随着我国智慧交通第一批13个省市的“试点方案”公开并陆续进入收尾阶段，智慧交通发展随即进入了雏形模式，很多新的技术快速涌出并在项目上得到了验证如：车路协同、北斗定位、数字孪生、智能除雪、精准感知、车道级管控、安全诱导、合流区预警、云控平台、智慧服务区、两客一危综合管理、四维实景仿真、隧道巡检机器人、收费快速导流、车路一体化、智慧隧道、全息路口等等。智慧交通的快速发展给了新技术一个全新生命载体，使其能够快速成长，但也有一些技术无法适应智慧交通对其普及性的特性要求，而只做了一个昙花一现的亮点。因此，所有全新技术必须能够有效解决过去传统交通系统中的诸多不足与弊病，才具备推广价值，另外其物美价廉的延展性才能够适应智慧交通快速发展和大范围应用的普及性。

一、引言

       我国智能交通起源于上世纪九十年代，现已经过了五个阶段的发展，每个阶段都有当下发展的核心内容与所代表的核心技术。其所涉及到的核心技术，已经深入到了大交通中的每个领域中。2017年“智慧交通”概念的提出，也使我国在交通领域中加快了“智慧”化建设的步伐。很多智能交通方面的全新技术，如雨后春笋一样，层出不穷，百花争艳。但其核心数据的准确性和可靠性以及全新技术是否能够有效解决或大幅提升过去传统交通系统中的诸多不足与弊病一直备受瞩目。2020年8月，交通运输部印发《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》，文中明确提出到2035年，精准感知、精确分析、精细管理和精心服务能力全面提升，成为加快建设交通强国的有力支撑。

交通行业的根本思想是：畅通、高效、快捷、安全。但无论其如何发展，总的思想和指导方针是永远不会改变的，过去、现在、未来所有创新型或颠覆性技术，都会围绕着这几个方面展开。感知、分析、管理、服务在指导意见中之所以被重点提出来，是因为感知是基础，没有精准可靠数据的支撑所有上层平台都无法搭建，分析更无从谈起，所有管理手段都将会失效，而分析是决绝层是所有动作发起的源泉、管理是手段，服务则是智慧交通最终的价值体现。因此，基于以上核心思想，研发了能够满足全天候工作、全环境下的精准感知设备以及配套系统，这是整个智慧交通发展的核心基石，通过获得的精准数据，实现对管理者和服司乘人员的精细化服务的终极目标。

二、系统模型

依据以上理念，整套系统主要由感知层、数据处理层、功能应用层三个层级构建“云—边—端”综合性解决方案并对外输出。

三层结构布局图

在感知层采用能够满足全天候工作实现精准感知的多频谱复合雷达来实现多维度数据的采集。在数据处理层采用具备大数据交互和深度学习处理能力的AI边缘计算服务器，并研发了多种数据融合算法和异常事件检测、精准服务和安全管控策略软件模块，其中融合算法包括：同步触发关联融合算法、伴影相随融合算法、堆栈式融合算法、时空同步融合算法，来实现多源多维度时空数据融合以及输出。在功能应用层采用三维实景数字孪生预警综合管理系统相互结合方式来解决高速公路管理者在运营、管理、维护、服务等多级应用诉求。将现实中的路、车、人、物、态势，通过数字孪生技术把所获取的数据再现出来，让其变成可视、可听、可控、可服务的目标。

整套系统由安装在路侧外场的复合雷达一体机、AI边缘计算服务器和安装在路段中心的雷达专用管理计算服务器、雷达专用管理工作站以及三维实景数字孪生预警综合管理系统软件、雷达数据处理分析服务系统和其他传输、供电以及辅助软件组成。

系统结构图

       复合雷达采用一体化结构设计，将多种传感器，不同空间感知模式完美地整合在一起。该设备充分利用各传感器不同的工作原理、成像方式、波普范围、数据获取方式、数据信息内容等；通过AI深度学习和多角度、多层级数据融合，实现对检测区域内的目标、态势、环境进行精准感知和数据采集。设备具有先进的感知能力和抗干扰能力，满足真正的全天候工作需求，即使在暴雨、暴雪、雾霾、粉尘等恶劣的环境下依然正常运行。此外，通过多数据融合方式使得设备的探测能力更强、探测距离更远、目标感知颗粒度更小、获取目标信息以及周围环境信息更全面、抗干扰能力更强；完善的多元数据融合处理使得单个设备可以同时跟踪512多个有效目标，即使目标被短暂遮挡依然能够被准确跟踪而不丢失。强大的算力和丰富的检测方式使得该设备具备异常事件和异常路况检测功能。并可实现更加全面的信息获取包括特征信息提取如：车牌、品牌、车型、车系、颜色等内容；健康状态信息获取包括：高温点、温度等内容；AI人工智能能够对设备所覆盖的检测范围内的环境进行精准感知。强大的行为分析能够快速锁定每一个异常目标和异常区域，并进行实时定位、联动监视、报警输出等多项功能，有效的提高了管理者面对异常情况下的应急处理效率和提供了多种管理手段；并可为自动驾驶、无人驾驶、车路协同、数字孪生、云控平台、精准管控提供了多样化的数据来源。一体化结构设计，使设备的安装、调试更加快捷方便；自我工作状态参数调教功能使得设备后期维护成本更低。通过多设备级联安装可以打造出“全天候工作、全面感知、全程定位、全程掌控、全面监视、全面可视、全程回溯、全程服务”的路网精准感知及精细化管控系统。

系统工作流程图

三、系统布设与功能

       系统布设过程中，多频谱复合雷达一体机安装在道路中央、路肩偏坡，路侧高地上，其安装高度为5-10米，为了减少双向多车道带来的车辆遮挡问题，一般建议雷达传感器安装在道路中央分隔带处，AI边缘计算服务器安装在外场的设备机箱内，并与跟踪监控摄像机、车路协同设备、车牌抓拍摄像机以及其他设备进行连接；雷达专用管理计算服务器、雷达专用管理工作站配置在监控分中心内，雷达数据处理分析服务系统实现对相关设备的数据采集、功能配置、综合管理、授权和与监控系统以及其他第三方系统的数据进行交互等工作。AI边缘计算服务器接入至现场的工业以太网交换机上，实现与中心设备现场设备相互连接。

设备安装布设图

复合式雷达实现全天候精准感知数字孪生系统功能模块主要包括：日常监控功能模块、车辆管控功能模块、精准诱导功能模块、事件检测功能模块、态势分析功能模块、日常维护功能模块、道路巡检功能模块、设备管理功能模块、稽查逃费功能模块共计九大功能模块。

系统工作流程图

（一）日常监控功能模块

传统监控模式只能让管理者实现“点”位式监控，并对该点位借助道路监控摄像进行查看或监视。而复合式雷达实现全天候精准感知数字孪生系统可利用全新一代的地理坐标相互关联的监控算法，来实现对点、线、面、区域、宏观的多层级联动监视，监控人员唯一做的就是，任意选择自己要关心的位置、区域即可。同时可利用层级管控的方式来获得自己任意想要的资源和数据，简化了操作者的各种繁琐操作流程。

通过使用鼠标即可在地图上实现地图层级缩放，地图缩放至不同层级时系统自动屏蔽或展示道路资源、设备及实时车辆的位置图标，具体如下：13级及更小：展示路段图标及热力图、14级：展示路段、雷达图标及热力图、15级 (默认层级)：展示路段、雷达、监控和抓拍摄像机图标及热力图、17级：展示道路、雷达、服务区、监控摄像机、抓拍摄像机图标，并且展示当前道路上所有车辆及其他参与者位置图标，同时展示各车辆车牌和唯一ID信息。在发生特殊情况下，该系统可以更方便快速地对现场进行定位。该系统还支持用户视角的二维或三维一键切换功能。该功能能够满足更多的管理者对不同操作等级以及信息获取的诉求。

（二）车辆管控功能模块

车辆管控功能模块中包含车辆信息获取功能、车辆追踪监视功能、车辆跟踪定位功能、车队跟踪定位功能、车队追踪监视功能、车辆高级搜索功能、重点车辆精准管控功能、车辆行为分析功能、两客一危监视功能。通过以上功能模块系统可以实现对单一车辆或车队车辆以及重点车辆实现车辆级、车道级的精准管控，并可以依据路侧信息发布系统、车路协同系统、语音广播系统以及第三方服务平台实现点对点精准信息推送服务功能。此外，一旦车辆发生异常情况，系统马上可以定位到该车辆的位置信息，并实时获取车辆经纬度信息、桩号信息、周围环境信息等关键内容，如有需要按照此位置点可以立即启动无人机进行先行远程巡视、物资投递、120/110快速到位以及抢险救援车辆快速出动，做到第一时间发现、快速定位现场、应对方案快速输出的多级联动要求。

（三）精准诱导功能模块

精准诱导功能模块主要用来在特殊天气，如：雨、雪、雾、霾、沙尘；特殊场景如：道路两侧出现浓烟、隧道内发生火灾；特殊车辆：如危化品车辆、易燃易爆车辆等情况下，获得现场综合信息，包括：交通状态信息、车辆位置分布信息、周围环境信息、路况状态信息、态势发展预警信息、危险车辆异常行为信息等内容，对危险路况、危险事件、危险车辆进行位置预警、危险车道预警、危险区域预警，并给出最佳通行方案来实现在特殊天气情况下做到“不封路、少封路、缓慢通行”，减少收费损失、保障安全出行的要求。在特殊场景下做到“知车、知路、知人、知位置、知状态”，减少人员伤亡、降低路产损失、实现有效快速营救的要求。对于特殊车辆可采取避让、劝离、停靠、休息、引导等多种方式，减少不必要的危险出现。

（四）事件检测功能模块

 前端安装的频谱复合雷达一体机所获得数据经过AI边缘计算边缘进行深度处理后形成有效可靠的异常事件报警信息，实现对易发现的异常事件进行报警输出。当系统中发生任何报警时，报警中心窗口会自动进行红色闪烁同时会播放报警音乐，提醒管理人员及时介入。当系统发出异常事件报警时，系统不仅提示报警事件还会给出关联预案以及向联动设备发出请求。联动一旦被执行，以事件位置点为中心周围最近的监控摄像机、距离第二近的摄像机都会以最佳的观看位置自动的聚焦事故现场，并且会自动录制事件发生前后的视频图像、汇总事件发生位置、报警详细文字等信息。大大提高了管理人员的应急响应速度。

（五）态势分析功能模块

       中心的三维实景数字孪生预警综合管理系统对边缘计算服务器发送过来的多类型数据进行二次处理，处理包括：相邻雷达间的数据融合与数据传递、雷达与道路监控摄像机、路侧车牌抓拍摄像机、系统与收费系统关联获取的收费站车牌抓拍摄像机以及车辆车型识别设备进行多层级融合关联来获取更多的车辆信息、路况信息、状态信息后，送入到系统内嵌的目标异常行为分析模块、态势发展预警模块进行数据的深度处理，可实现对潜在危险事件进行预警输出。

（六）智慧运维功能模块

       智慧运维功能模块实现在线设备状态实时监测，对道路或隧道内布设的受监管设备在线运行状态监测、展示，对故障信息处置管理。依托三维实景数字孪生预警综合管理系统中地图服务功能，在地图上展示道路上在线设备信息，归集在线设备故障信息，设备健康率，设备故障历史信息等，保证使用者能够第一时间发现并处理设备故障信息。以设备类型为维度，展示平台当前在线设备的数量及故障数量，展示库房完好率、库存预警提醒、设备完好率、当前工单数量、当前在岗人员等。

       智慧运维功能模块会自动启动定期巡检功能，发现异常状态设备系统会快速定位输出报警，并将汇总后的异常设备状态信息、工作日志、经纬度信息（可做导航定位使用）、桩号信息通过短信或手机APP方式推送给日常养护人员进行设备的检修与恢复。

（七）道路巡检功能模块

       该功能模块可支持三种工作模式即：定点静态巡视模式、路径巡视模式、单点定位监视模式，通过以上三种模式道路管理者可快速的实现对整条道路进行全线巡视、同时可实现宏观、区域、局部、微观多角度观察监视和重要信息获取，该功能除了能够对异常事件检测功能模块发生特殊事件漏检进行弥补外，还可以通过多层面不同角度的监视观察方法，能够对危害事件发生的前因后果、影响程度以及影响的范围有一个更加全面的了解。

（八）设备管理功能模块