①高速公路智慧交通系统集成业务介绍
高速公路智慧交通系统主要由通信、收费、监控三大系统以及桥梁、隧道的供配电、通风照明等专业系统组成,高速公路智慧交通系统的应用可以提高高速公路网整体通行能力,减少交通事故,加快故障排除、交通运行恢复,是高速公路运营管理系统重要的组成部分。
高速公路智慧交通系统集成业务是指包括高速公路通信系统、监控系统、收费系统(含 ETC系统)以及桥梁、隧道的供配电、通风照明等专业系统在内的整套机电系统集成解决方案服务。另外,实践中会出现业主单位将机电工程、道路交通安全设施共同对外发包的情况,公司以提供系统集成解决方案服务为业务重点,道路交通安全设施业务未作为公司的业务发展方向,但是为保证公司的智慧交通系统集成业务承接能力,公司保留了道路交通安全设施的业务。
公司是国内最早从事高速公路智慧交通系统集成业务的企业之一,也是业内首批获得从业资质的公司之一,参与了多个高速公路智慧交通系统的搭建工作,深度掌握高速公路智慧交通系统的技术架构以及建设标准等,具备较强的项目综合保障能力。
公司在高速公路系统集成业务中提供的产品形态主要为信息化解决方案,服务的主要内容以及在项目中所起的主要作用包括高速公路系统集成项目的整体建设方案优化、项目实施等方面,具体如下:
整体建设方案优化:公司基于自身在高速公路信息化建设方面所积累的技术和经验,结合业主单位的需求、高速公路机电系统设计标准、建设路段的地形与路况及设计车流量等各方面因素,向业主单位提供整体建设方案优化的具体建议。
项目实施:公司具备丰富的高速公路系统集成项目组织、实施经验,结合业主单位需求制定项目具体实施方案,并根据项目具体实施方案等组织开展项目实施。实施过程中,结合项目具体需求,将定制化或通用型的软件模块与硬件设备进行全方面整合,对硬件设备、软件的功能进行调试并完成带电带网联调,以保证整体系统能够正常运转、互相协调并实现设计功能,最终向业主单位交付。
项目实施过程中,公司会聘请劳务供应商完成技术含量较低、重复性较高的体力劳动工作。另外,公司在智慧交通领域展业多年,搭建了完备、覆盖全国的硬件设备、软件、材料及工程施工供应商网络。在项目实施过程中,公司按照工程量清单约定,采购系统搭建所需的各类传感器、服务器等硬件设备、软件以及电缆、钢管、护栏等材料,履行总承包人责任,完成供应商筛选、采购比选、沟通对接等工作。
高速公路系统集成业务中,使用的核心技术主要包括高速公路收费系统、高速公路智能综合监控系统、公路隧道及综合管廊技术、DSRC 相关技术等,凭借公司在高速公路系统集成领域的积累,公司可对自身核心技术进行组合使用,以满足业主单位的特定需求。软件方面,高速公路系统集成业务中使用的软件通常包括系统软件和应用软件。
②高速公路智慧交通系统产品架构
A. 高速公路智慧交通三大系统
a. 通信系统
通信系统是高速公路智慧交通三大系统中的基础系统,是高速公路现代化管理的重要支撑系统,它要准确及时地传输监控系统和收费系统的话音、数据和图像等信息,保持高速公路各管理部门之间业务联络通讯的畅通,并要为高速公路内部各部门和外界建立必要的联系。同时高速公路通信系统作为交通专用通信网的重要组成部分,是交通信息的主要传输载体,为各种网络服务及会议电视系统等提供传输通道。
b. 收费系统
收费系统是高速公路实现联网收费、分录结算、集中管理的基础,根据路段跨越行政区域的范围不同,由省级联网收费结算中心、区域联网收费结算中心、收费分中心和收费站组成,可以实现在高速公路全程实行“统一收费、系统分账”的收费管理方式。
随着高速公路设计建设水平不断提高以及节能减排的需要,ETC(电子不停车收费系统)系统建设也已纳入高速公路智能交通系统集成业务,实现了车辆在通过收费节点时,通过专用短程通信技术实现车辆识别、信息写入并自动从预先绑定的 IC 卡或银行账户上扣除相应资金,使得道路的通行能力与收费效率大幅度提高。在国家政策的大力推动下,ETC 车载设备安装率大幅提升,ETC 车道成为主要收费车道,现已成为高速公路收费系统的主流模式。
高速公路收费系统的示意性架构图如下:
高速公路收费系统在层级上由收费总中心、路段分中心、ETC 门架和收费车道等构成,具体如下:
收费总中心:收费总中心系统软件包括中心拆分结算子系统、中心报表子系统、计费参数管理子系统、中心数据汇聚管理子系统、中心交易处理子系统、通行费查询及特情业务子系统、综合监管平台、中心稽查管理子系统、车辆多特征搜索子系统、CPC 卡管理子系统、网络安全预警和态势感知子系统、北斗对时子系统等。
路段分中心:路段分中心系统软件包括分中心账务子系统,分中心交易处理软件、分中心运行监测软件。CPC卡管理子系统、网络安全预警和态势感知子系统和北斗对时子系统有部分软件部署于分中心,与部署在中心的软件共同组成对应子系统。实现对所辖路段交易信息查询、收费统计报表、收费稽核管理,对 ETC 门架系统及关键收费系统设施的运行监测与预警、同时保证与 ETC 门架、车道和上级系统的数据存储转发、网络安全管理。
ETC 门架:ETC 门架子系统由 ETC 门架前端工控机软件、ETC 门架后台软件组成。高速公路原则上在每个互通立交、入/出口之间均设立 ETC 门架系统,实现 ETC 车辆和 MTC 车辆分段计费,对于 ETC 车辆生成交易流水、通行记录和抓拍图像信息(包括车牌号码、车牌颜色等),并及时上传至路方总中心;对于 MTC 车辆,通过读取 CPC 卡内车辆信息(包括车牌号码、车牌颜色、车型信息),计算费额并写入 CPC 卡内,形成通行记录,并同抓拍图像信息及时上传至路方总中心。
收费车道:收费车道分为 ETC 车道、ETC/MTC 混合车道和收费手持机 3 种。入口收费站实现 ETC 车辆快速通行的同时,实现特殊车辆管理、发放 MTC 车辆通行介质、接收入口称重检测数据等功能,出口收费站实现 ETC 用户快速通行的同时,还可支持多种支付方式完成 MTC 车辆收费。根据业务需求配置 ETC 手持机,以便 ETC 车道交易失败、系统故障等应急情况使用,交易数据应与收费车道保持一致。应加强 ETC 手持机现场使用和网络安全管理。
c.监控系统
监控系统由信息采集、信息处理、信息发布,以及信息传输等子系统组成,具有交通事故检测、车流量检测、交通阻塞分流、紧急电话报警、实时情况报告等功能,通过监控系统对道路交通运行状态及其交通设施和交通环境的监测(监视),收集路网的交通、道路、气象等信息,及时提供给公路使用者以预防交通事故的发生,以及提供给交通管理者以进行交通管理与控制。高速公路监控系统的示意性架构图如下:
高速公路监控系统逻辑上分为 DaaS、PaaS、SaaS 三层,各层功能和职责如下:
DaaS 层负责接入平台相关的设备和第三方系统数据,本层为上层服务提供相关业务数据存储、计算、传输等服务。接入的方式包括从数据库直接接入、从文件导入和从设备接入等。按照业务应用分,包括人工数据上报子系统、气象数据采集子系统、浮动车数据采集子系统、道路设备数据采集子系统、隧道数据采集子系统、桥梁数据采集子系统、边坡数据采集子系统、服务区数据采集子系统、能耗采集子系统、视频采集子系统、互联网交通数据采集子系统、防汛采集子系统。从设备来分,则包括微波车检器、能见度仪、交通事件检测器、气象仪等。
PaaS 层负责为 SaaS 层提供通用的软件平台组件,包括 GIS 平台、报表/图表平台、视频平台、数据治理平台、数据传输服务、大数据平台等,同时包括通用的业务服务平台。
SaaS 层负责为运营方和公众提供服务的入口,分为内部管控和外部服务两部分,管控服务包括路网运行综合监测管理平台、交通环境监测综合管理平台、智慧隧道综合管理平台、交通综合指挥平台、智慧养护综合平台、公路设施资产动态管理平台、车路协同体验平台、综合运维保障平台,公众服务包括综合信息服务平台,为公众提供包括网站、移动端、外场信息屏、车载终端、服务热线、客户反馈、统一数据、统一视频等多种渠道。
从实现的角度来看,高速公路监控系统由数据采集服务平台、数据中台、服务中台、应用服务构成。数据采集服务平台主要实现数据采集、数据传输功能。在数据采集方面可以分别按照业务分类采集和设备分类采集。数据中台主要实现数据存储、数据处理和大数据平台。服务中台则提供微服务管理基础架构、公共基础服务和业务微服务。应用服务提供面向最终服务的应用服务入口。
B. 桥梁、隧道的供配电、通风照明等专业系统
高速公路基础设施建设中的隧道、桥梁相关专业系统是保证高速公路快速、安全、高效运行的关键,一般包括通风、消防、照明、监控、供配电等系统。隧道通风系统一般包括风机、风机控制装置和配套供电设施等,主要工作原理是将新鲜空气输入隧道内部从而稀释车辆通过时产生的污染物和异味;
隧道照明系统常见包括高压钠灯、无极荧光灯、LED 灯等类型,主要目的是满足隧道内路面平均照度和均匀度要求,同时保证车辆进出隧道后的亮度过渡变化控制在人体视觉适应曲线范围内,因此按区段通常分为引入段、过渡段、基本段、出口段,近年来隧道内照明智能化趋势有明显提升;隧道消防系统包括隧道广播系统、火灾监测系统、声光报警系统、灭火系统等;供配电系统主要为通风系统的风机、照明系统的灯具、消防系统水泵和监控系统各种监视设备提供电力支持。
隧道监控系统的示意性架构图如下:
智慧隧道平台分为本地监控中心边端监控产品和云端综合展现平台。本地监控中心隧道监控平台具有采集服务、分析处理服务、数据库服务、GIS 引擎、视频服务等,支撑监控平台的二三维、视频联动呈现及多种设备监控管理方式,实现隧道的便捷、可视、智能化管控。同时,边端隧道转发服务实现数据上传到云端,云端智慧隧道平台进行数据的实时接收处理、存储、分析,实现隧道在远端的综合态势呈现及分析管理。
C. 道路交通安全设施
道路交通安全设施是指为保障行车和行人的安全,在道路沿线所设置的交通标志、标线、护栏、视线诱导设施等设施的总称。
③典型项目介绍——延崇高速公路(北京段)机电系统工程项目
延崇高速公路是连通北京冬奥会延庆赛区和张家口崇礼赛区的公路主通道,是 2022 年北京冬奥会的重要配套基础设施。延崇高速公路(北京段)工程起点为北京市延庆区大浮坨村西侧,全长约 33.2 公里,北京段全线桥隧比约 92%。
公司通过招投标取得延崇高速公路(北京段)机电系统工程项目,负责完成延崇高速公路(北京段)的配套高速公路机电系统的搭建工作,具体包括高速公路监控、通信及收费三大系统、隧道专业系统等系统,以及后续的高速公路健康监测、资产动态管理、车路协同及一体化平台搭建工作。延崇高速公路(北京段)作为北京冬奥会重点保障工程,项目实施工期相对紧张,技术标准较高、定制化内容较多,同时路段桥隧比高,涵盖玉渡山隧道、松山隧道等多座特长隧道,对系统集成商的业务综合保障能力提出了较高要求。公司在该项目中所起的主要作用包括:
整体建设方案优化:针对延崇高速公路(北京段)的固有特点,在项目前期、项目实施过程中对项目建设方案的优化提出具体建议。
项目实施:1、针对业主需求制定项目具体实施计划及方案,并组织实施。针对项目工期紧张、地形复杂以及极端天气等项目实施问题,结合自身经验及专业判断,选择采取与土建工程重叠施工、提前调试等方式进行解决,保障项目顺利如期完成;2、针对业主特定需求及项目自身特点,为延崇高速公路(北京段)的系统搭建定制化开发大量软件模块,范围覆盖收费系统、监控系统及隧道综合监控平台等细分系统;3、对硬件设备、软件的功能进行调试并完成带电带网联调,以保证整体系统能够正常运转、互相协调并实现设计功能;4、在项目实施过程中,公司按照工程量清单约定,采购系统搭建所需的各类硬件设备、外采软件以及材料,履行总承包人责任,完成供应商筛选、采购比选、沟通对接等工作。
公司为本项目搭建的部分系统界面如下所示:
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