濟(jì)寧市快速路一期工程智能交通系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

李瀟逸，王佳斌，梁榮欣

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

1 工程概況

1.1 工程背景

為緩解濟(jì)寧市多組團(tuán)間由于京杭運(yùn)河、新兗鐵路、高速公路等屏障造成的割裂、內(nèi)部聯(lián)系通道不足、高峰時(shí)段關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)擁堵嚴(yán)重等情況，提升濟(jì)寧市整體競(jìng)爭(zhēng)力，2017 年濟(jì)寧市政府提出構(gòu)建主城區(qū)“兩環(huán)八聯(lián)+井字形快速路”的城市道路網(wǎng)。濟(jì)寧市快速路一期工程是其中的核心一環(huán)[1]，工程包括任城大道快速路、寧安大道快速路、濟(jì)寧大道快速路、西外環(huán)快速路以及4 座互通立交，環(huán)線的延伸段不在一期工程范圍內(nèi)。

濟(jì)寧市快速路一期工程總平面布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 濟(jì)寧市快速路一期工程總平面布置圖

1.2 智能交通系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

濟(jì)寧市智能交通系統(tǒng)建設(shè)起步較晚，從2012 年開(kāi)始，濟(jì)寧市交警支隊(duì)依托城區(qū)“六縱六橫”主干道路，啟動(dòng)了第一期智能交通系統(tǒng)的建設(shè)步伐，并在隨后的建設(shè)中擴(kuò)展了各類系統(tǒng)及應(yīng)用，保障了公安交通管理工作的順利開(kāi)展，取得了一定的成效。但也有部分不足，具體體現(xiàn)在以下4 個(gè)層面：

（1）信號(hào)控制系統(tǒng)層面。濟(jì)寧市已建城區(qū)內(nèi)交叉口中，大部分為單點(diǎn)定周期控制，少部分為單點(diǎn)多時(shí)段定周期控制。相位方案多采用2 相位或4 相位方案，以控制直行及左轉(zhuǎn)車輛為主，對(duì)右轉(zhuǎn)車輛原則上不作控制。缺少區(qū)域信號(hào)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)控制。

（2）交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)層面。國(guó)省道的交通視頻監(jiān)控能為市交警支隊(duì)提供基本的視頻監(jiān)控圖像。但由于前期缺乏系統(tǒng)整體規(guī)劃，各工程分期獨(dú)立建設(shè)，后期運(yùn)維情況不佳，導(dǎo)致已建的交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)在外場(chǎng)設(shè)施覆蓋率、已建設(shè)備可用率、功能性能實(shí)用性等方面均存在一定不足。

（3）平臺(tái)建設(shè)層面。濟(jì)寧市交警支隊(duì)通過(guò)對(duì)智能交通管控平臺(tái)的升級(jí)改造，已經(jīng)建成情指勤督一體化集成指揮平臺(tái)、大數(shù)據(jù)輔助決策支撐平臺(tái)、交通信息服務(wù)平臺(tái)、交通設(shè)施設(shè)備運(yùn)維管理平臺(tái)基礎(chǔ)框架，并具備了大部分功能，但仍存在大數(shù)據(jù)中心規(guī)模不足、指揮調(diào)度中心陳舊、平臺(tái)部分功能不完善等問(wèn)題。

（4）快速路監(jiān)控系統(tǒng)層面。本次快速路（一期）工程是濟(jì)寧市第1 條快速路工程，快速路智能交通系統(tǒng)也是真正意義上的從無(wú)到有，需要借鑒其他城市的快速路監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

快速路智能交通系統(tǒng)是為了充分發(fā)揮快速路“高速、安全、舒適、高效”的功能特性，保證道路較高的服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通運(yùn)行的宏觀管理和調(diào)度而建立的。具體有以下6 個(gè)目標(biāo)：

（1）建成能滿足公安、交警、公路管理多部門應(yīng)用的采集系統(tǒng)，滿足安全保衛(wèi)、交通管理多任務(wù)的控制系統(tǒng)，滿足區(qū)域誘導(dǎo)、廣域協(xié)調(diào)的誘導(dǎo)和信息服務(wù)系統(tǒng)。

（2）建成符合地方已有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的單項(xiàng)系統(tǒng)，滿足道路管理、交通管理兩方面的需求，實(shí)現(xiàn)與路網(wǎng)的信息互通和系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

（3）及時(shí)發(fā)現(xiàn)或檢測(cè)偶發(fā)性事故、故障等造成的交通阻塞，形成快速處理事故和意外情況的能力，迅速疏散阻塞的車輛，減少交通延誤，防止二次事故的發(fā)生。

（4）在重點(diǎn)路段監(jiān)測(cè)交通流的狀況，提高公路管理部門對(duì)車輛運(yùn)行狀況的控制能力，能根據(jù)實(shí)時(shí)交通狀態(tài)，以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和控制的方式，最大限度實(shí)現(xiàn)交通流的穩(wěn)定性和行駛環(huán)境的舒適性。

（5）及時(shí)提供必要信息，為道路使用者提供幫助。

（6）為車輛和道路使用者提供快速、有效的服務(wù)。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本項(xiàng)目主要在快速路和地面道路部署相應(yīng)的智能交通子系統(tǒng)，包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、交通信息采集系統(tǒng)、智能卡口系統(tǒng)、入口匝道控制系統(tǒng)、信息誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)、交通信號(hào)控制系統(tǒng)、闖紅燈自動(dòng)記錄系統(tǒng)[2]。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)統(tǒng)一接入已建的濟(jì)寧市智能交通平臺(tái)（見(jiàn)圖2），并在租賃機(jī)房增加相應(yīng)的云存儲(chǔ)設(shè)備。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

本項(xiàng)目新建7 大外場(chǎng)子系統(tǒng)，包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、交通信息采集系統(tǒng)、智能卡口系統(tǒng)、入口匝道控制系統(tǒng)、信息誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)、交通信號(hào)控制系統(tǒng)、闖紅燈自動(dòng)記錄系統(tǒng)。其中，快速路外場(chǎng)子系統(tǒng)先將系統(tǒng)視頻和數(shù)據(jù)傳至地面路口的終端服務(wù)器，然后路口終端服務(wù)器通過(guò)路口匯聚交換機(jī)將視頻和數(shù)據(jù)傳至租賃機(jī)房的管理平臺(tái)，并在機(jī)房部署相應(yīng)的云存儲(chǔ)服務(wù)器，滿足外場(chǎng)數(shù)據(jù)接入濟(jì)寧智能交通平臺(tái)的擴(kuò)容需求（見(jiàn)圖3）。

圖3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3.3 與濟(jì)寧市城區(qū)智能交通建設(shè)項(xiàng)目的對(duì)接

3.3.1 存儲(chǔ)設(shè)備擴(kuò)容

根據(jù)本次項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容，地上部分900 萬(wàn)電警抓拍單元帶反向卡口93 套（地面部分卡口電警不存錄像），球機(jī)監(jiān)控373 處，鷹眼監(jiān)控15 路，存儲(chǔ)容量總需求為：3.09 TB×93+1.24 TB×373+9.92 TB×15=898.69 TB。

3.3.2 平臺(tái)功能對(duì)接

快速路外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備須接入城區(qū)智慧交通指揮調(diào)度平臺(tái)，城區(qū)智慧交通指揮調(diào)度平臺(tái)須涵蓋快速路智能交通業(yè)務(wù)：

（1）交通視頻監(jiān)視功能。

（2）交通和環(huán)境信息采集、處理、研判功能。

（3）交通誘導(dǎo)功能。

（4）匝道通行控制功能。

（5）交通違法檢測(cè)功能。

（6）卡口功能。

（7）交通控制功能。

3.3.3 數(shù)據(jù)安全交換、視頻安全交換接入

為更好地應(yīng)對(duì)新形勢(shì)下道路交通管理的需要，為機(jī)動(dòng)車緝查布控系統(tǒng)提供安全可靠的數(shù)據(jù)應(yīng)用，交警部門計(jì)劃外部卡口系統(tǒng)統(tǒng)一接入公安內(nèi)網(wǎng)，將卡口抓拍車輛通行圖片、數(shù)據(jù)庫(kù)記錄以及視頻監(jiān)控資源安全接入公安網(wǎng)，為交警稽查布控等業(yè)務(wù)開(kāi)展提供高效的數(shù)據(jù)服務(wù)。

4 智能交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)

濟(jì)寧市快速路（一期）工程智能交通系統(tǒng)內(nèi)容包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、交通信息采集系統(tǒng)、智能卡口系統(tǒng)、入口匝道控制系統(tǒng)、信息誘導(dǎo)系統(tǒng)、交通信號(hào)控制系統(tǒng)、闖紅燈自動(dòng)記錄系統(tǒng)等。

4.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)由前端視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、后臺(tái)的視頻管理終端、存儲(chǔ)設(shè)備及相應(yīng)視頻控制軟件構(gòu)成。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如下：

（1）快速路主線。設(shè)計(jì)在快速路主線所有分合流點(diǎn)（含進(jìn)出口匝道及互通樞紐立交）附近設(shè)置1 套監(jiān)控?cái)z像機(jī)；在主線一般路段按照不大于500 m 的間距交錯(cuò)設(shè)置監(jiān)控?cái)z像機(jī)，相鄰攝像機(jī)的覆蓋區(qū)域應(yīng)有一定程度的重疊，通過(guò)攝像機(jī)的遙控操作真正實(shí)現(xiàn)路段監(jiān)控的全覆蓋[3]。另外，在沿線選擇合適的制高點(diǎn)，通過(guò)安裝高空監(jiān)控?cái)z像機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)宏觀交通監(jiān)控，每隔3 km 應(yīng)設(shè)置1 處。

（2）交叉口。設(shè)計(jì)在沿線主要的地面信號(hào)控制交叉口結(jié)合闖紅燈自動(dòng)記錄桿件每個(gè)方向均設(shè)置1 套監(jiān)控?cái)z像機(jī)；非信號(hào)控制路口單獨(dú)設(shè)置2 套監(jiān)控?cái)z像機(jī)，采用獨(dú)立桿件斜45°指向交叉口中心，確保對(duì)路口交通狀況進(jìn)行全方位監(jiān)視。

4.2 交通信息采集系統(tǒng)

交通信息采集系統(tǒng)由交通量流量信息采集設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)和后臺(tái)管理設(shè)備組成，對(duì)全線交通流的變化以及氣象條件進(jìn)行監(jiān)視，為本項(xiàng)目道路運(yùn)營(yíng)管理、養(yǎng)護(hù)、公眾出行以及應(yīng)急處置提供重要的信息支撐。

在快速路主線按照400～500 m 間距設(shè)置雷達(dá)視頻一體機(jī)，安裝高度6 m，用于檢測(cè)主線交通數(shù)據(jù)。

另外在主線與匝道合流分流點(diǎn)安裝雷達(dá)視頻一體機(jī)，主要用于各個(gè)路段交通參數(shù)的采集、車輛駕駛行為跟蹤、車輛速率檢測(cè)，為路段交通數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)、交通事件系統(tǒng)提供依據(jù)。

在地面交叉口每個(gè)方向上分別設(shè)置1 套適用于交叉口檢測(cè)的雷達(dá)視頻一體機(jī)，結(jié)合電子警察系統(tǒng)桿件設(shè)置。

4.3 智能卡口系統(tǒng)

智能卡口系統(tǒng)由卡口前端子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)和后端管理子系統(tǒng)組成。

本項(xiàng)目沿線交叉路口利用反向闖紅燈自動(dòng)記錄實(shí)現(xiàn)卡口功能，通過(guò)闖紅燈自動(dòng)記錄系統(tǒng)迅速捕捉到肇事車輛、假套牌車輛、違章車輛、黑名單車輛等，為快速偵破交通事故逃逸和機(jī)動(dòng)車盜搶案件提供重要的技術(shù)手段和證據(jù)。

智能卡口系統(tǒng)原理見(jiàn)圖4。

圖4 智能卡口系統(tǒng)原理

4.4 入口匝道控制系統(tǒng)

入口匝道控制系統(tǒng)由匝道控制器、匝道指示設(shè)備（包括交通信息屏和車道指示燈）及傳輸網(wǎng)絡(luò)等組成。系統(tǒng)設(shè)置方案如下：

（1）快速路所有入口匝道均設(shè)置入口匝道控制設(shè)備。

（2）設(shè)置入口匝道控制設(shè)備，綜合考慮交通信息采集和發(fā)布、車輛號(hào)牌信息采集、車輛違法監(jiān)測(cè)設(shè)備、卡口等系統(tǒng)的建設(shè)需求，集約化建設(shè)和應(yīng)用，降低投資。

（3）入口匝道控制設(shè)備須同步設(shè)置相應(yīng)的車道信號(hào)燈、交通信息屏等設(shè)施，并與交通誘導(dǎo)信息發(fā)布系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

4.5 信息誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)

信息誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)由誘導(dǎo)終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)、后臺(tái)管理部分組成。本系統(tǒng)設(shè)置方案如下：

（1）在快速路主線出口匝道前方及互通立交分流點(diǎn)上游合理區(qū)域設(shè)置主線綜合誘導(dǎo)屏。

（2）在地面道路，高架上匝道前上游合理區(qū)域設(shè)置地面文字誘導(dǎo)屏。

（3）在快速路高架入口匝道合流處設(shè)置綜合誘導(dǎo)屏，與道路交通標(biāo)志牌合設(shè)。

4.6 闖紅燈自動(dòng)記錄系統(tǒng)

本項(xiàng)目闖紅燈自動(dòng)記錄系統(tǒng)由前端信息采集設(shè)備、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)和后臺(tái)管理設(shè)備3 大部分組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)路口機(jī)動(dòng)車闖紅燈、逆行以及其他交通違法行為的自動(dòng)抓拍、記錄、傳輸和處理，同時(shí)對(duì)經(jīng)過(guò)路口（含右轉(zhuǎn)渠化）的每輛車進(jìn)行抓拍記錄。本系統(tǒng)設(shè)置方案如下：

（1）在地面道路所有具有信號(hào)控制的交叉口，布置記錄闖紅燈行為的交通安全違法行為檢測(cè)設(shè)備。

（2）檢測(cè)手段采用雷達(dá)視頻檢測(cè)方式。

（3）闖紅燈自動(dòng)記錄桿件與停止線的水平距離為25～28 m。

4.7 交通信號(hào)控制系統(tǒng)

本項(xiàng)目交通信號(hào)控制子系統(tǒng)主要由路口設(shè)備（信號(hào)燈、交通信號(hào)控制機(jī)）、傳輸網(wǎng)絡(luò)及后端管理軟件組成，系統(tǒng)采用2 級(jí)控制，即監(jiān)控中心控制級(jí)- 控制級(jí)。本項(xiàng)目交通信號(hào)控制系統(tǒng)設(shè)置方案如下：

信號(hào)機(jī)安裝在交叉路口的信號(hào)機(jī)機(jī)柜中，采用自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制信號(hào)機(jī)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)信號(hào)周期、相位差和綠信比，提高道路網(wǎng)絡(luò)的通行能力；控制區(qū)內(nèi)各受控交通信號(hào)都受交通監(jiān)控中心的集中控制，其他要求滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《道路交通信號(hào)控制機(jī)》（GB 25280—2016）。

信號(hào)機(jī)與上位機(jī)間數(shù)據(jù)通信協(xié)議的結(jié)構(gòu)及物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的要求應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《交通信號(hào)控制機(jī)與上位機(jī)間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議》（GB/T 20999）。交叉口每個(gè)方向的電子警察桿件均安裝雷達(dá)視頻一體機(jī)，用于路口信號(hào)燈自適應(yīng)控制的數(shù)據(jù)支撐。

本項(xiàng)目涉及到的信號(hào)控制機(jī)采用與濟(jì)寧市公安局交通警察支隊(duì)統(tǒng)一型號(hào)的新型聯(lián)網(wǎng)型信號(hào)控制機(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要分析了濟(jì)寧市智能交通系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀，從工程概況、設(shè)計(jì)目標(biāo)、總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面，簡(jiǎn)要介紹了濟(jì)寧市快速路一期工程智能交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該項(xiàng)目的建設(shè)為交警交通指揮提供了科學(xué)化的決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了快速路交通安全防控主動(dòng)化、交通信息服務(wù)多元化，標(biāo)志著濟(jì)寧市快速路智能交通系統(tǒng)進(jìn)入了智能化新里程。