云南省高速公路泛在感知融合和伴随式信息服务的协同与应用
论文
作者：向鹏程（云南省交通投资建设集团有限公司）
摘要：为了全面支撑云南省智慧高速的打造，通过智能视频检测和智能IoT设备提升交通信息感知能力，融合多种信息，加强高速公路的全天候、全路网的感知能力和全省路网数字化运营能力，联合高精地图的数据、定位、导航等功能，为公众提供伴随式的信息服务，有效提升业务人员的工作效率，提升道路通行效率，为车主带来便捷出行服务。
云南省交通投资建设集团有限公司（以下简称“云南交投集团”）一直致力建设安全、便捷、舒适、美丽的高速交通运输网络，使人畅其行、货畅其流，促进经济社会发展，让人们的生活更美好。通过全力建设智慧高速，极大地提升了道路的通行效率。本文将对云南交投集团在高速公路建设中的泛在感知融合和伴随式信息服务协同与应用进行探析。
一
泛在感知融合和伴随式信息服务研究
背景
为深入推进美丽公路建设，推进云南交投集团管辖重点高速公路的监测治理，切实为老百姓提供便捷高效的出行服务，云南交投集团于2019年10月实施昆大丽、昆磨、昆石高速公路部分路段视频加密及情报板修复改造工程。2020年和2021年，陆续新增事
件监测视频875路，基本覆盖云南省高速公路事故、拥堵高发路段。
近年来，云南交投集团还引入图商的高精地图和数据，通过融合算法技术来实现现有平台系统的数据融合和业务，进一步加强高速公路的全天候、全路网的感知能力和全省路网数字化运营能力。经过多年的建设和运营，云南交投集团已经初步建成深化智慧应用的路网感知系统，依托企业级大数据平台能力，筑就了云南交投集团智慧高速综合管理服务平台，为高速公路运营管理、公众服务和辅助决策分析提供强有力的支撑，完成了阶段性的目标。为了更好地满足人民日益增长的出行需求，许多工作仍需完善。例如：信息数据的快速有效采集；各个业务系统的数据如何有效融合，以便业务主管部门协调管控，为公众出行提供更优化的服务；在信息发布方面主要存在信息填报流程繁琐且填报标准不一问题，业务人员工作负担重，导致路况信息报送的效率不高；在公众出行服务方面主要存在信息服务水平不高、信息服务受众面不广、企业信息服务知名度不高等问题。针对业务工作中存在的问题，从事件来源端至事件发布端进行操作简化及标准统一，基于云南交投集团大数据平台的基础，融合多元动态感知数据，实施交通路况监测，构建路网综合态势监测“一张网”，为高速公路管理者提供简易化（流程）、轻便化（平台）、智能化（数据）的一键发布信息，让交通信息便捷、快速地分发到多源渠道，让用户体验到大数据中心高效、全方位的服务。
二
智慧高速综合管理服务平台建设思路
云南交投集团综合路况信息发布平台秉持“以人为本”的理念，采用智慧赋能的形式，开展高速公路运营数字化、管控智能化、服务运维现代化建设，围绕运营管理、运行维护、安全畅行、系统兼容、可持续发展等多个维度，从建设、运行、养护、运维、服务五个方
面，保人安全、使人舒畅、为人服务，全面支撑云南省智慧高速的打造。一方面提升交通信息感知能力，对已有的视频智能检测管理软件进行扩容，并部署视频智能检测设备，对视频传输通道进行扩容，进一步提高路网状态敏感度，提高事件发现的及时与准确性，提高事件发现的反应速度，有效降低事件不良影响。另一方面丰富数据来源，统一数据接口标准，建立多源数据集市，打通各个业务系统，融合多方数据，增强数据中台的分析能力，完善五大核心功能、四大应用场景，对云南交投集团现有路网运行监测的收费营运分析系统、机电运维管理系统、大规模视频监控平台、AI事件检测平台、云南高速通平台以及综合管理平台等六大系统功能进行支撑与增补，整体提升路网数字化监测运营能力。架构设计示意如下图所示。
架构设计示意图同时完善数字化档案，建立“一路一档”“一杆一档”“一车一档”，将道路信息、设备信息、车辆信息等交通要素都建立数字化档案并连接到数据中台，融合业务应用数据和图商的定位功能，便于业务管理单位及时掌握路面最新情况，向公众提供更全面及时的出行信息服务。
三
泛在感知融合的技术亮点
（一）感知能力的升级1、基于深度学习的视频目标识别算法采用成熟的TensorFlow深度学习框架，预先使用海量的素材（近百万张不同高速监控场景下的不同类型的车辆、行人、非机动车）对神经网络进行学习，由神经网络自动归纳总结出车辆、行人的特征和规律，从而能自主对监控视频中的目标进行识别和归类。2、可根据实际项目提升识别准确率在项目初期，神经网络模型的识别正确率可达到85%～90%，后期通过不断使用、学习，更新迭代，最终能达到96%的识别准确率。经过训练出的神经网络模型，可直接应用，节省调试时间，保障检测效果。3、基于运动预测的轨迹跟踪技术通过曲线算法拟合目标物体的轨迹预测，然后将视频帧中前后两帧的同一目标进行关联。防止出现目标速度过快，无法关联的问题。本项目视频检测设备与传统视频事件检测器对比如下表所示。本项目视频检测设备与传统视频事件检测器对比表
（二）信息融合，协调管控
随着信息化的高速发展，越来越多的信息进入高速公路数据系统，信息的种类和渠道都越来越丰富，在繁杂的数据中获取有用的信息，并对这些数据信息有效融合十分重要。信息融合不是简单的信息汇总，而是结合出行目标，将不同的信息进行加工综合，使被感知对象能更加全面精准地被描述，以便主管单位能全面准确地了解路面的交通情况，精准及时地做出预判及管控。信息融合的实现，主要从以下四个方面展开。1、建立万物互联，为信息融合奠定基础引入物联网技术，全面感知路面上的人、车、路、设备、系统，并建立各个信息要素之间的互联互通，融合历史数据信息，形成“车-路-云-边”协同的精细化管理体系基础。建立物联网之后，一方面，减轻了作业人员的人工巡检工作量；另一方面，提高了数据采集的准确性，同时提高事件处置的时效性，完善了高速路网的全面感知、态势、预测等能力。2、丰富数据来源，提高观测对象的准确性将云南交投集团的门架数据、视频监控数据、气象数据、雷达数据、卡口数据、收费数据、导航地图等数据都接入数据平台，并将所有信息进行互补、冗余，改善信息的不确定性和提高信息的可信度，使数据平台的自适应性能和容错性能显著增强，被观测对象的解释和描述更准确合理。从而使数据分析更加精准，管控能力更加明智，为路网应用提供全面可靠的高质量数据服务。3、统一数据标准和接口，提升信息采集效率交通信息的种类繁多，且各种信息所具备的属性各不相同。海量的数据可能造成数据的冗余冲突等问题，从中获取有效的信息犹如大海捞针一般困难。因此，要做好高速公路的有效管理，必须做好顶层设计，规范数据接入的标准，建立不同信息之间的关联，完善已有的高速公路数据模型体系和自动化数据处理流程，提供多源数据融合，统一表达的数据接口，提高数据的可复用性，避免信息收集的重复工作。4、打通各个业务系统，实现多部门协调管控避免传统高速公路管理中各个业务系统单打独斗，实现信息资源共享，系统互联互通，充分挖掘和利用高速公路的各种数据价值，总结出历史数据的规律，准确预测未来的交通运行趋势，盘活现有数据应用、评价、决策，服务于高速公路的管理。分析多类别、度的指标，提出路网运营相应的优
化策略，建立具有高速通行、安全、管控、服务能力的运营体系，实现多部门协同的综合管控。
四
伴随式信息服务的发布策略
伴随式信息服务就是广义上的车路协同，将路面的即时信息与司乘人员的出行信息进行互动。在司乘人员出行各阶段，将各种感知到的路面信息通过各类信息发布渠道推送给司乘人员，提醒司乘人员变道或者减速。导航地图追踪到司乘人员已经采取事件相应策略，则不再提醒，否则会根据车主的最新距离事件位置再次发出提醒。例如，检测到车主在事件发生的顺向收费站、互通立交之前，已经无法变道或调头，则提醒车主：前方XXX事件，请减速慢行；若检测到车主在事件发生的顺向收费站、互通立交之后，则提醒车主：前方XXX事件，请绕路行驶。车主如果已经绕路，则不再提醒；若车主还没绕路，则根据车主最新定位再次提醒车主前方的事件。（一）伴随式信息服务的实现策略1、智能IoT设备，可实时感知路面最新情况智能IoT设备的应用有两类，一类是通过物联网设备的高精定位和超视距感应能力，主动精准采集道路异常和道路施工信息，并将各类信息主动上报整合至信息发布平台，提醒通行车辆注意异常的交通事件，主动避让；另一类则通过车辆定位信息和导航地图，一键上报交通状态，提高事件的感知效率，同时对特定车辆进行管控。两类设备都实现了交通管理中的“中间零环节、信息秒发布”，规避、降低了交通拥堵和交通事故的发生率，提升了交通通行效率。2、设置各种路面预警模板，事件信息一键上报统一设计收费系统、监控系统、服务区管控系统、高德路况系统、高速通系统、客服系统、电话、互联网抓取等各类信息上报模板，对比车流量、人流量、异常速度、拥堵预警等的设计阈值和观测值，结合历史业务数据，根据事件类型和事件级别由系统自动生成预警事件模板，业务人员接收到业务推送信息及关联的事件来源信息，快速核实事
件后可在信息发布平台内实现一键发送至不同渠道端。3、全方位覆盖的信息发布渠道信息分发中心打通云南高速通APP、企业网格化平台、微信公众号、门户网站、导航地图、省交通厅、电台广播、短信、政务传真等渠道，让信息的传递透明无边界。中心工作人员只需要一键勾选，信息就自动传递到多元渠道上。让所有出行人员都能第一时间获取到路面的最新出行信息，同时通过导航地图又将司乘人员的出行轨迹接入到数据中心平台，使数据汇聚、融合、应用服务形成一个良性循环。（二）伴随式信息服务与传统信息服务的对比1、实时的精准定位服务传统的信息服务中，信息的采集和发布都需要层层传递，信息填报流程繁琐且标准不一，业务工作任务繁重，导致信息上报和发布时效不高。而伴随式信息服务的各系统在统一的数据标准体系下，按照业务指标要求直接传输到大数据平台，系统根据收集的数据，自动生成信息模板，业务人员核对信息之后，可一键选择发布信息至所有的渠道端。所以伴随式信息服务在信息的采集和发布上都能做到信息的实时分发，保证信息的时效性。伴随式信息服务区别于传统的信息服务的另一点是，伴随式信息服务是实时的精准定位服务。根据导航定位的车辆位置、事件类型，判断事件发生的时间和距离对路网的影响，提供车道级精准的事件信息，并通过各类发布渠道给出不同区域段的交通疏导方案。2、个性化的定制服务传统的信息服务比较粗放，信息服务统一发布给所有的出行人员，存在信息的过度化和盲目性。而伴随式的信息则注意个性化的定制服务，在出行前，根据历史数据筛选出用户的出行习惯，自动规划与用户喜好相匹配的出行信息服务。驾驶过程中，根据用户的精准定位针对性推送个体有效的信息服务。3、连续性的交互式服务伴随式信息服务是连续性告知的出行信息服务，根据司乘人员出行前、出行中、出行后等阶段提供不同的信息服务。出行前，为出行用户提供全路段的运行路况，如：拥堵路段、全网平均车速、到达目的地的预计通行时间及全路段的天气情况等。出行中，为出行用户提供前方的微粒度路况、精准的气象服务、应急的事件信息服务以及根据车主的行车轨迹提供匹配的实时信息服务等。出行后，用户通过评价、建议等手段对系统的服务进行总结、反馈，进行系统的升级优化。
五
智慧高速综合管理服务平台前期建设
成果
本项目建成以来，收到管理方、司乘人员的一致好评，客户满意度较高。一方面，大幅度提升了业务人员的工作效率，传统的人工巡查需要耗费大量的时间和人力，现在利用IoT智能作业设备和视频检测技术，事件采集效率较之前大幅提高，事件检测准确率高，漏报率低。另一方面，事件人工审核时长严格控制，审核效率提高，事件信息发布的时间较之前大幅缩短，信息发布成功率高。信息覆盖所有的发布渠道，包含短信、政务传真、云南高速通APP、电台广播、高德地图、企业微信，信息触达众多车主用户。同时，有效降低路面的事故发生率，提升路网通行效率，路网的拥堵指数较原来大幅降低。
六
智慧高速综合管理服务平台未来建设
重点
未来，云南交投集团将继续积极响应“数字交通”建设的号召，倡导“全面感知、泛在互联、便捷交互、协同融合”的理念，在现有基础上进一步深入研究，建设便捷畅通智慧大道，为人民群众提供优质高效的服务。下一阶段将从以下几个方面进行重点建设。（一）常规预警信息的自动发布为进一步减轻工作人员负担，筛选出风险系数较低，比较常规的一些预警事件，可以不经业务人员核对，由系统自动核实然后一键发布预警信息，
实现信息服务秒发布。（二）数字孪生技术的应用随着近几年数字孪生技术不断发展成熟，结合已有的感知网络体系，建立交通管控的实际与虚拟的映射关系，模拟交通运行态势，实现精准的交通研判及综合管控。（三）信息安全监管智慧交通的建设离不开网络，但对网络过度的依赖必然带来信息安全的问题，如何建立完善的网络安全监管体系及高效的应急处置预案，将是十分重要且棘手的问题。参考文献[1] 杨传岗.基于视频的交通信息检测技术与系统实现[D].桂林电子科技大学，2008.[2] 陈红利.高速公路伴随式信息服务平台[J].中国交通信息化,2020(12):114-117.
[3] 张静,吴浪.智慧公路伴随式信息服务建设要点探析[J].中国交通信息化,2021(9):41-43.
（原文刊载于2022年第6期《中国交通信息化》）
责任编辑 | 张华彬
