新聞鏈接:https://mp.weixin.qq.com/s/VCAMhRLMgpedH1sB3xBcAQ
智能道路可以概括為:由特定的結構材料、感知網絡、信息中心、通信網絡和能源系統組成,具有主動感知、自動辨析、自主適應、動態交互、持續供能等智能能力的道路設施。
與傳統道路相比,智能道路優勢在于能有效延長道路壽命、提高道路性能、降低安全風險、提升服務品質。
原文:Lijun Sun, Hongduo Zhao, Huizhao Tu, Yu Tian.The Smart Road: Practice and Concept[J]. Engineering.2018,4(4):436-437.
改編:張楠
智能道路“智”在何處
智能道路的開發和使用過程依托多種技術,包括智能材料、分布式光纖、智能薄膜、壓電器件和傳統傳感器等。
智能道路依靠智能材料或傳感器來主動感知狀態、性能、環境和行為,然后進行自動的校驗、集成、管理、分析、診斷和評估等處理。
依托感知信息和辨析結果,道路能夠針對溫度、濕度和交通量等的變化進行主動調控,并可對道路損傷進行自我修復。同時,道路能在感知和辨析的基礎上,與外部進行動態交互。為了實現這些能力,離不開持續不間斷的能量供應。
信息組織是智能道路實現智能能力的關鍵。智能道路的信息組織需要構建與車聯網(V2X)同等的路聯網(R2X)系統,并融合形成車-路聯網(VR2X)系統,以支撐車路一體系統。
車路一體系統中的信息組織可以依托由駕駛員信息模型(TDIM)、車輛信息模型(TVIM)、交通建筑信息模型(TBIM)、環境信息模型(TEIM)組成的四級交通信息模型(TIM4)平臺實現。
根據各類信息的量級和通信要求,分為動態、準動態、準靜態和靜態信息四類,可分別采用不同的通信方式實現各個交通要素之間的信息交互 [1]。
? 四級交通信息模型TIM4概念[1]
模型創作者:陳雨人2.
智能道路發展現狀
智能道路因其能夠廣泛服務于交通安全和公共安全,因此世界各國都在積極進行相關的研究與應用。其中,美國、歐洲和日本處于領先地位,中國在該領域的研究雖然起步較晚,但發展迅猛。
美國:美國于20世紀60年代起開始智能交通系統(ITS)的相關研究工作。90年代初,美國在洛杉磯修建了一段試驗性的智能道路——駛萬達公路。其建立在道路系統與通訊系統相結合的基礎上,不需要增鋪道路就能提高路段的通行能力。
美國在智能道路建設上實行“政府主導、企業參與”的模式,強調社會各有關階層、各方面的“協同共享”。
近年來,美國威斯康辛州和科羅拉多州正在籌建智能道路,前者是為了支持富士康集團的無人車運輸,后者是為了緩解百事可樂公司的裝瓶廠和附近的兩個停車場區間道路的擁堵。
瑞典:瑞典最早的一段智能道路位于瑞典北部城市Pite和Lule之間的歐洲E4公路。研究人員在此段公路上安裝了太陽能傳感器和400個信息發布裝置,可以對行駛車輛做出路面結冰、事故擁堵和其他危險情況的預警。
瑞典于2014年啟動了eRoad Arlanda項目,并于2018年開通了全球第一條全長2km的電動汽車“充電公路”。由于地底鋪設有電網,當電動汽車在公路上行駛時,可以通過道路的兩條軌道和車輛底部連接的移動桿為車輛充電,公路上方無需額外的電線,避免了安全隱患。
? 連接斯德哥爾摩阿蘭達機場貨運站和魯瑟什貝格物流區的充電公路
英國:英國對ITS的研究一直處于世界的前列,其SCOOT系統是智能交通系統的主要組成部分,擁有全球最多的用戶;另外,交通信息高速公路(TIH)和視頻信息高速公路(VIH)也都是世界領先的交通信息網絡平臺系統。
英國于2016年6月啟動了UK CITE項目,旨在建成英國首條配備V2V(Vehicle to Vehicle)和V2I(Vehicle to Infrastructure)系統的公共道路。
2017年10月,世界首條主動共識性適應反饋學習橫道線Starling Crossing投入使用。Starling Crossing的路面由抗壓型LED顯示屏組成,控制系統會根據設置在路口的攝像頭反饋的情況來顯示交通引導信號。
荷蘭:荷蘭于2012年10月提出智能高速公路的創新設計概念,包括夜光公路、動力學漆、交互感應燈以及感應優先車道。
2014年4月,“N329未來之路”項目完成,世界首條夜光公路Glowing Lines投入使用。該路段以光致發光涂料代替路燈,白天充電,晚上亮起,持續時間可達10h。
? Glowing Lines
近年來,荷蘭人陸續推出了Flo智能交通系統和Bikecout路面技術,旨在提升騎行者道路安全。
日本:日本從1995年開始著手進行ITS研究開發和實施,1999年啟動了“Smartway”計劃, 2003年智能道路開始出現。
“Smartway”計劃遵循系統集成理念,以道路和車輛為基礎,以信息處理和通信技術為核心,以出行安全和行車效率為目的,堅持融合現有系統,如車輛信息通信系統(VICS)、不停車電子收費系統(ETC)、先進輔助巡航道路系統(ACAHS)和現代通信技術等,將道路交通基礎設施的智能化及其與車載終端一體化系統的協調合作作為研發方向和突破重點,實現了由普通的路面快速向智能道路轉變。
中國:中國已經提出了為智能聯網車和自動駕駛車而設計的一種超級高速公路的概念,并啟動了試點項目。這些項目包括:在上海建成的裝有分布式光纖的模塊化路面;在多個省份建成的自修復瀝青路面和自融雪路面;以及在湖南省建成的具有路基濕度自調節功能的公路等。
2017年12月,世界首條光伏高速路在濟南市建成通車,光伏路面鋪設長度1080 m。其表面層由一種透明材料構成,使陽光可以照射到下面覆蓋兩條車道的太陽能電池板。該層還配備電力電纜和傳感器用以監測溫度、交通流和軸載。
然而由于大中型貨車高速行駛對光伏路面損毀嚴重,2018年8月起開始對路面進行升級改造。
智能道路展望
未來道路交通運輸的發展愿景是“零傷害、零延誤、零維修、零排放、零失效”的“五維趨零”理想系統。“五維趨零”愿景的實現需要以系統最優的視角考慮交通運輸系統中“人–車–路–環境”的每個要素相互之間的作用與協同。道路作為四要素的核心組成部分,是ITS建設的基礎和關鍵。
雖然國際智能道路發展已具備雛形,但要想實現道路功能化、智能化、專用車道和超級道路的發展,必須繼續探索適應未來道路建設和更新要求的技術體系,這是全球共同面臨的挑戰。
參考文獻:
[1]趙鴻鐸, 劉伯瑩, 田雨. 智能道路“智”在何處[J]. 中國公路.2018(18):56?60.
原文:http://www.engineering.org.cn/ch/10.1016/j.eng.2018.07.014