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基于全域感知的数字孪生品质收费站案例

来源:本站   发布时间: 2023-01-04 20:25:46

广州交投机电工程有限公司

一、项目背景

城市发展,交通先行。为了深入贯彻落实习近平总书记关于交通强国建设重要论述以及对广东系列重要讲话与重要指示批示精神,为了牢牢抓住粤港澳大湾区、横琴、前海合作区等重大平台建设的历史机遇,为了积极响应广东省加快数字化发展战略,发展安全、便捷、绿色、高效、智能的现代化交通体系,成为了广东省未来交通发展的主导方向。

取消高速公路省界收费站后,高速收费转变为“分段计费、出口收费”模式, 收费系统技术路线、系统架构、业务逻辑、运营规则、车道模式等方面均发生了 重大变化,系统得到了一定提升,但受现有业务模式、站场资源、司乘人员规模的限制,传统收费站仍存在ETC过车成功率低、混合车道通行效率低等问题,导致收费站拥堵常态化、用户体验较单一,给高速公路的运营管理带来极大压力,原有收费站结构和模式已不能满足日益增长的交通需求

收费站作为高速公路的重要组成部分,是智能交通落地的重要载体,是提升人民群众高速公路通行体验、展示高速公路对外服务形象的窗口,一座高品质的收费站能切实增强来往人民群众的获得感、幸福感、安全感。为满足人民对美好出行的向往,对得到个性、安全、便捷的智慧化数字化交通运输服务的期望,打造智慧化的品质收费站,成为交通人肩上新时代的使命任务。

本项目以广州机场高速主线站升级改造为契机,全力打造集大数据、5G应用、云计算、数字孪生等高新技术于一体的智能化品质样板收费站,实现提质、降本、增效要求,对行业起到正面引导作用。

二、项目总体设计

项目从系统运行引导优化、站场营运提升保障、用户体验同步优化三方面进行智慧化品质提升,实现收费系统运行效率和服务质量的整体提升,提高运营效率和效益,提升人民群众出行体验。

项目总体方案采用基于高精地图、三维建模以及视频融合感知技术实现全域数字孪生的技术路线,结合主线/匝道自由流ETC预交易、车道级精准立体诱导、无隔离ETC自由流快速验证车道、基于云中控的联排拟人化收费机器人车道,实现管理者一张图式全域感知和可靠的交通事件检测,从而大大提高收费站服务水平和车主体验,提升收费站总体运行效率及智能化水平,技术方案示意图如图1所示。


项目在龙门架、路侧、收费岛头共设置48400万像素枪型/800万像素球型高清摄像机,覆盖区域包括机场收费站广场、收费站出口前600米、收费站入口前200米,采集全方位视频数据,实现数字孪生,总体部署图如图2所示。

2总体部署图

三、项目详细方案

(一)搭建全息感知与智慧平台,优化重塑收费业务链条,构建数字孪生收费站。

数字孪生是指通过对物理世界的人、物、事件等所有要素数字化,在网络空间再造一个与之对应的“虚拟世界”,形成物理维度上的实体世界和信息维度上 的数字世界同生共存、虚实交融的格局。车道孪生示意图如图3所示。

3 车道孪生示意图

数字孪生技术可以将路侧感知数据融合,并根据车辆速度、位置、时空、关 联关系等通过三维高精度地图进行展示,将道路交通运行状况在数字世界中进行 虚拟化镜像展示,为精细化决策管理、交通趋势分析、仿真推演等提供可靠的技 术支撑。以现场管控需求为导向,设计方案采用数字孪生技术、视频结构化与跟踪技术,借鉴传统GIS地图的经验,整合城市地理信息、收费站业务管理平台,汇聚融合到孪生模型当中,实现收费站态势全息感知与预警联动。通过设置48台高清摄像机,实现对收费站的整体监控,并基于VGIS实景地图引擎,利用数字孪生技术把电子地图的信息标注能力与三维高精度地图结合,形成收费站动态模型。基于视频可视化的车辆自动检测和跟踪技术,自动识别车辆位置,跟踪车辆轨迹,建立通行车辆的“时空坐标系”。车道孪生诱导图如图4所示。

4 车道孪生诱导图

结合匝道ETC预交易系统,将车辆交易数据与采集到的车辆状态、车辆结构化数据、车辆时空信息等态势数据实现关联,并在三维高精度地图上进行叠加展示,直观表现收费站周边态势变化,实时掌握交通状态并快速导流,对异常事件系统自动发出声光报警。工作人员在可视化大屏以全局视角感知整个收费站的运行状态,包括静态的道路、交通标识物、路侧设备等,以及动态的车辆、人员,实景值班监督一旦发现交易异常车辆闯入ETC车道,监控中心人员能够快速指挥周边的现场人员灵活处理,保障收费站全天候高效运行。

(二)联排式拟人化智慧收费机器人车道,降本增效,开创收费车道新模式。

为实现降本增效,机场收费站积极采用机器替代人工的半自动收费模式,在 混合车道上设置多台智慧收费机器人,配合中控云台进行放行控制,实现一条车 道上多辆车同时交易,大幅提升交易效率,其中车型信息可以通过卡片入口信息、 车型识别及历史大数据分析,确定车辆的准确车型。联排式拟人化智慧收费机器人车道如图5所示。

5 联排式拟人化智慧收费机器人车道

四、项目展示

(一)“软萌”可爱智能机器人上岗,省内率先实现移动支付电子发票自助打印功能

机场收费站在全国率先推出智能收费机器人,拟人化外观设计“软萌”可爱,可以减少距离感,便捷操作界面降低认知成本和学习时间。功能强大,集收卡机、读卡器、车牌识别、扫码支付、信息显示屏、语音播报、票据打印机等多种设备于一身,实现对 CPC 通行卡、ETC 粤通卡车辆进行非现金收费处理,同时提供非现金支付行程凭证打印功能。驾驶员只需扫描行程凭证上的二维码,即可开具电子发票,机场高速成为广东省首条实现移动支付电子发票自助打印的高速公路。

使用智能收费机器人缴费减少了人工传递卡片,缩短数据交互的时间,多元支付响应更快捷,比人工收费节省约3秒。据统计,改造前人工收费车道每小时通行180辆,智能收费机器人上岗后单车道收费效率提升了40%。在提高收费速度的同时,能有效避免因人为操作失误导致的收费纠纷。

智能收费机器人上岗后有效降低人工成本,按收费站收费业务管理的“四班三运转轮班制”,每个收费机器人能代替4个收费员,按每个收费员人工成本10/年计,每车道可节约人工成本40万元/年,实现降本增效提质目标。

(二)“红停绿行、车动灯跑”,升级个性主动服务体验

在强化视觉引导方面,机场收费站设计注重灯光与颜色的运用。所有收费岛侧面内嵌LED跑马灯作为路面标识,搭配三合一栏杆机上的新型发光栏杆臂,根据数字孪生系统反馈的数据信息,实现红停绿行、车动灯跑的灯光指引效果。车道跑马灯分为100%60%40%30%20%10%等六种亮度,可根据白天和晚上的不同亮度,在满足灯光指引效果的同时,减少对司机的视觉干扰。车道灯光诱导如图6所示。

6 车道灯光诱导

三合一自动栏杆机创新性地将传统收费车道标配的车道识别设备、费额显示 器、自动栏杆机“老三件”三合为一,ETC收费岛仅保留该设备,减少司乘人员 通行时的视觉干扰,最大限度降低机电设备故障点,车道机电设备简化到极致。三合一栏杆如图7所示。

7 三合一栏杆

(三)多屏协同联动,信息传递无盲区

机场收费站在全国率先推出空中折叠式显示屏,安装于车道上方,让司机在不减速通行的前提下掌握ETC交易信息。屏幕既能充当车道LED屏,又能显示两条车道交易信息,指引车辆高效有序通行。

空中折叠式显示屏分上竖屏和下折屏。上竖屏垂直安装,下折屏倾斜安装,屏幕可根据需要向屏幕后方折弯,改变屏幕显示方向,下折屏角度可调。从人体工学和视觉角度出发,多次调优折叠屏,保证司乘人员距离岛头250米即可看到上竖屏显示信息,直至距离岛头55米时,接收到下折屏信息,实现全域精准诱导。立体化诱导屏如图8所示。

8 立体化诱导屏

(四)分区化管理,特情处理集中化

根据新收费模式下的通行习惯及要求,针对特情处理完善操作规程,建立特情人员设备配置等标准,并完善事后稽查流程,从运营管理制度上提升特情处理效率。基于此,将特情处理区部署在后广场近中央分隔带位置,出、入口各部署1个,特情车辆统一在后广场特情区域处理,避免占用车道资源。辅以实施特情标准化处理流程,在车道遇到特情时,严格限制特情车或交易金额争议的车辆长时间占用的车道资源,由人工控制抬杆,引导用户在后广场特情区域处理问题,保证了车道的通行效率。

(五)智慧集约无岛化,快速通行无障碍

机场收费站每两条ETC车道之间仅用15cm的标线进行软隔离,收费站车道数量从原有的29条车道增加为31条,最大限度地实现收费车道去岛化。

实现去岛化,最大的难点在于相邻车道间的抗干扰。通过优化算法、调整线圈判断逻辑等方式,解决了ETC车道邻道干扰问题,在保证99.9%的交易成功率以及50公里/小时的平均通行速度的前提下,完成去岛化升级改造。

随着车道设备布局的简化,以及健全信用体系的建立,机场站充分利用AI稽核、大数据分析等技术,为推行“先行后付”打下基础。在未来,逐步放宽运营规则约束,提高其灵活性和容错性,解决“严入严出”对于高速通行顺畅度的限制,取消“一车一杆”在技术上已成为可能。无岛化设计如图9所示。

9 无岛化设计

 

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