沈孚?王微微?黃青松?徐衍

一、項(xiàng)目概述

隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了人口的增長(zhǎng)，也讓主城核心區(qū)不斷往周圍區(qū)域輻射，大規(guī)模的車輛進(jìn)入到家庭，提高了人民生活水平、改善了交通出行，但帶來(lái)的交通擁堵和環(huán)境污染的壓力問(wèn)題也日益顯著。城市交通供需不平衡，城市、車輛、交通之間的矛盾嚴(yán)重凸顯，人多車多路少的狀態(tài)在長(zhǎng)期一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)有所變化。為了改善城市道路交通的擁堵情況，就需要從服務(wù)和管理上進(jìn)行優(yōu)化。

近幾年科技飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)代通信技術(shù)的結(jié)合也越來(lái)越緊密，智慧城市中的智能交通系統(tǒng)建設(shè)邁入新階段，視頻監(jiān)控、智能交通信號(hào)、人車流量采集等信息規(guī)模也越來(lái)越大，數(shù)據(jù)也越來(lái)越多，就需要將這些海量信息進(jìn)行不斷地采集、存儲(chǔ)、分析、共享和管理，為上層數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)應(yīng)用提供能力底座。

道路交叉口作為城市交通的關(guān)鍵點(diǎn)，由于匯聚了多個(gè)方向的交通流量，加上車輛等待紅燈的時(shí)間損失、機(jī)非混行等因素，成為城市路網(wǎng)中交通擁堵發(fā)生的重點(diǎn)地段。將前端的感知設(shè)備檢測(cè)到實(shí)際交通流量信息并以物聯(lián)網(wǎng)的模式進(jìn)行組網(wǎng)，通過(guò)交通智能控制系統(tǒng)將不斷變化的交通及時(shí)響應(yīng)，實(shí)時(shí)調(diào)整路口信號(hào)控制的周期、綠信比和相位差，確保采取最合適的交通信號(hào)控制策略讓交通更安全、高效，因此基于前端的感知設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的采集的真實(shí)性、有效性尤為重要。

二、政策導(dǎo)向

市公安局交通管理局（原“市公安局交通警察支隊(duì)”）作為市人民政府工作部門(mén)之一，具備的主要職能是研究制定全市道路交通管理的規(guī)范性文件并組織實(shí)施，維護(hù)道路交通安全與秩序，參與城市道路和公路交通安全設(shè)施的規(guī)劃與設(shè)計(jì)等，主要負(fù)責(zé)道路電子警察（卡口）系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、交通流量采集等道路科技設(shè)施的建設(shè)和管理工作。預(yù)防交通事故、保障民生安全，服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)交通管理，有效治堵是當(dāng)前智慧交通建設(shè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。SCATS信號(hào)控制系統(tǒng)是一種用感應(yīng)控制對(duì)交通信號(hào)配時(shí)方案作局部調(diào)整的方案選擇系統(tǒng)，作為當(dāng)前國(guó)際最為先進(jìn)的信號(hào)控制系統(tǒng)之一，并且該系統(tǒng)已在上海、廣州、杭州等多個(gè)大型城市投入建設(shè)和運(yùn)行，技術(shù)上完全可行。

《省交通數(shù)字化改革行動(dòng)方案》中指出當(dāng)前主要任務(wù)要聚焦提高政務(wù)服務(wù)質(zhì)量，從更大范圍、更多場(chǎng)所謀劃交通政務(wù)數(shù)字化改革，加快推進(jìn)全省交通數(shù)字政府建設(shè)，助力高水平交通強(qiáng)省建設(shè)。為實(shí)現(xiàn)公安交警綜合管控信息化為目標(biāo)，以交通指揮總控中心、分控制中心、交通信號(hào)系統(tǒng)為核心重點(diǎn)，立足交警工作實(shí)際，堅(jiān)持統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、分步實(shí)施，從整治市區(qū)“六縱六橫”等重點(diǎn)道路逐步形成“一環(huán)八線”的規(guī)劃布建方向，逐步推進(jìn)SCATS智能信號(hào)控制系統(tǒng)的建設(shè)，并采用地磁檢測(cè)器和線圈檢測(cè)器相結(jié)合的流量采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)管控路口間信號(hào)的協(xié)同配合，城市交通環(huán)境得到明顯改善和提升，為交通的管理者提供指揮調(diào)度、行為決策提供可視化的數(shù)據(jù)支持。

三、建設(shè)依據(jù)

公安部交管局《交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行動(dòng)方案（2021—2025年）》；《道路交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖形符號(hào)》（GB11797）；《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50169-2016）；《建設(shè)工程項(xiàng)目管理規(guī)范》（GB/T50326-2017）；《綜合布線系統(tǒng)工程驗(yàn)收規(guī)范》（GB/T50312-2016）；《道路交通流量調(diào)查》（GA299）；《道路交通堵塞度及評(píng)價(jià)方法》（GA/T115）；《城市道路交通秩序評(píng)價(jià)方法》（GA/T175）；《道路交通信號(hào)控制機(jī)安裝規(guī)范》（GA/T489-2016）；《城市警用地理信息系統(tǒng)分類與代碼》（GA/T491）；《城市警用地理信息系統(tǒng)圖形符號(hào)》（GA/T492）；《城市警用地理信息系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范》（GA/T493）；《城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)》（GA/T509-2004）；《城市道路交通信號(hào)控制方式適用規(guī)范》（GA/T527-2005）；《公安交通指揮系統(tǒng)工程建設(shè)程序與要求》GA/T651-2014）；《公安交通管理外場(chǎng)設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施施工通用要求》（GA/T652-2017）；《安全防范工程建設(shè)與維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用預(yù)算編制辦法》（GA70-2014）；《安全防范系統(tǒng)通用圖形符號(hào)》（GA/T74-2017）；《信息技術(shù)開(kāi)放系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)層安全協(xié)議》（GB/T 17963-2000）；《信息安全技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》（GB-T 22239-2019）；《信息安全技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)實(shí)施指南》（GB_T 25058-2019）；《信息安全技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)測(cè)評(píng)要求》（GB/T 28448-2019）；《信息安全技術(shù) 信息系統(tǒng)通用安全技術(shù)要求》（GB/T20271 -2006）；其他相關(guān)建設(shè)國(guó)家、地方、行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

四、發(fā)展趨勢(shì)

據(jù)市公安局交通管理局?jǐn)?shù)據(jù)表明，2022年2月份機(jī)動(dòng)車保有量車輛達(dá)90萬(wàn)多輛，與去年同期相比增加3%以上，機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藢?shí)際人數(shù)300多萬(wàn)，車輛的不斷增多給交管部門(mén)日常工作帶來(lái)了挑戰(zhàn)，也給市民出行帶來(lái)了不便，不利于城市的和諧穩(wěn)定發(fā)展，影響國(guó)家、省市政府的數(shù)字化規(guī)劃建設(shè)。智能信號(hào)控制系統(tǒng)為城市交通的行人車輛出行提供相對(duì)暢通的環(huán)境，同時(shí)也減少交警指揮調(diào)度壓力，可大幅度降低人力資源成本，提高對(duì)突發(fā)事件的快速響應(yīng)和科學(xué)處置能力，緩解城市交通擁堵，提升通行效率。

市交管部門(mén)從2010年就開(kāi)始分批推進(jìn)建設(shè)SCATS智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)，并在市經(jīng)信委、發(fā)改委、財(cái)政局等部門(mén)的大力支持下，指揮中心控制一期、交通指揮控制中心核心二期信號(hào)控制系統(tǒng)擴(kuò)建、SCATS系統(tǒng)三期擴(kuò)建等幾個(gè)項(xiàng)目建設(shè)的SCATS信號(hào)路口200多個(gè)，均是采用地磁檢測(cè)器和線圈檢測(cè)器相結(jié)合的流量采集檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)協(xié)調(diào)和區(qū)域控制交通信號(hào)配時(shí)，均衡路網(wǎng)內(nèi)交通流的運(yùn)行，達(dá)到了疏導(dǎo)交通和提高車輛行駛速度，最大地發(fā)揮其道路交通系統(tǒng)的通行效益。

但隨著整體系統(tǒng)使用年限的增加，投資建設(shè)的地磁檢測(cè)器和線圈檢測(cè)器等檢測(cè)系統(tǒng)已處于過(guò)保，配套材料也存在老化，維護(hù)成本逐年提高，其缺點(diǎn)也很明顯，如新裝或維護(hù)檢修時(shí)需要關(guān)閉道路相關(guān)車道，開(kāi)挖路面，阻斷交通，并對(duì)已建成的道路應(yīng)用比較困難，特別是地感線圈容易被重型工程車輛、道路面修整等因素?fù)p壞，而更換感應(yīng)線圈時(shí)必須開(kāi)挖路面，影響道路交通和增加維修成本。

基于全天候的廣域雷達(dá)微波智能感知系統(tǒng)在智能交通信息采集、檢測(cè)等應(yīng)用的出現(xiàn)，市交管局經(jīng)過(guò)3年多的不斷摸索和測(cè)試，并在重點(diǎn)路口、路段進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用和點(diǎn)位升級(jí)改造的推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)統(tǒng)計(jì)精度在95%以上。流量數(shù)據(jù)與線圈數(shù)據(jù)基本上無(wú)差異，并且為保障信號(hào)專網(wǎng)內(nèi)的信號(hào)系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)作及低延遲性的要求，采用一種有業(yè)務(wù)保護(hù)且支持掉電斷纖告警區(qū)分能力，能實(shí)現(xiàn)故障快速定位的IPRAN、PTN等專用網(wǎng)絡(luò)的大系統(tǒng)組網(wǎng)方式，整套系統(tǒng)部署在信號(hào)專網(wǎng)，具備與互聯(lián)網(wǎng)完全隔離，對(duì)路口到機(jī)房的接入網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行線路保護(hù)，業(yè)務(wù)正常使用情況下由主用路徑傳送，主用路徑出現(xiàn)故障時(shí)，可換到備用路徑，保證業(yè)務(wù)正常傳送，最終匯聚到交管局機(jī)房，機(jī)房平臺(tái)與交警現(xiàn)有平臺(tái)的對(duì)接方式保持不變。新系統(tǒng)則以“信號(hào)專網(wǎng)+微波雷達(dá)檢測(cè)器”逐步替代了傳統(tǒng)的線圈和地磁檢測(cè)器的檢測(cè)模式，解決了非破壞路面、非接觸式，無(wú)需阻斷交通的建設(shè)和維護(hù)成本，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了交通指揮現(xiàn)代化、管理數(shù)字化、信息網(wǎng)絡(luò)化，有力地提升了城市道路交通科技化管理水平。

五、建設(shè)難點(diǎn)

廣域雷達(dá)微波智能感知系統(tǒng)采用主動(dòng)掃描式廣域雷達(dá)技術(shù)，建立交通信息采集系統(tǒng)，能在路口進(jìn)行多車道、高準(zhǔn)確度檢測(cè)，采集路口和路段實(shí)時(shí)、全面、準(zhǔn)確的交通流信息。可借用現(xiàn)有的信號(hào)燈桿件實(shí)現(xiàn)正裝的方式進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)道路上的所有目標(biāo)，提供包括：實(shí)時(shí)位置、即時(shí)速度、車型分類等即時(shí)信息。自動(dòng)統(tǒng)計(jì)獲得車流量、平均速度、時(shí)間占有率、車頭時(shí)距、車間距、車輛存在信息等基礎(chǔ)交通流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，最遠(yuǎn)可檢測(cè)200米的有效距離目標(biāo)。因此為方便、快捷獲取并實(shí)時(shí)分析路網(wǎng)交通狀態(tài)，需要建立全路網(wǎng)、全車道覆蓋的廣域雷達(dá)微波智能感知系統(tǒng)，若在布建范圍內(nèi)存在一定且非連續(xù)的管控點(diǎn)位，那么就無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及流量管控，對(duì)均衡路網(wǎng)內(nèi)交通流的運(yùn)行就會(huì)存在偏差，故要求單路口現(xiàn)場(chǎng)對(duì)安裝在各方向紅綠燈桿上的微波雷達(dá)檢測(cè)設(shè)備先進(jìn)行范圍內(nèi)組網(wǎng)，再通過(guò)鏈接到路口信號(hào)機(jī)上的信號(hào)專網(wǎng)匯聚到交管局核心機(jī)房。

由于早期布建的SCATS智能交通信號(hào)控制路口的路口大部分位于老城區(qū)，路口管線的原有規(guī)劃無(wú)法滿足現(xiàn)有的建設(shè)實(shí)施要求，特別是下面敷設(shè)的各跨街老線沒(méi)有預(yù)留多余的過(guò)路管，需進(jìn)行額外的破路開(kāi)挖、頂管、拉管等施工工程，不僅影響項(xiàng)目施工進(jìn)度，還因臨時(shí)占道對(duì)部分周邊環(huán)境和交通造成一定的影響，且破路開(kāi)挖和頂管施工需要執(zhí)法等相關(guān)主管部門(mén)審批，審批時(shí)間較長(zhǎng)，有些路口路面剛剛提升，這些路口三年內(nèi)主管部門(mén)不予審批道路開(kāi)挖和頂管施工。為了加快施工進(jìn)度和節(jié)省建設(shè)投入資金，迫切需要解決跨街工程的組網(wǎng)方式是當(dāng)前遇到的最大問(wèn)題。

六、解決方案

為有效解決單路口的跨街工程組網(wǎng)方式可采用開(kāi)挖、拉管、頂管等施工，建設(shè)施工單位通過(guò)對(duì)路口現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘點(diǎn)、施工設(shè)計(jì)及估算，包括人行道和車行道挖、填、運(yùn)、修復(fù)以及PE110穿線管、鍍鋅鋼管 SC100、KPC波紋管等各類配管的敷設(shè)、手孔井制作等費(fèi)用，單路口預(yù)計(jì)成本在8萬(wàn)左右，實(shí)施工程至少需要15天，還需要屬地交管大隊(duì)、中隊(duì)臨時(shí)投入多名警員配合路口的交通管理等，費(fèi)時(shí)耗力，周期長(zhǎng)。

通過(guò)技術(shù)溝通和討論，除此之外組網(wǎng)模式還可以用網(wǎng)橋傳輸、WIFI組網(wǎng)以及5G/4G等無(wú)線技術(shù)。

①數(shù)字無(wú)線網(wǎng)橋具有高帶寬、成本低等特征，廣泛適用于建筑工地、廠區(qū)、森林等行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)傳輸應(yīng)用上，例如江蘇某地級(jí)市有近百路口都是通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋組網(wǎng)的，但其缺點(diǎn)也很明顯，網(wǎng)橋設(shè)備本身的傳輸穩(wěn)定性問(wèn)題，數(shù)據(jù)流量包一旦過(guò)大會(huì)存在網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲的情況，影響數(shù)據(jù)擁堵，而且很多網(wǎng)橋在使用1-2年之后故障率明顯提高，后期整改投入的維護(hù)成本非常高。

②路口若采用WiFi組網(wǎng)，作為目前使用最多的產(chǎn)品之一，其靈活性、可移動(dòng)性大，且減少布線，安裝快捷得到無(wú)線局域網(wǎng)應(yīng)用解決方案的熱愛(ài)，特別是當(dāng)下最熱門(mén)的WiFi6在調(diào)制，編碼，多用戶并發(fā)等方面進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)和優(yōu)化。在傳輸速率和延時(shí)率更得到了大幅度的提升，只要安裝一個(gè)接入點(diǎn)設(shè)備，就可建立覆蓋整個(gè)區(qū)域的局域網(wǎng)絡(luò)，在視頻類、圖片類等應(yīng)用場(chǎng)景更加普及，但WiFi的穩(wěn)定性、安全性相對(duì)比較差，是最容易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的設(shè)備之一。其二一些大型十字路口寬度超過(guò)50米，通過(guò)公式A2 + B2 = C2，估算得70.7米，再結(jié)合前端信號(hào)機(jī)落地機(jī)箱、紅綠燈桿等距離路口的長(zhǎng)度，實(shí)際距離大約在80米左右，雖然WiFi 6在空曠環(huán)境下能實(shí)現(xiàn)200米以上的傳輸，但直線傳輸過(guò)程中容易受到周邊樹(shù)木、過(guò)往車輛及其他障礙物的影響，因此傳輸數(shù)據(jù)是存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，更有可能在傳輸過(guò)程中受到丟失。

③選用5G/4G的數(shù)據(jù)傳輸模式，若采用自建宏基站的成本太高，故可選擇通過(guò)借助運(yùn)營(yíng)商搭建的VPN（APN）專網(wǎng)，在運(yùn)營(yíng)商無(wú)線專網(wǎng)內(nèi)部署數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)既要能夠支持接收前端路口廣域雷達(dá)的數(shù)據(jù)，又要求同時(shí)支持控制向路口雷達(dá)下發(fā)指令。又或采用由運(yùn)營(yíng)商提供5G UPF下沉至公安機(jī)房，作為公安獨(dú)享UPF的用戶面，在借助專用的防火墻和公安的業(yè)務(wù)專網(wǎng)打通，在本地即可實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)與公網(wǎng)數(shù)據(jù)的分離，確保警務(wù)數(shù)據(jù)的保密性和專有性。但在向公安網(wǎng)擺渡數(shù)據(jù)時(shí)就必須在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)邊界部署安全隔離網(wǎng)閘，保障網(wǎng)絡(luò)安全，且考慮到跨網(wǎng)傳輸安全性，數(shù)據(jù)僅支持從低安全級(jí)別域（VPN（APN））向高安全級(jí)別域（公安網(wǎng)）單向傳輸，因此作為市公安的直屬單位，且在同網(wǎng)內(nèi)的交管指揮部門(mén)在業(yè)務(wù)實(shí)際應(yīng)用上就無(wú)法從高安全級(jí)別域向低安全級(jí)別域下發(fā)控制指令，且無(wú)法將指令傳遞給前端的廣域雷達(dá)。綜上所述，無(wú)線組網(wǎng)普遍存在易干擾等問(wèn)題，存在安全隱患，跨網(wǎng)絡(luò)傳輸也無(wú)法進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，不能滿足應(yīng)用需求，因此幾種非有線的組網(wǎng)模式都被排除，不做施工考慮。

為避免盲目性追求最新技術(shù)，導(dǎo)致配套設(shè)備跟不上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過(guò)深入勘察路口的實(shí)際情況，綜合考慮通訊、取電、成本等因素，發(fā)現(xiàn)每個(gè)路口的交通信號(hào)燈都具備外接電源，并在同一個(gè)電表側(cè)，通過(guò)多次測(cè)試發(fā)現(xiàn)寬帶電力載波透?jìng)髌髂軌蚝芎玫亟鉀Q該問(wèn)題，而電力線通信技術(shù)發(fā)展也有多年歷史。寬帶電力載波透?jìng)髌髯鳛楦咚匐娏€通信設(shè)備的類型之一，能夠很好利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，借助現(xiàn)有電力線作為信息傳輸媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)高速傳輸，而且單路口投入設(shè)備、人工等施工成本僅是開(kāi)挖、修復(fù)工程的十分之一，并且在設(shè)備、配套輔材、登高車等工具齊全的情況下，僅需4個(gè)小時(shí)就可以完成一個(gè)4方向的大型交叉路口施工、安裝、調(diào)測(cè)等工作，大幅度加快施工進(jìn)度。

通過(guò)寬帶電力載波透?jìng)髌鲬?yīng)用于跨街網(wǎng)廣域雷達(dá)微波智能感知系統(tǒng)，能夠快速推進(jìn)施工進(jìn)度，如圖所示，除匯聚方向可以通過(guò)網(wǎng)線直接接入到信號(hào)路口的SCATS智能信號(hào)機(jī)箱外，其他各個(gè)方向均可以利用電力線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且施工效率快、通信速率高、傳輸穩(wěn)定性好、可擴(kuò)展性強(qiáng)，還可以躲避了大量的干擾噪聲，為智慧交通系統(tǒng)提供完善的數(shù)據(jù)支持。

七、效益分析

目前在規(guī)劃布建范圍內(nèi)的交通路口按新組網(wǎng)模式的廣域雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)已成功上線100多個(gè)路口，系統(tǒng)平臺(tái)在用數(shù)量超400套。本案通過(guò)一種新組網(wǎng)模式助力信號(hào)路口雷達(dá)大聯(lián)網(wǎng)，路口信號(hào)機(jī)箱通過(guò)到機(jī)房以IP光纖組網(wǎng)和單路口采用電力通信模式組網(wǎng)的相結(jié)合，既解決了破路開(kāi)挖埋管帶來(lái)高額施工成本的問(wèn)題，大幅減少政府部門(mén)的資金投入，又有效滿足了非有線組網(wǎng)帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，能夠快速、便捷地應(yīng)用到智慧交通中去。通過(guò)重點(diǎn)交叉口微觀的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，精細(xì)化判斷路口交通流量，依靠道路智能交通信號(hào)系統(tǒng)能夠均衡路網(wǎng)內(nèi)交通流運(yùn)行，使停車次數(shù)、延誤時(shí)間及環(huán)境污染等減至最小，節(jié)約出行時(shí)間，充分發(fā)揮道路系統(tǒng)的交通效益，并可以對(duì)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲取實(shí)時(shí)路網(wǎng)狀態(tài)，通過(guò)控制系統(tǒng)的優(yōu)化提升路網(wǎng)的服務(wù)水平并快速應(yīng)對(duì)突發(fā)交通問(wèn)題，為城市交通規(guī)劃和交通管理部門(mén)的正確決策提供科學(xué)依據(jù)。

作者單位：沈孚 王微微 黃青松 徐衍 中國(guó)電信股份有限公司溫州分公司

沈孚（1979.09-） ，男，漢族，浙江溫州，本科，研究方向：智能交通信息化。