城市道路智能交通

 一、方案背景
1、背景介绍
       近些年，随着我国城市化进程的加快，城市规模不断扩大，随之而来的是城市人口和车辆的急剧增长。据公安部统计，2020年全国机动车保有量达3.72亿辆，其中汽车2.81亿辆；机动车驾驶人达4.56亿人，其中汽车驾驶人4.18亿人。由于车辆的增加及交通环境的日趋复杂，各类交通违章、交通事故频发，尤其在城市干道交叉口、人车混行路段出行矛盾更为凸显，进而加剧了城市道路的拥堵，同时降低了居民交通出行的安全性。
       党的十九届五中全会通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》提出：推进交通装备自主化，发展智慧交通，推动大数据等新技术与交通行业深度融合，用新技术为传统交通基础设施赋能。在此背景下，各省市纷纷围绕"十四五"纲要，结合本地情况出台相关条文，多地均明确要把建设新型交通设施、治理交通拥堵、公交优先、道路通行优化等作提上日程，从而改善出行环境，提升居民出行体验。
2、 需求分析
       为了提升道路通行效率，需对道路交叉口、路段的实时交通状况进行全方位全要素检测，通过对道路上交通流信息实时采集，获得路网内的车流量、占有率、车流平均速度、车头时距、排队长度等信息，并结合地理信息直观展示，为交通信号灯优化控制和交通诱导发布提供数据支撑。
       前端感知设备所采集数据应具备真实可靠、持续高效等特点，只有源源不断地输出高质量全局性数据，才能整体提升数据处理效率，进而保证交通业务平台决策研判、信号控制、交通诱导的及时性和准确率。
二、行业应用
       城市道路是交通流运行的载体，道路通畅与否关系着城市的正常运转。在城市路口、重要路段部署前端感知设备，主动采集获取人、车、路、交通环境等基础数据，并结合上下游路口交通态势动态调整信号控制放行；给予特殊车辆信号优先放行策略；根据所检测到的事件类型，推荐最优的处置策略。毫米波雷达作为重要的信息采集数据，可应用在交叉口信号灯配时优化、构建全路段"绿波带"、公交优先保驾护航、交通诱导信息采集、异常事件检测预警等场景下，如下将做详细说明。
1、交叉口信号灯配时优化
       日常生活中许多驾驶人会遇到如下情况：路口有的方向车辆排队严重，而其他方向的车流量寥寥无几，使得绿灯时间放空，降低了道路通行效率。通过在交通流复杂路口，借助现有交通设施杆件安装广域毫米波雷达，对路口各方向的排队长度、通行流量、车头时距、平均速度进行实时监测，并将统计数据实时传输到智能交通信号控制设备，可实时优化调整绿灯通行时长，提高道路车辆通行率。
       单台广域毫米波雷达可在8个车道，250米长的道路范围内，同时识别、检测、跟踪多达272个目标车辆，所采集的即时数据和统计数据作为信号控制算法模型的重要数据源，使信号控制系统及时获取当前交通流状态，并根据交通流状态来决策最新的交通信号灯自适应配时方案。
2、构建全路段"绿波带"
       如果说道路交叉口信号灯配时优化方案只是独立解决单点配时不科学和道路拥堵的问题，那通过全路段"绿波带"建设，则可大范围提升整条道路的通行效率，是由点及面的跨越。构建全路段绿波带
       "绿波带"的建设离不开道路交通基础数据的采集分析，数据采集可使用毫米波雷达感应+摄像机视频识别+人工辅助的方式，根据所采集数据总结发现车流量随时间变化的规律，在历史数据的基础上，做出基础的信号灯配时方案，再根据实时采集的数据，结合各路口的交通流实况进行智能微调。动态调节可以确保相位时间的合理分配，减少通行时间的浪费，避免了某个方向有车时时间太短，无车时红绿灯时间过长的现象。
       通过毫米波雷达进行道路数据的采集，具备精度高、覆盖广、全天候等优势，毫米波雷达可在车辆位置判别、区域车流量统计、交通事件检测层面为绿波系统提供低延时、高可靠的海量数据，助推城市"绿波带"稳定运行。
3、公交优先保驾护航
       我国城市公共交通发展远远不能适应经济社会发展和人民群众出行需要，多数城市公共交通出行比例偏低。为从根本上缓解交通拥堵、出行不便、环境污染等矛盾，必须树立公共交通优先发展理念。为了破解公交出行难题，除了加快公交车辆基础设施的建设，还应保障公交路权优先，增加划设城市公共交通优先车道，扩大信号优先范围，使公交车辆真正畅通运行，提升居民公交出行的舒适度和实效性。公交优先保驾护航       公交信号优先控制系统通过智能信号机联网，结合大量交通路况和公交数据，共同构建出的智慧公交信号控制系统，实现公交信号优先的应用。系统主要由路口单元和控制中心组成。通过在路口增加毫米波雷达、视频监控、卫星定位、RFID基站等信息采集系统，以准确定位监测公交车行驶情况并获取整个路口动态交通信息，成为智慧公交信号控制的"上帝之眼"。
       毫米波雷达可同时部署在路口和路段处，在正常路段、渠化路段、交叉口分别检测公交到达情况、社会车辆交通量与排队长度、路口各流向交通放行情况、车道拥堵情况，从而实现对公交车辆和社会车辆交通运行状态的全方位感知，为公交优先通行保驾护航。
4、交通诱导信息采集
       交通诱导系统是利用电子信息技术获得实时道路交通信息，发布给道路使用者的系统。它通过诱导出行者的行为来改善路面交通系统，防止交通阻塞的发生，减少车辆在道路上的逗留时间，并且最终达到交通流在路网中合理分配的目的。 交通诱导信息采集
       城市交通诱导系统由交通信息采集、交通信息处理与生成、交通信息发布三部分组成。交通信息采集系统的核心是信息传感器，获得实时道路交通信息，传输至给交通信息处理与生成系统分析决策。最终通过交通信息发布系统诱导出行者的行为来改善路面交通系统，防止交通阻塞的发生，减少车辆在道路上的逗留时间，最终达到交通流在路网中合理分配的目的。
       采用毫米波雷达作为交通信息采集传感器，无论在车流量稀疏或者拥堵的路段，均能精准采集相关数据。同时不受安装地点地形条件的影响，可在4-8m任意高度、任意角度安装。毫米波雷达采用独特的数据拟合技术，向用户直观地呈现车辆运行轨迹，实现所见即所得。
5、异常事件检测预警
       城市道路具有功能多样、组成复杂、行人量大、车种复杂、交叉口多、交通分散等特点，尤其在上下班、节假日等出行高峰时段，更容易发生各类交通事故，使原本复杂的路况更加难以管理，通行效率直线下降，甚至会产生连锁反应，影响城市的整体运行。在此背景下，对交通异常事件及时快速的检测尤为重要。
       采用毫米波雷达作为异常事件检测设备，可在第一时间检测识别出异常事件类型、发生时间、发生位置及对周边路段造成的影响，并可联动视频监控、电子警察、治安卡口等设备多交通异常事件进行全程记录，协助交通管理者制定科学合理的对策，及时快速地做出处置、扫除障碍，避免二次事故的发生。
       相比传统的视频检测设备，毫米波雷达不受天气和光线的影响，无论是偏僻小道还是隧道，均能持续输出每辆车当前位置、分布情况、有无异常事件发生、道路是否拥堵等准确可靠的数据，毫米波雷达与视频融合应用，还能对行人和非机动车目标识别跟踪。通过对所有交通参与者的位置、运行轨迹、整体态势、道路状况等数据计算分析，可有效对碰撞、追尾、碾压等常见事故及时预警，使交通事故由被动处置向主动防控转变，为居民打造便捷、安全、可靠的道路出行环境，提升居民生活幸福感。
三、方案描述
1、系统架构
       系统架构毫米波雷达作为道路全要素信息采集设备，可与路侧MEC（多接入边缘计算）配合使用，在靠近终端用户的网络边缘部署MEC节点，为"聪明的车+智慧的路"提供数据及应用服务，进一步减少数据传输的端到端时延，对未来推动车路协同技术的应用部署具有重要意义。
2、系统特点
       毫米波雷达作为交通信息采集传感器，相比传统地磁、超声波传感器、视频流传感器、激光雷达及友商同类产品有其不可比拟的优势，主要体现在如下几个方面：
（1）全天候全时段 全天候全时段
       毫米波雷达波束窄而具备高精细细节分辨的能力，相比激光其传播特征受气候影响小，摄像机模组为星光级低照度产品且具备强光抑制、电子透雾、视频防抖、数字降噪功能，整机支持IP67防护等级，无论是雾霾、暴雨、大风等极端天气，还是光线不佳的各种路段，均能正常工作，受环境因素影响小。
（2）高精度抗干扰
       毫米波雷达波束为毫弧度量级，具备波束窄、方向性好、多普勒带宽高等特点，测速精度0.1m/s，测角精度0.1°，车流量和平均车速检测准确率98%以上，同时具备较强的抗电子干扰、杂波干扰和多径反射干扰能力，适用于道路机电设施复杂的路况环境。
（3）高分辨多目标
       在雷达图像中，当两个目标位于同一方位角且速度一致，但与雷达的距离不同时，二者被雷达区分出来的最小距离是距离分辨率。同理，雷达在角度和速度上区分邻近目标的能力，可分别用角度分辨率和速度分辨率来表示。毫米波雷达采用先进的线性调频技术和信号处理算法，距离分辨率可达1.49m（车辆）和0.32m(行人)，角度分辨率可达1.6°（车辆）和5.5°（行人），速度分辨率可达0.1m/s，均处于业内领先地位。毫米波雷达还采用独特的多目标跟踪技术，最大可同时对272个交通目标实时跟踪。
（4）多要素全覆盖
       毫米波雷达可检测识别出五种不同类型交通参与者，包括行人、非机动、大型车辆、中型车辆、小型车辆，覆盖范围横向可达8车道，纵向可达250米（雷视融合一体机可达425米）以上，在常规路口每个方向只需部署1台即可捕捉到全要素交通流信息。
（5）易维护低功耗
       毫米波雷达可安装在信号灯或者电子警察杆件上，施工简单，无需破坏路面，调试方便，非专业技术人员也能短时间内掌握调试方法；毫米波雷达可直接输出结构化数据，无需额外部署前端工控机或者中心服务器，维护成本低。
       毫米波雷达采用高效能处理芯片和自散热的结构设计，从根本上降低产品的峰值功耗，平均用电功耗低至3W，大大节约了电力资源。
（6）多数据低延时
       毫米波雷达基于对目标的距离、速度、方位角基础数据的采集分析，可输出丰富的数据类型，包括车辆速度、位置、方向等即时数据，车流量、平均速度、占有率、车头时距、排队时长等统计数据，车辆逆行、拥堵、排队溢出、超速、加塞、异常停车等事件数据，所有数据的信处、点云、凝聚、成像过程均在雷达中完成，输出即为结构化数据，且每隔50ms就检测一次，数据延时可忽略不计，从而为不同应用场景提高效可靠的数据支撑。