两大模型：一是建设城市道路交通网络拓扑结构模型：该模型用以描述道路空间特性和物理特征，包括交叉口节点模型、路段模型和城市道路交通网络模型（辅道、单行、转弯限制）；二是建设城市道路交通仿真与分析模型：基于交通网络拓扑结构模型，面向宏观、中观与微观各层面的交通问题，通过建立相应的交通仿真系统，并采用多源交通数据对其进行标定，进而评价各类交通政策、交通规划与设计方案与交通管控策略等的优劣，为不同层面的交通问题提供强有力的定量分析和科学决策依据。
8.道路交通事故分析预警系统
基于数据挖掘的道路交通事故信息综合分析研判系统通过对公安交通管理综合应用平台相关数据的数据处理、数据清洗和数据管理获取数据源，建立道路交通事故信息综合分析数据仓库，在数据仓库的基础上，开展事故信息采集项目的统计分析以及事故与车驾管、违法等数据的关联分析，基于各类挖掘模型的数据分析，基于历史数据的预测分析和可视化分析，最终将统计分析和挖掘的结果输出，实现道路交通事故信息的综合分析研判。
在分析研判效能方面：支持分析报告一键生成、支持区域、道路、企业等多要素的分析研判功能，可以大幅度提升分析研判效率和专业性；
在提升分析研判精准性方面：支持宏观、中观、微观层面的分析研判，可精准的判别出事故多发点段；
在关联分析方面：与违法关联分析，可挖掘执法欠缺信息，包括执法欠缺支大队，执法欠缺时间、执法欠缺行为等；
在主动预警方面：针对关注的分析指标，可设定交通事故数据阈值，每天晚上自动运行，避免了大量的人工查询统计工作。
该系统推动了交通安全治理模式由被动处理向主动预防的转变，提高了事故预防工作的科学性、针对性与有效性，促进了交通事故处理工作的规范化、智慧化，为城市道路交通安全系统性改善方案及政策的制定提供决策支撑。
9.车路协同道路安全预警系统
包括异常车辆预警、弱势交通参与者预警、二次事故预警、道路施工预警、危险路段预警、前方拥堵预警等预警。
（四）城市道路支撑应用系统外场设备
城市道路车路协同路侧设备基于全量、连续环境信息，依托边缘计算及AI技术，准确识别路网交通状态、事件、车辆等信息，提供数据采集、融合、预处理、分发等功能，实现对自动驾驶车辆、V2X 网联车安全高效行驶提供信息支撑，并为智能网联云平台提供数据资源，车路协同智能路侧系统主要由路侧感知单元、边缘计算单元、路侧通讯单元、交换机、机箱等配套设备组成。
1.路侧感知单元
路侧感知单元需要满足相应功能定位端所需要的感知功能，为边缘计算单元提 供原始数据或结构化数据。包括摄像头、雷达等。
2.边缘计算单元
路侧系统核心组件，完成传感器采集的环境数据解析、融合及 V2X 报文编辑。
3.路侧通讯单元 RSU
满足新四跨要求，利用 C-V2X 通信技术，实现路侧 RSU 终端设备与车载 OBU 终端设备之间的全量结构化信息和车载结构化信息通信，同时实现路侧信息与云控平台之间的信息交互。满足基于车路协同技术的公交信号优先要求。
4.其他配套设备部署
含供电、交换机、机箱，散热、防水、防雷功能套件。
5.信息传输系统
有线传输承载方案是指将路侧设备通过汇聚交换机接入城域传输承载网，支撑路侧系统和云平台之间的信息交互，城域传输承载网提供有线网络传输能力。
（五）城市交通主动管控子系统算法技术
1.交叉口交通冲突分级评价算法
分别建立基于机动车与机动车、机动车与非机动车、机动车与行人冲突点的冲突等级分析模型，综合考虑冲突点数量与各类交通流量影响因素，将交叉口冲突分为 A-F 共 6 个等级。
2.交叉口碳排放分级评价算法
利用车辆比功率 VSP 搭建交通特征数据与机动车排放间的关系，综合考虑温度、湿度、海拔等修正因子以及车辆在不同 VSP 区间的行程时间，计算车辆在交叉口的污染物排放含量。将实测数据聚类后分析得出交叉口碳排放分级评价标准。
3.交叉口多时段信号优化算法
根据交叉口现状信号方案和放行状况得出各流向需求绿灯时长，采用不冲突的流向形成相位组合，并基于冲突判别规则，确定是否可以混放、搭接及不可搭接。计算不同相位组合下的信号周期，推荐出最佳周期、最佳相位、最佳绿信比。
4.交叉口干线协调优化算法
建立以增大绿波宽度和降低干线车均延误为目标的相位-信号方案综合优化模型，综合考虑干线交叉口渠化方式、交叉口间距、交通流结构三大因素与干线交通组织、相位方案与信号方案关联，实现三者优化综合。生成绿波时距图，并实现正/反向优化、双向优化、动态绿波。
五、结论
基于车路协同打造集监测、研判、管控和服务于一体的城市交通主动交通管控平台，为研发融合车路协同的城市交通主动交通管控系统提供技术支撑；解决智能网联环境下公交信号优先与特勤保障、基于智能网联的全息路网态势分析研判、智能网联环境下干线协调信号优化与车速引导、区域自适应控制、智能网联环境下仿真决策等五大城市交通技术问题；实现了物理世界与数字孪生数据协同、主动管控与车路协同信息协同及交通运行与行车环境条件协同。全面提升综合交通、运营监管、智慧出行等能力，促进智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展、深度融合。
