基于差异化需求的智慧高速路侧感知解决方案建设实践

近年来，国家有关部门出台多项政策支持智慧交通产业发展，如《交通强国建设纲要》、《国家综合立体交通网规划纲要》、《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》等，均指出要全方位布局交通感知系统，将基础设施数字化、路运一体化车路协同、北斗高精度定位综合应用、基于大数据的路网综合管理、“互联网+”路网综合服务、新一代国家交通控制网6个方向作为重点，发展自动驾驶和车路协同的出行服务。同时，各省市为了响应国家对智慧高速建设的大力支持，也纷纷陆续发布了各地的智慧高速建设指南，其中均不约而同地强调了路侧感知系统的建设必要性并明确了相应的建设要求。可见，不论是国家政策还是行业发展趋势，路侧感知技术的深度应用都是智慧高速建设发展中不可或缺的一环。

交通路侧感知是遵照一定规则，通过对传感器感知的路侧数据进行分析，输出各路面交通要素的信息、异常事件及交通相关参数的智能分析技术。通过路侧设备的有效建设，可以为高速运营管理人员提供全方位的路况感知，提升业务运营效率和管控水平;同时，结合车路协同技术，也可为高速上运行的车辆提供有效的感知冗余，提升车辆运行的安全性，并降低自动驾驶建设成本。因此，先进的路侧感知系统是智慧高速的重要基础和底座，也是区分新一代高速智慧化的重要标志。

既然路侧感知系统如此重要，那么能否提供可靠、精准的路侧感知数据将成为实现智慧高速建设近远期目标的关键点之一。作为高速公路智慧化的核心系统，感知的数据质量直接影响各场景应用的效果和可行性。

当前，已逐步在高速公路布设摄像机、毫米波雷达、激光雷达等类型感知设备，而传感器的布设并不等于感知能力的建设。先进的路侧感知系统应以数据驱动为核心，全息全要素感知为基础，构建全天候全时段全功能全覆盖高融合的路侧感知系统。同时，目标检测技术和信息融合技术是目前科学研究领域的重点也是难点，主要有：

1) 视觉传感器采集内容丰富，但感知精度需由模型算法克服在复杂交通场景车辆目标多尺度化和环境光照多变性;

2) 仅依靠单类传感器难以精确识别车辆，并存在气候、光线等环境影响问题对目标进行检测缺乏鲁棒性;

3) 针对不同场景下，不同传感器检测精度会发生变化，基于交互式多模型的自适应目标检测还需要进一步研究细化场景分类;

4) 通过 V2X 可以获取较多的车辆信息，但考虑车载终端(OBU)成本和信息安全，导致其渗透率不足，还不能充分体现出 C-V2X 的优势。

现阶段，高速公路在路侧感知能力建设上面临问题主要体现在：

1) 主动感知手段缺乏：人工巡查、视频巡查，无法及时发现异常，掌握交通态势;

2) 感知数据质量不可靠：漏报率高、准确率低、感知要素少，难以达成建设预期成效;

3) 感知时空覆盖不足：受恶劣气象、夜间光线、车辆互相遮挡等因素导致感知时空覆盖率低;

4) 感知要素不够精细：针对交通要素信息的感知精细化不足，难以支撑车路协同等应用场景。

建设目标

智慧高速的基础是交通要素的感知化、互联化和智能化，具体表现形式包括智能设施、智能决策、智能管控和智能服务等，从而形成智慧化交通运输综合管理、控制和运营服务。

针对路侧感知的建设目标主要包含：

1) 与现有传统机电系统资源的整合利用，建立主动感知能力实现基础感知(交通流、交通事件、视频/图像/记录)，发挥前期投资价值;

2) 合理布设新型路侧感知设备，实现对多设备、多传感手段数据的充分融合和精确感知，大幅提升感知数据质量;

3) 在区域重点路段全覆盖布设综合路侧感知设备，实现交通中人、车、路、环境的全时、全天候、多要素的全时空精准感知;

4) 提升感知要素精细度实现车路协同化感知，聚合V2X数据，将高速感知设备接入车路协同网络，实现人车交互，信息互通车路交互和谐。

建设方案

在路侧感知系统中，对目标进行检测常用的传感器有毫米波雷达、激光雷达和相机。相对于视觉传感器，毫米波雷达探测距离更远，对目标纵向距离、速度测量精度较高，但无法准确识别目标类型，并且输出的目标信息带有大量的随机噪声。传感器的设计原理和工作机制不同，可在性能方面表现出不同的特点，适用于不同的场景。

针对高速公路不同建设阶段、交通流特征及管理需求，闪马智能提出利旧升级基础感知、一杆多机联动感知、雷视融合全时空感知和车路协同感知4个路侧感知方案，可适配不同的建设需求、运营需求与管理需求，支持分段分级布设并支持按需平滑升级。

方案一：利旧升级基础路侧感知方案

针对已运营高速公路，前期建设的传统三大机电系统为高速公路智慧化提升提供了基础支撑。推进高速公路传统基础设施系统升级迭代，是推动交通领域绿色、智能转型的基础。

视频监控作为高速公路监控系统中被广泛应用的设备类型，且视频图像包含的信息丰富、表达直观，有其独特优势，充分挖掘视频监控数据价值，实现车道级交通参数采集及路面异常事件的主动发现，实现低成本的设备升级目的。

本方案通过在路段中心机房架设交通事件感知一体机，对接视频综合管理平台，实现高速公路视频监控的智能化分析，针对高速运营业务核心的交通流信息采集和交通事件检测，实现主动感知、主动预警。

适配场景：

枪机适配场景：普通高速公路主线8~12米杆件架设摄像机，摄像机像素200W/1080P以上;

球机适配场景：普通高速公路主线8~12米杆件架设摄像机，摄像机像素200W/1080P以上。

方案创新点及价值：

1) 最大程度复用和利旧原有基础设施，投资效益更高;

2) 云端增设设备，快速上线利旧赋能，成效立显;

3) 云端集中分析，运维升级更便捷。

方案二：一杆多机联动路侧感知方案

针对时空覆盖要求较高的路段或者场景，闪马智能可提供两枪一球联动感知方案，利旧杆件增设枪机与球机或增设点位杆件布设两枪一球，实现固定摄像机全景检测，遥控摄像机联动观察细节。

本方案外场布设共杆两枪一球设备组合，云端部署交通事件感知一体机，根据视频分析结果对遥控摄像机云台和变焦镜头进行PTZ驱动，并自动控制PTZ摄像机的进行云台全方位旋转和镜头缩放，针对被锁定的运动目标进行视觉导向的自动跟踪，以确保跟踪目标持续以放大特写画面出现在镜头中央，实现事件细节查看及车辆号牌识别，辅助事件人工审核及涉事车辆身份识别。

布设方案：

1) 在事故多发区域和道路服务水平三级及以上的区域布设;

2) 服务区、停车区、互通立交应在出入口匝道处布设;

3) 急转弯、长下坡、桥隧相接、桥下空间、隧道出入口 区域等特殊位置布设;

建议摄像机安装高度在8m以上，如8m、10m和12m。

方案创新点及价值：

1) 多设备组合，广大而精微，提高感知时空覆盖;

2) 分体式设备，自由灵活安装，适配高曲率线形;

3) 云端分析，精准联动，提高视频图像使用价值;

4) 自主联动，多方位捕获重点关注区域视频图像。

方案三：雷视融合全时空路侧感知方案

针对交通流冲突较多、交通态势复杂这类要求具有全时段、全天候感知能力的场景，闪马智能可提供基于雷视融合的全时空路侧感知方案，通过将视频监控和雷达融合应用，利用多源信息融合带来的多传感器信息与单一传感器信息之间存在冗余互补，最大程度实现这两大技术方案的优势互补，有效弥补单一传感手段的不足，让感知系统全天时、全天候持续感知。

本方案外场布设一体化路侧感知基站，采用摄像头、毫米波雷达获取路面信息，通过网络将数据汇聚到边缘计算单元MEC，由MEC将传感器的原始数据进行滤波、时间戳对齐、融合和分析，并根据内部模型推理得到路口交通参与者的目标信息，包括位置、速度和方向等，形成局部感知。同时支持拓展环境监测类传感器，实现交通流与交通环境的感知。

本方案核心解决高速行业客户在夜间低照度、雨雾恶劣天气条件下的感知失能问题，同时利用多传感器数据冗余实现更高的数据可靠性，以全天时、全天候数据支撑，构建可靠、可信的管理抓手，为事故预防、全天候通行、交通效率提升等业务创新提供数据支撑。

布设方案：

本类设备主要用于提升数据精度、满足全要素、全时段采集需求的业务场景，主要有：

1) 在事故多发区域和道路服务水平三级及以上的区域布设;

2) 服务区、停车区、互通立交应在出入口匝道处布设;

3) 急转弯、长下坡、桥隧相接、桥下空间、隧道出入口 区域等特殊位置布设;

4) 夜间低照度需重点监控需求路段;

5) 曾因车速异常引起交通事故的路段区域;

6) 曾因气象因素造成重、特大事故的路段区域;

根据应用场景合理选择布设点位，一杆双向，布设间距宜不大于500m。

方案创新点及价值：

1) 共杆集约，合理优化设施设置;

2) 多源融合，全天候全天时感知;

3) 边缘计算，低延迟省带宽架构;

4) 运维便捷，远程监测控制维护。

方案四：车路协同路侧感知方案

针对车路协同支撑自动驾驶的建设需求，闪马智能可基于路侧感知基站的外场布设，通过云边协同，在云端实现连续空间的车辆定位及轨迹跟踪，解决车辆行驶行为的微观监测，解决数据零散、不连续问题。由云端全时空路侧感知平台多场景服务分析与决策，再将信息按照约定的通信和交互标准传递给路侧单元RSU和智能网联车辆，充分实现人-车-路-云的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全和环保的道路交通系统。

本方案外场布设一体化路侧感知基站，拓展RSU通信单元，支持车路信息交互;可选增配交通环境传感设备，支持多维交通数据采集。云端部署全时空路侧感知平台，实现高速公路数字孪生、基于车路协同的(准)全天候通行、伴随式出行服务、自动驾驶支撑服务等业务应用。

布设方案：

车路协同路侧感知方案综合考虑其功能联系和协作关系进行系统性布设，主要包含如下布设方式：

1) 侧装部署方案1：双幅4车道及以下高速公路，按 400 米间隔布设;平均每公里单向布设2.5个点位，每公里双向布设5个点位;

2) 侧装部署方案2：双幅6车道及以下高速公路，双侧对等按 400 米间隔布设;平均每公里单向布设2.5个点位，每公里双向布设5个点位;每个杆件悬臂安装;

3) 正装部署方案：双侧对等按 400 米间隔布设，雷达水平布设与单向车道正上方。

方案创新点及价值：

1) 全程轨迹，目标精准感知定位;

2) 云边协同，全域感知全局决策;

3) 车路协同，实时交互跨界融合。

方案适用场景

本方案提出的4套不同感知能力的路侧感知方案，是从路段定位、管理要求、投资效益等维度出发，综合考量，充分结合当前阶段技术成熟度，基于传感器类型、传感器性能以及覆盖密度，明确了各方案感知能力、通信能力和计算能力，匹配需求场景的感知能力要求的解决方案。高速公路行业客户可针对交通事件监测及交通流信息采集场景，车辆微观驾驶信息采集场景、效率+交通管理场景、安全+运行效率场景、效率+信息服务场景的差异化需求，选择适合的方案或方案组合，场景及方案匹配如下表：

建设实践

以杭州绕城高速路侧感知系统建设为例，全线实管段101Km,前期监控系统主线共布设160余路遥控式摄像机、60余路固定式摄像机。通过首期建设，基于云端部署的事件感知一体机，快速上线完成基础路侧感知能力建设，全线日均预警异常事件500余起，主动发现率80%以上，主动预警，及时处置，避免二次事故发生。

第二阶段建设中，针对全线事故易发段增设共杆两枪一球，基于云端事件感知一体机的平滑升级，集中分析两枪一球实时视频，发现异常后自主驱动PTZ，完成涉事车辆车辆目标的细节查看及车辆号牌识别。

基于北线夜间低照度环境条件，针对互通枢纽多特性，增设全时空路侧感知方案覆盖5Km主线路段，实现全天时、全天候不间断感知，夜间基于融合数据，目标发现率提升40%，事件发现率提升10%。

推广价值

路侧感知是数据的第一入口，高速公路具备了对高速公路全路网进行全面、智能、实时、准确的感知能力，才能为后续决策、管控和服务提供数据支撑。推动公路感知网络建设也是各级行业监管单位、高速公路业主及行业团体的共识。而面向不同交通流特征、气象特征、事故特征的高速公路，需灵活的路侧感知方案与需求匹配。闪马智能针对不同客户需求、设施资源、场景应用提供多层级的路侧感知方案满足建设要求，达成建设目标，解决客户投资效益问题，技术应用复制推广问题、感知数据质量问题和演进升级问题，具有较强的推广价值。

结束语

路侧感知设施的布设应遵循“安全可靠、集约有效、经济适用”的基本原则，当前单一技术路径的路侧融感知系统尚难满足全部场景的需求，系统的功能需求呈现分级趋势，应充分结合高速公路沿线环境以及交通流等区域特性，并需根据感知范围、系统时延、目标识别、定位精度等技术性能指标要求，云边协同多级部署，发挥云、边各自优势，以支撑不同客户在交通安全管理、交通效率提升、出行服务等应用领域的建设要求。

(新媒体责编：wa12)