阿里云智慧高速解决方案
让高速公路出行更安全、更畅通、更舒心
——李豪（里豪）
阿里云高级产品专家
截至2021 年底，我国高速公路总里程突破 16 万公里，国家高速公路网已基本建成，覆盖 99% 城镇人口。
然而目前我国高速公路在管理运营中依然存在一些痛点：
首先，交通安全问题突出，交通事故频发；第二，智慧管控手段不足，大多依靠表格化的 OA 系统；第三，管理运营水平不高，主要流程依靠人为推动发现；第四，公众出行体验较差，交通拥堵事件频发。
针对对智慧高速的发展，政府在近几年密集地推出政策方面的支持，包括 2018 年，各省交通厅以及交通部的办公厅都相继推出了加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点项目；2019 年高速公路网完成了撤站改造，基本实现了收费一张网；2020 年，随着自动驾驶相关技术的不断成熟，在智慧高速上，车路协同项目也不断涌现；2021 年，在国家综合立体交通网规划纲要里，明确对智慧高速发展的顶层设计以及实施方案提出了具体的要求。
基于以上政策背景以及行业诉求，阿里云于 2017 年推出了智慧高速解决方案，并在 17 年和 18 年一些试点项目上进行了验证。目前，智慧高速解决方案既可以满足普通路段的智慧化改造需要，也可以满足诸如智慧高速示范项目以及车路协同示范项目建设的需要，同时还可以满足省级交通运行监测需要。
上图为阿里云智慧高速解决方案架构。
最底层是传统的感知设备以及控制设备。感知设备包括气象感知、新型的雷氏设备以及管理运营设备。
云的 IaaS 层主要为阿里云的公共云以及专有云，也包括轻量化部署的大数据体积。
核心层是交通云 PaaS 层-交通云控平台，由下至上可以分为如下几层：
① 高精、标精统一路网：首先将高德路网的基础路网数据与高速公路管理的里程碑、百米桩数据结合，形成了高精、标精统一的可计算路网。
② 数字化还原：基于路网实现了动态数据和静态数据的数字化汇聚以及还原，既包括了视觉、非结构化数据结构化的能力、 AI 的能力，也包括了结构化数据融合的能力。其中数据融合负责将互联网数据与交通运行管理中的数据进行融合，比如对平均车速等数据进行融合以提升路况实时监测的精度，也包括交通运行智能化的数据分析算法。另外，针对地图数据，可以提供二、三维统一化的地图引擎支持。
③ 智能运控：重点实现了交通管理中智能化交通运行的控制，主要包括三大能力：
a. 交通优化：可以根据交通事件推荐不同的交通管理方案。
b. 仿真预演：通过交通仿真，对交通事故产生的影响进行评估，同时可以预测节假日的交通流量。
c. 出行服务：与高德地图打通，将交通管理运营中的事件以及管控信息实时推送至高德地图 C 端体系，提升公众出行服务的体验。
④ 智行通/数字平行世界：构建了三维数字平行世界，可以完整地展示智慧高速建设的核心成果、数字化成果以及智慧化能力。
交通云控平台是 PaaS 层，能够提供丰富的 API 能力，为生态伙伴构建智能化应用提供重要支撑。
目前我们已经联合行业内多家生态伙伴，推出了面向高速公路管理运营的各种智慧化应用，包括交通态势的监控、事件处置的联启联动、公众的信息服务、设备化的智能运维、专业的收费稽核、路网的运行监测以及应急指挥等。
核心能力1-视觉AI感知
视觉 AI 主要是对视频进行分析，包括交通参数检测以及事件检测。其中交通参数检测既包括简单的停车、行人逆行等，也能提供一些复杂的检测算法，比如交通事故检测、抛洒物、道路施工检测以及异常气象检测。目前平台支持的交通事件检测能力已超 20 种。
相较于行业内的视觉 AI 能力，阿里云视觉 AI 具有以下三个特点：
第一，支持多种摄像机的检测。包括普通的枪机摄像机、球机摄像机，且在球机摄像机里，不但可以支持球机的预置位检测，还可以支持任意位置的检测。摄像机转到任意位置后，都能主动判断道路的边界，同时自动产生检测区域以及检测参数，满足高速公路上各种摄像机检测的 AI 需求。
第二，支持交通事故的检测。传统的算法更多地会将交通事故处理为停车，对交通事故的及时发现处置存在一定的障碍。随着近几年在各种场景的积累，阿里云形成了视觉 AI 的交通事故场景库，包括单车碰撞、车辆侧翻、车辆追尾以及多车碰撞等。通过特征库能够快速识别事故类型，提升交通事故主动发现的概率并缩短交通事故的处理时间。
第三，从单纯的视觉检测升级到了视觉推理，主要表现在三个方面：
① 事件的融合：可以通过时间空间以及业务逻辑等约束对事件产生的报警进行过滤融合，将每日报警数从此前的千次降低至百次，尽量保证上报事件都是监控员所关心的，极大降低了工作量。
② 特殊车辆跨摄像机路径还原以及轨迹还原：结合高清地图，实现车辆在单摄像机里轨迹（经纬度）还原。
③ 针对业务场景的特殊检测：比如在施工场景里，可以区分施工车辆、施工人员，可以识别施工的进场时间、撤场时间。将上述信息提取后再结合实际的业务诉求，可以产生更精准的报警，更贴近实际业务使用的需求。
核心能力2-交通优化
视频主动发现异常交通事件后，可以针对这些事件主动推荐管控方案。目前交通云控平台可以支持高速公路场景下 16 类场景及 120 多种交通管控方案的主动推荐，同时支持多种设备的直接控制，包括情报板、雾灯、收费站、风机、照明、车路协同 RSU 设备等。此外，针对情报板，可以提供符合国标并且有实际下发经验的图片库进行编辑。
针对新的业务场景，可以提供配置工具来配置策略库，再通过模拟的方式来确保策略库的真实可靠。
上图为交通优化功能针对交通事故推荐的管控方案。
首先，在交通事故区，推荐进行车道封闭以及限速提醒。在事故区的上游，设置换道提示区，并提示事故的信息以及限速信息，避免司机进入事故区之后换道造成二次事故的发生。在更远处设置警告区，对车辆进行事故提醒以及降速提醒。
所有管控方案都会通过高德地图直接推送到高德地图 C 端，在导航过程中对司机进行相提示，以提升出行体验，同时还可以通过高德地图提升管控方案的触达范围以及效果。
核心能力3-仿真预演
阿里云的交通仿真技术始于 2016 年，完全由阿里云自主研发，拥有完全的自主知识产权。目前已经在高速公路、城市交通进行了广泛试用，相较于行业内的交通仿真软件，它有三个特点：
① 微中宏观一体化：不但可以输出单车的行为、速度、轨迹，也可以输出路网的平均速度、拥堵指标。
② 仿真与业务深度融合：不只提供交通仿真工具，更重要的是将交通仿真能力与实际的业务系统融合在一起。比如在高速公路上，发生一起交通事故之后，可以通过仿真能力实时对交通事故造成的影响进行仿真预演，并接入实时的交通流量数据，仿真结果更准确。
③ 云原生的能力：仿真引擎直接以云原生的技术进行开发。如遇大场景、大路网或高密度车辆，可以通过云资源的计算扩容来支撑，仿真预演可以实现准实时的性能。
上图为实际仿真预演案例。
发生交通事故之后，可以对通过仿真对交通事故造成的影响进行评估，预估交通事故在多长时间内会造成什么样的拥堵范围。再根据拥堵范围，通过交通优化的能力，推荐相应的交通管控方案，包括收费口的关闭、收费口的限流，也有通过诱导分流的方式对拥堵路段上游进行诱导，同时还包括分阶段的限速以及车道管控。
推荐出管控方案之后，再通过仿真预演的能力，对管控方案进行提前预演，预测方案能否达到预期的效果。
核心能力4-出行服务
出行服务主要包括路侧统一控制、互联网出行服务和智能车联网。可以通过路侧统一控制提升传统机电设备的控制效果；也可以联动互联网的出行服务以及智能网联车服务，比如直接打通高德导航、钉钉以及支付宝等阿里系 C 端；可以将信号灯态、道路事件、拥堵状况等方案直接推送至车载 ADS。
通过出行服务，可以更好地将高速公路的事件信息、交通管控信息触达到 C 端，提升交通事件的预警以及管控效果。
交通云控平台是一个开放的 PaaS 平台，通过 API 的方式，为生态伙伴提供丰富的智能化能力支撑，构建更智慧化的应用。
阿里云与生态伙伴一起共建 SaaS 应用侧，在共建过程中有平台的入驻、开发业务应用的测试以及及项目的交付，通过工具化、流程化的机制来保证合作方伙伴开发的 SaaS 应用产品质量，保障项目交付的质量和效率。
从 16 年开始，交通云控平台共建的模式已经沉淀了非常多案例。
智慧高速解决方案典型案例1-成宜高速
成宜高速是四川省的交通强国示范项目。这是一条新建的高速，总投资 246 亿，全长 157 公里。
阿里云承建了智慧高速标段的所有建设内容，包括五个方面：
① 全程 157 公里的雷视融合全息感知：阿里云提供了雷视融合感知方案以及算法，实现了全国第一条雷视融合全覆盖且成本最优的方案。
② 交通云控平台建设：实现了互联网数据、交管数据、收费数据以及养护数据等多部门数据的融合，通过数据融合挖掘高速公路管理运营过程中的数据价值。
③ 数字平行世界：实现了全路段及周边环境 3D 场景的 1：1 还原，全量动、静态数据的实时叠加展示，完全充分地展示了成宜高速智慧化、数字化的能力。
④ 广义 V2X：不但实现了 RSU 全覆盖，同时结合高德地图实现了车道级的导航以及信息主动诱导。
⑤ 主动交通管控：实现了从事故处置一路三方到交通管控方案的自动推荐及一键控制。
智慧高速解决方案典型案例2-杭州湾大桥
杭州湾大桥是浙江省交通强国示范项目。它是一座处于运营期的大桥，全长 36 公里，是世界第三大跨海大桥，高峰期流量超 10 万辆次。项目实现了 96% 异常交通事件的主动发现以及主动管控。
通过平行世界实现了真实世界与虚拟世界的映射。通过在虚拟世界里对交通设备以及交通方案的管控，来影响真实世界交通的运行，提升杭州湾大桥的交通事故处置效率以及安全运行水平。
目前在全国已建的 13 个交通强国试点智慧高速公路项目中，阿里云参建 6 个。数字高速覆盖 14 省，里程覆盖范围占全国高速公路16.9%。同时，我们的视频 AI 技术连续在三地技术比试中取得第一。
与此同时，数字融合感知以及数字孪生等技术已经在多个全国示范项目落地，并且获得了充分认可。
期待与大家共创智慧高速的美好未来，为构建更安全、更畅通、更绿色的智慧高速一起努力。
