城市道路智能交通

 一、方案背景
1、背景介紹
       近些年，隨著我國城市化進程的加快，城市規模不斷擴大，隨之而來的是城市人口和車輛的急劇增長。據公安部統計，2020年全國機動車保有量達3.72億輛，其中汽車2.81億輛；機動車駕駛人達4.56億人，其中汽車駕駛人4.18億人。由于車輛的增加及交通環境的日趨復雜，各類交通違章、交通事故頻發，尤其在城市干道交叉口、人車混行路段出行矛盾更為凸顯，進而加劇了城市道路的擁堵，同時降低了居民交通出行的安全性。
       黨的十九屆五中全會通過的《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》提出：推進交通裝備自主化，發展智慧交通，推動大數據等新技術與交通行業深度融合，用新技術為傳統交通基礎設施賦能。在此背景下，各省市紛紛圍繞"十四五"綱要，結合本地情況出臺相關條文，多地均明確要把建設新型交通設施、治理交通擁堵、公交優先、道路通行優化等作提上日程，從而改善出行環境，提升居民出行體驗。
2、 需求分析
       為了提升道路通行效率，需對道路交叉口、路段的實時交通狀況進行全方位全要素檢測，通過對道路上交通流信息實時采集，獲得路網內的車流量、占有率、車流平均速度、車頭時距、排隊長度等信息，并結合地理信息直觀展示，為交通信號燈優化控制和交通誘導發布提供數據支撐。
       前端感知設備所采集數據應具備真實可靠、持續高效等特點，只有源源不斷地輸出高質量全局性數據，才能整體提升數據處理效率，進而保證交通業務平臺決策研判、信號控制、交通誘導的及時性和準確率。
二、行業應用
       城市道路是交通流運行的載體，道路通暢與否關系著城市的正常運轉。在城市路口、重要路段部署前端感知設備，主動采集獲取人、車、路、交通環境等基礎數據，并結合上下游路口交通態勢動態調整信號控制放行；給予特殊車輛信號優先放行策略；根據所檢測到的事件類型，推薦最優的處置策略。毫米波雷達作為重要的信息采集數據，可應用在交叉口信號燈配時優化、構建全路段"綠波帶"、公交優先保駕護航、交通誘導信息采集、異常事件檢測預警等場景下，如下將做詳細說明。
1、交叉口信號燈配時優化
       日常生活中許多駕駛人會遇到如下情況：路口有的方向車輛排隊嚴重，而其他方向的車流量寥寥無幾，使得綠燈時間放空，降低了道路通行效率。通過在交通流復雜路口，借助現有交通設施桿件安裝廣域毫米波雷達，對路口各方向的排隊長度、通行流量、車頭時距、平均速度進行實時監測，并將統計數據實時傳輸到智能交通信號控制設備，可實時優化調整綠燈通行時長，提高道路車輛通行率。
       單臺廣域毫米波雷達可在8個車道，250米長的道路范圍內，同時識別、檢測、跟蹤多達272個目標車輛，所采集的即時數據和統計數據作為信號控制算法模型的重要數據源，使信號控制系統及時獲取當前交通流狀態，并根據交通流狀態來決策最新的交通信號燈自適應配時方案。
2、構建全路段"綠波帶"
       如果說道路交叉口信號燈配時優化方案只是獨立解決單點配時不科學和道路擁堵的問題，那通過全路段"綠波帶"建設，則可大范圍提升整條道路的通行效率，是由點及面的跨越。構建全路段綠波帶
       "綠波帶"的建設離不開道路交通基礎數據的采集分析，數據采集可使用毫米波雷達感應+攝像機視頻識別+人工輔助的方式，根據所采集數據總結發現車流量隨時間變化的規律，在歷史數據的基礎上，做出基礎的信號燈配時方案，再根據實時采集的數據，結合各路口的交通流實況進行智能微調。動態調節可以確保相位時間的合理分配，減少通行時間的浪費，避免了某個方向有車時時間太短，無車時紅綠燈時間過長的現象。
       通過毫米波雷達進行道路數據的采集，具備精度高、覆蓋廣、全天候等優勢，毫米波雷達可在車輛位置判別、區域車流量統計、交通事件檢測層面為綠波系統提供低延時、高可靠的海量數據，助推城市"綠波帶"穩定運行。
3、公交優先保駕護航
       我國城市公共交通發展遠遠不能適應經濟社會發展和人民群眾出行需要，多數城市公共交通出行比例偏低。為從根本上緩解交通擁堵、出行不便、環境污染等矛盾，必須樹立公共交通優先發展理念。為了破解公交出行難題，除了加快公交車輛基礎設施的建設，還應保障公交路權優先，增加劃設城市公共交通優先車道，擴大信號優先范圍，使公交車輛真正暢通運行，提升居民公交出行的舒適度和實效性。公交優先保駕護航       公交信號優先控制系統通過智能信號機聯網，結合大量交通路況和公交數據，共同構建出的智慧公交信號控制系統，實現公交信號優先的應用。系統主要由路口單元和控制中心組成。通過在路口增加毫米波雷達、視頻監控、衛星定位、RFID基站等信息采集系統，以準確定位監測公交車行駛情況并獲取整個路口動態交通信息，成為智慧公交信號控制的"上帝之眼"。
       毫米波雷達可同時部署在路口和路段處，在正常路段、渠化路段、交叉口分別檢測公交到達情況、社會車輛交通量與排隊長度、路口各流向交通放行情況、車道擁堵情況，從而實現對公交車輛和社會車輛交通運行狀態的全方位感知，為公交優先通行保駕護航。
4、交通誘導信息采集
       交通誘導系統是利用電子信息技術獲得實時道路交通信息，發布給道路使用者的系統。它通過誘導出行者的行為來改善路面交通系統，防止交通阻塞的發生，減少車輛在道路上的逗留時間，并且最終達到交通流在路網中合理分配的目的。 交通誘導信息采集
       城市交通誘導系統由交通信息采集、交通信息處理與生成、交通信息發布三部分組成。交通信息采集系統的核心是信息傳感器，獲得實時道路交通信息，傳輸至給交通信息處理與生成系統分析決策。最終通過交通信息發布系統誘導出行者的行為來改善路面交通系統，防止交通阻塞的發生，減少車輛在道路上的逗留時間，最終達到交通流在路網中合理分配的目的。
       采用毫米波雷達作為交通信息采集傳感器，無論在車流量稀疏或者擁堵的路段，均能精準采集相關數據。同時不受安裝地點地形條件的影響，可在4-8m任意高度、任意角度安裝。毫米波雷達采用獨特的數據擬合技術，向用戶直觀地呈現車輛運行軌跡，實現所見即所得。
5、異常事件檢測預警
       城市道路具有功能多樣、組成復雜、行人量大、車種復雜、交叉口多、交通分散等特點，尤其在上下班、節假日等出行高峰時段，更容易發生各類交通事故，使原本復雜的路況更加難以管理，通行效率直線下降，甚至會產生連鎖反應，影響城市的整體運行。在此背景下，對交通異常事件及時快速的檢測尤為重要。
       采用毫米波雷達作為異常事件檢測設備，可在第一時間檢測識別出異常事件類型、發生時間、發生位置及對周邊路段造成的影響，并可聯動視頻監控、電子警察、治安卡口等設備多交通異常事件進行全程記錄，協助交通管理者制定科學合理的對策，及時快速地做出處置、掃除障礙，避免二次事故的發生。
       相比傳統的視頻檢測設備，毫米波雷達不受天氣和光線的影響，無論是偏僻小道還是隧道，均能持續輸出每輛車當前位置、分布情況、有無異常事件發生、道路是否擁堵等準確可靠的數據，毫米波雷達與視頻融合應用，還能對行人和非機動車目標識別跟蹤。通過對所有交通參與者的位置、運行軌跡、整體態勢、道路狀況等數據計算分析，可有效對碰撞、追尾、碾壓等常見事故及時預警，使交通事故由被動處置向主動防控轉變，為居民打造便捷、安全、可靠的道路出行環境，提升居民生活幸福感。
三、方案描述
1、系統架構
       系統架構毫米波雷達作為道路全要素信息采集設備，可與路側MEC（多接入邊緣計算）配合使用，在靠近終端用戶的網絡邊緣部署MEC節點，為"聰明的車+智慧的路"提供數據及應用服務，進一步減少數據傳輸的端到端時延，對未來推動車路協同技術的應用部署具有重要意義。
2、系統特點
       毫米波雷達作為交通信息采集傳感器，相比傳統地磁、超聲波傳感器、視頻流傳感器、激光雷達及友商同類產品有其不可比擬的優勢，主要體現在如下幾個方面：
（1）全天候全時段 全天候全時段
       毫米波雷達波束窄而具備高精細細節分辨的能力，相比激光其傳播特征受氣候影響小，攝像機模組為星光級低照度產品且具備強光抑制、電子透霧、視頻防抖、數字降噪功能，整機支持IP67防護等級，無論是霧霾、暴雨、大風等極端天氣，還是光線不佳的各種路段，均能正常工作，受環境因素影響小。
（2）高精度抗干擾
       毫米波雷達波束為毫弧度量級，具備波束窄、方向性好、多普勒帶寬高等特點，測速精度0.1m/s，測角精度0.1°，車流量和平均車速檢測準確率98%以上，同時具備較強的抗電子干擾、雜波干擾和多徑反射干擾能力，適用于道路機電設施復雜的路況環境。
（3）高分辨多目標
       在雷達圖像中，當兩個目標位于同一方位角且速度一致，但與雷達的距離不同時，二者被雷達區分出來的最小距離是距離分辨率。同理，雷達在角度和速度上區分鄰近目標的能力，可分別用角度分辨率和速度分辨率來表示。毫米波雷達采用先進的線性調頻技術和信號處理算法，距離分辨率可達1.49m（車輛）和0.32m(行人)，角度分辨率可達1.6°（車輛）和5.5°（行人），速度分辨率可達0.1m/s，均處于業內領先地位。毫米波雷達還采用獨特的多目標跟蹤技術，最大可同時對272個交通目標實時跟蹤。
（4）多要素全覆蓋
       毫米波雷達可檢測識別出五種不同類型交通參與者，包括行人、非機動、大型車輛、中型車輛、小型車輛，覆蓋范圍橫向可達8車道，縱向可達250米（雷視融合一體機可達425米）以上，在常規路口每個方向只需部署1臺即可捕捉到全要素交通流信息。
（5）易維護低功耗
       毫米波雷達可安裝在信號燈或者電子警察桿件上，施工簡單，無需破壞路面，調試方便，非專業技術人員也能短時間內掌握調試方法；毫米波雷達可直接輸出結構化數據，無需額外部署前端工控機或者中心服務器，維護成本低。
       毫米波雷達采用高效能處理芯片和自散熱的結構設計，從根本上降低產品的峰值功耗，平均用電功耗低至3W，大大節約了電力資源。
（6）多數據低延時
       毫米波雷達基于對目標的距離、速度、方位角基礎數據的采集分析，可輸出豐富的數據類型，包括車輛速度、位置、方向等即時數據，車流量、平均速度、占有率、車頭時距、排隊時長等統計數據，車輛逆行、擁堵、排隊溢出、超速、加塞、異常停車等事件數據，所有數據的信處、點云、凝聚、成像過程均在雷達中完成，輸出即為結構化數據，且每隔50ms就檢測一次，數據延時可忽略不計，從而為不同應用場景提高效可靠的數據支撐。