中國交通信息化報記者崔當前，新壹代通用技術的產業革命正在興起，給數字化、智能化的生產生活帶來了顛覆性的變化。經過新壹輪發展浪潮，人工智能(AI)已經滲透到人們生產生活的方方面面，成為新壹代通用技術的代表。在“新基礎設施”下，圍繞“AI+”構建的新應用、新業態、新模式不斷湧現，人工智能充分發揮了“頭雁”效應。
作為“新基礎設施”浪潮的重要起點，智能交通領域備受關註。人工智能、5G、工業互聯網等數字化技術帶來的發展理念、管理模式和服務體驗，迎來了壹場全球性的“智變”。如今，各地高速公路智能化建設如火如荼。隨著全國高速公路正式進入“壹張網”運營時代，AI在高速公路上的應用進入快速發展階段。基於第22屆中國高速公路信息化大會上的經驗分享，對人工智能在智慧高速公路中的集成應用進行了簡要梳理。
隨著撤站工作的順利完成，全國高速公路實現了“壹張網”運行。在這種形勢下，路段管理單位對運營管理提出了新的要求:(1)希望在技術、服務、管理、協調等方面進壹步突破，推動實現“高效、經濟”的少人、無人收費場景；(2)要實現路段精細化管理，收取所有應收通行費，保證自身權益；(3)路段內海量多樣的路網設備設施，迫切需要智能化、自動化技術的支持和保障，以保證邊端設施的安全穩定運行。為解決上述痛點，招商局華軟信息有限公司依托“AI+雲”技術，打造智慧收費2.0版本，全面賦能收費審計、運營分析、運維管理、運營監控、基礎收費業務。
AI+雲，突破性的嘗試
招商局華軟搭建了統壹的智能充電雲平臺，將充電業務和相關運輸管理業務遷移到雲端，高效實現業務間的多維協同管理。在平臺的使能支持下，還利用智能車道機器人為道路經營單位打造無人收費站解決方案。
無人收費站是“AI+雲”場景應用的突破性嘗試，是路段降本增效的實際舉措，也是智慧收費發展的必經階段。前端車道機器人的AI能力與雲端智慧收費雲的整體規劃能力相結合，大大提升了當前車道收費的服務價值。
沒人收費，顯示智能。
車道機器人是無人收費站的智能前端AI設備。整機集成車道收費所需的各種硬件模塊，輔以人機交互工程設計，借助邊緣計算、智能語音、4G/5G等技術手段，實現無人自助收費和收費站特殊情況自動處理。
無人收費站解決方案實現了前端設備智能化、現場支持全面化、後端系統智能化、運營投入經濟化。與傳統免費模式相比，具有以下突出能力:適用於多種車道應用場景，如ETC收費、MTC收費、混合收費等。，支持ETC卡、微信、支付寶、中國銀聯快速通等多種非現金支付方式，未來將具備接受現金支付的能力；集成的人工智能單元支持與車主智能語音交互，無需現場幹預即可快速定位用戶問題，為車主提供便捷有效的客戶服務；同時可以大大降低路段管理單位的人力成本。
示範應用，加速落地
目前，招商局華軟智慧收費雲平臺已在招商局公路桂林公司及周邊路段應用，運行效果良好，基本滿足了日常收費、監控、稽查分析、運維等需求，大大提高了路段的運輸和管理效率。佛山壹環路西龍收費站北行出口收費廣場已開辟無人駕駛機器人示範車道。哈大高速所有車道的車道機器人也已安裝並投入使用。
在車道收費的實際應用中，95%的收費業務可以由車道機器人的智能邏輯處理能力來完成。對於需要現場處理的不足1%的問題，可以通過步兵作戰工具“綜合服務反饋控制終端”提供服務。
2019 165438+10月13交通運輸部辦公廳印發《全國高速公路視頻聯網監控工作實施方案》和《全國高速公路視頻聯網技術要求》，提出加快建設“可視、可測、可控、可服務”的高速公路運行監控系統，深入研究視頻聯網監控中的人工智能等先進技術。視頻監控在提高運營管理效率和公共服務能力方面發揮了積極作用。隨著海量視頻數據的不斷積累，如何實現智能監控的實時檢測、動態監控、智能控制、及時服務和準確預測，成為當前技術領域的重要挑戰。山西交通職業技術學院張海亮博士以山西高速公路視頻聯網建設為背景，分享了AI技術在高速公路視頻雲聯網中的應用。
深入學習，展現才華。
從架構上看，高速公路視頻聯網采用雲、邊、端三層架構。其中，邊緣智能分析系統采用新壹代視頻交通事件智能監控系統，具有隨時接入、實時分析、實時報警、準確率高的特點。隨著數據的不斷積累，系統運行時間越長，識別算法越智能，檢測準確率越高。基於深度學習技術，系統可以實現以下功能。
交通事件和交通流量檢測:通過使用基於深度學習技術的多目標檢測和目標跟蹤算法，接入高速視頻雲聯網的視頻數據，邊緣智能分析系統可以實現道路擁堵、交通事故、車輛逆行、違法停車、行人闖入、拋擲物體、變道、施工、煙花、大霧、緊急占道等交通事件，以及交通流量、交通參數等交通狀況分析。車輛結構分析:通過智能算法，提取車輛特征數據，實現車輛結構分析，應用於車輛判斷、違法處罰、逃費檢測、收費稽查等業務。視頻畫質診斷:通過圖像識別算法，視頻畫質診斷分析，巡視評估外場設備狀態，及時發現設備問題，快速響應。
數據分析和高效管理
省雲平臺通過“AI+大數據”技術，整合路段視頻數據和邊緣智能分析系統海量感知數據，通過海量數據模型訓練和深度學習進行數據計算、數據分析、數據挖掘和綜合判斷，實現智能監管、交通態勢分析、預測預警、應急處置等智能監控應用。同時通過數據門戶向外部系統和應用提供數據目錄、API、數據應用和可視化展示。
高速公路視頻聯網後的大數據分析，不僅可以實現行業運營情況的實時監測、預測和預警，為行業運營管理決策提供科學依據，還可以為功能和業務流程監管、分散域管理和可視化業務展示提供數據支持，從而提高運營管理效率。在邏輯架構上，基於AI的省級智能預警平臺和省級視頻雲平臺部署在省級中心。基於前端信息采集終端設備、道路視頻上傳和視頻大數據智能分析應用平臺，實現雲聯視頻數據的融合應用。
山西試點取得顯著成效。
近年來，山西高速公路壹直積極開展高速公路智能運行監控研究，特別是在高速公路視頻聯網智能分析系統和平臺方面做了大量基礎工作。基於人工智能的智能平臺在具體的實際應用中取得了理想的效果。系統平臺建設以最先進的高性能GPU集群為物理載體，首創分布式深度學習算法和多任務神經網絡模型，大大提高了系統的精度和並行效率，使系統極為先進，具體體現在以下四個方面。
(1)見多識廣，通過對海量訓練樣本的深度學習，並且隨著系統部署和應用的增加，系統的準確率越來越高。(2)平臺先進。系統采用基於數據流的大數據計算引擎劉釔彤，使用神經網絡分布式訓練平臺，提高了收斂速度，縮短了訓練時間，提高了模型叠代效率。(3)算法先進，開發了多種算法，可以實現對交通事件和車輛信息的準確識別。(4)不斷進化。在具體的系統應用過程中，人工確認系統檢測結果後，不斷增加正負樣本，從而實現不斷學習和不斷進化。
福建省高速公路信息技術有限公司高級工程師黃來榮分享了基於人工智能和物聯網的福建省聯網收費運營監控系統方案。省界收費站撤銷後，ETC收費顯示系統得到優化，福建省聯網收費系統整體運行平穩。聯網計費高度依賴運行監控，主要體現在在線計費、狀態列表同步、全網最低費用分配、門戶計費模塊升級等方面。存在點多面廣、監測內容多、設備類型復雜、運行監測要求高等困難。因此，需要有壹套系統化的工具來快速診斷車道、龍門架、後端系統的問題，提高系統運維的效率和準確性。福建高速公路整合了原有的收費運維管理系統、ETC車道運行監控系統、ETC龍門運行監控系統，並已成功上線福建高速公路聯網收費運行監控系統，確保了各級聯網收費系統的正常運行。
目標明確，功能齊全
省級聯網收費運營監控系統建設主要圍繞以下四個目標:提高ETC客戶服務水平；保障單位間、多省間交易，實現“分段收費、統壹出口收費”；促進廠家提高產品質量和售後服務水平；提高日常機電維護水平。
建設內容包括:車道系統運行監控，包括車道設備監控、車道工控機監控、車道數據監控和車道交易監控；龍門架系統運行監控，包括ETC龍門架設備監控、龍門架主機監控、龍門架數據監控、車道交易監控；後端系統運行監控，包括後端設備監控、後端主機監控、後端應用監控和後端數據監控；系統報警，包括分類報警、嚴重報警提示和報警推送；運行監控工具，包括系統升級檢查工具、參數分布檢查工具和故障診斷檢查工具。
智能分析，科學預警
該系統使用基於機器學習的NumPy、Pandas和scikits-learn等組件，可以通過決策樹回歸算法分析失敗原因。K-means聚類算法用於發現異常值，分析和預測龍門架或車道的健康狀態；為了用樸素貝葉斯算法預測設備故障，需要提前對設備進行維護，以便進行後續的智能分析。
1.廠商主題分析對設備廠商進行分類，並對交易成功率、捕獲率、異常數量等數據進行統計，從而促進設備廠商提供優質產品，提高售後服務水平。2.用戶主題分析(1)同行媒體狀態:提示OBU電量低、鎖定、損壞或即將超出有效預期。(2)充值提醒:當儲值卡低於用戶常規形成壹定比例時，會進行充值提醒。(3)新狀態列表提醒:當用戶被列入狀態列表時提醒用戶。(4)編隊規律與用戶服務相結合:根據用戶的編隊規律，提供沿途路況和服務(如服務區)信息。(5)持續異常提醒:當車道和龍門架上的OBU異常交易達到壹定閾值時，會提醒用戶並召回檢查。3、故障預測預警(1)車道系統故障預測:通行效率下降，異常交易比例上升，可能預示著車道系統故障；車道車牌識別率下降可能說明車牌識別失敗或者需要維護優化。(2)龍門架系統故障預警:龍門架異常交易比例上升，捕獲率下降，通常提示龍門架系統故障；某條車道的RSU或車牌識別抓拍率下降，通常說明設備出現故障或需要及時維修。(3)設備與環境關聯預警:通過聚類分析或相關因子分析，識別設備與環境的規律性關系，如功率跳變與雷雨天氣的關系、車牌識別率與天氣的關系等。
隧道存在空間封閉、事故頻發、處置困難、防控薄弱等痛點。迫切需要在現有技術的基礎上開發新的隧道風險防控技術和設備。在“新基礎設施”的東風下，壹套支持動態巡航、兼顧高精度和實時性的智能交巡警系統平臺應運而生。重慶交通大學馬副教授在會上介紹了該平臺，可實現滲水檢測、裂縫檢測、隧道環境檢測。實現交通事故巡邏檢查，實時檢測、分析和處理交通運行狀態、重要交通基礎設施、交通量、速度等交通參數。檢測準確率大於80%。
集成創新，提質升級
隧道雲智能巡檢機器人作為平臺的前端設備，融合人工智能、5G、虛擬現實、工業物聯網技術，依托高端科技手段，提升隧道智能化管理水平，積極響應國家“新基礎設施”政策。
隧道雲智能巡檢機器人采用邊緣人工智能技術。與傳統的基於雲計算的方法相比，該技術具有低延遲、高能效、隱私保護、減少帶寬占用、實時性和高環境敏感性等優勢，使得隧道巡檢機器人的感知更加敏捷，風險識別和應急決策更加智能。5G具有大帶寬、低時延的傳輸能力。該平臺建立基於邊緣設備的區域性大容量5G傳輸網絡，集成紅外熱像儀、激光/毫米波雷達、高清全景攝像機等多種前沿技術，探索5G網絡在公路隧道中的應用示範。
智能檢測，安全高效
雲智能巡檢機器人助力“新基礎設施”和“交通動力”加速，實現道路、橋梁、隧道的全天候、無人值守智能巡檢，最大限度保障隧道安全。與傳統的人工檢查相比，它具有以下優點:
(1)通過雲端智能機器人將照明、通風、消防等機電系統聯網為壹體，實現自適應聯合控制；(2)機器人配備激光雷達、熱像儀等傳感器，動態感知裂縫、滲漏等災害；(3)機器人能第壹時間到達現場，進行實時遠程交通監控、應急救援和疏散指揮。
2020年的壹場突發疫情，對“新基礎設施”提出了非常迫切的要求。對疫情的遠程、非接觸、智能化應對，激發了新的市場需求，也迫使傳統行業加快數字化轉型步伐，因此智能交通的建設成為城市發展的現實需要。作為“新基礎設施”的主要內容，以人工智能為代表的“雲和大物傳智慧”等新技術的深度融合和碰撞，形成了新壹代信息基礎設施的核心能力。交通AI是大勢所趨。除了本文描述的內容，AI還在城市公共交通、自動駕駛等領域發揮了重要作用。在智能高速領域，AI在雲端、管理端、邊緣端全面賦能，為充電、審計監控、駛入高速、上橋進隧道等應用場景帶來全新升級，無處不在。科技的叠代速度驚人，5G的浪潮正在迅速到來。流量的爆發將帶動數據處理和分析能力的發展，人工智能也將迎來新的機遇和挑戰。隨著新壹代信息技術的快速發展，所有的道路都將被賦予強大的顛覆力量，通向壹個無邊無界的智能未來。
(原文發表於《中國交通信息化》第3期，2021)。