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作者：高穎（中咨泰克交通工程集團(tuán)有限公司）

摘要：城市信息模型（City Information Modeling，簡稱CIM）平臺(tái)作為智慧城市的數(shù)據(jù)庫，是BIM、GIS、IoT的融合，既可以存儲(chǔ)城市規(guī)模的海量信息，又可以作為云平臺(tái)提供協(xié)同工作與數(shù)據(jù)調(diào)閱功能，與物聯(lián)網(wǎng)IoT、大數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算等技術(shù)結(jié)合，還能提供滿足城市發(fā)展需求的集成性管理系統(tǒng)。本文對(duì)如何構(gòu)建基于CIM的智慧交通與智慧道路感知體系進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

2020年全國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)工作會(huì)議部署加快構(gòu)建部、省、市三級(jí)CIM平臺(tái)建設(shè)框架體系為重點(diǎn)工作任務(wù)。CIM平臺(tái)的開發(fā)為BIM、GIS、IoT 的融合發(fā)展，GIS是所有數(shù)據(jù)的承載、城市信息的底板，作為所有數(shù)據(jù)融合的功能性平臺(tái)，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)，還會(huì)加入新的內(nèi)涵；BIM數(shù)據(jù)，就是在城市信息的底板即GIS信息模型上加上城市單體、城市細(xì)胞的數(shù)據(jù)，例如建筑物、構(gòu)筑物、管網(wǎng)、室內(nèi)室外、道路交通等；還有一部分IoT，為CIM平臺(tái)帶來實(shí)時(shí)呈現(xiàn)，呈現(xiàn)客觀世界所有的實(shí)時(shí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)“數(shù)字孿生”。下文詳細(xì)介紹了如何構(gòu)建基于CIM的智慧交通與智慧道路感知體系。

一

基于CIM的智慧交通感知

體系

（一）交通運(yùn)行全息感知系統(tǒng)

在集成RFID、感應(yīng)線圈、微波、視頻監(jiān)測(cè)、浮動(dòng)車GPS等多源交通運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分析與處理，結(jié)合交通運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，形成反映城市道路交通運(yùn)行情況的綜合數(shù)據(jù)，以滿足常態(tài)下監(jiān)測(cè)監(jiān)管、應(yīng)急狀態(tài)下協(xié)同處置指揮調(diào)度需要的“可視化、集成化、智能化、先進(jìn)化”的交通管理系統(tǒng)。

1、“一張圖”管理

根據(jù)統(tǒng)一的地理信息數(shù)據(jù)編碼規(guī)范，整合現(xiàn)有交通GIS、交通 BIM數(shù)據(jù)以及前端設(shè)備采集數(shù)據(jù)，通過建立標(biāo)志標(biāo)線、設(shè)備點(diǎn)位、航拍影像等專題圖層，接入交通運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)交通“全路段一張圖”，包括設(shè)備空間位置、路網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)等信息集成管理和展示，提升交通運(yùn)行監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性。

2、交通流量分析

利用道路交通運(yùn)行監(jiān)控成果，分周、分月、分季度、分年定期發(fā)布交通流量監(jiān)測(cè)專項(xiàng)報(bào)告以及專項(xiàng)監(jiān)測(cè)報(bào)告，為政府部門實(shí)時(shí)掌握交通運(yùn)輸行業(yè)的運(yùn)行態(tài)勢(shì)提供一目了然的檢測(cè)工具。

3、交通延誤分析

基于浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)及微波檢測(cè)器所采集的交通流數(shù)據(jù)，以路段速度空間分布曲線為基礎(chǔ)，確定交通流不同狀態(tài)下的道路交通延誤計(jì)算方法，建立道路單位里程平均延誤評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)道路交通服務(wù)水平分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)延誤進(jìn)行等級(jí)劃分，確定擁堵狀態(tài)下的延誤等級(jí)，對(duì)路網(wǎng)總體延誤程度、延誤時(shí)間分布及路段分布進(jìn)行綜合評(píng)估分析，為研究路網(wǎng)中擁堵路段的分布提供依據(jù)。

4、交通環(huán)境監(jiān)測(cè)

通過路測(cè)各類傳感器自動(dòng)監(jiān)測(cè)城市道路運(yùn)行周邊環(huán)境，包括溫度、濕度、降雨量、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)，以及道路行車能見度、噪音污染、危險(xiǎn)源（如滑坡等地質(zhì)災(zāi)害）等，智能啟動(dòng)相應(yīng)的安全預(yù)警及誘導(dǎo)功能，保障行駛車輛的安全順利通行，提升城市道路運(yùn)行監(jiān)測(cè)、管理的效率和能力。

（二）交通運(yùn)行綜合管理系統(tǒng)

基于路網(wǎng)運(yùn)行的全面感知能力，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、視頻分析挖掘等技術(shù)進(jìn)行信息互聯(lián)、智能學(xué)習(xí)和深度挖掘，實(shí)現(xiàn)人、車、路的一體化運(yùn)行監(jiān)測(cè)，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)交通運(yùn)行異常，實(shí)現(xiàn)車路系統(tǒng)、區(qū)域路網(wǎng)協(xié)同管理，提高道路交通管理能力和服務(wù)水平。

1、道路流量預(yù)測(cè)

以海量的歷史交通流數(shù)據(jù)以及流量密度計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，采用非參數(shù)回歸方式對(duì)交通流量進(jìn)行預(yù)測(cè)，及時(shí)、有效的預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的道路交通流量情況。通過不間斷地進(jìn)行短時(shí)交通流預(yù)測(cè)循環(huán)計(jì)算，為車輛路徑誘導(dǎo)提供數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)道路交通的有效監(jiān)控與管理。

2、交叉口信號(hào)智能控制

以“大數(shù)據(jù)+交通仿真+信號(hào)配時(shí)”為手段深度挖掘路口信號(hào)配時(shí)，建立交通信號(hào)優(yōu)化控制功能，包含信控路口基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檔案構(gòu)建、宏微觀模型構(gòu)建、精準(zhǔn)化信號(hào)配時(shí)、信號(hào)方案模擬、輔助交通組織設(shè)計(jì)、效果跟蹤與評(píng)價(jià)等多項(xiàng)子模塊，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)自適應(yīng)控制、干線與區(qū)域協(xié)調(diào)控制、公交優(yōu)先控制等。

3、應(yīng)急事件預(yù)警

依托前端設(shè)備采集數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)等大數(shù)據(jù)資源，針對(duì)可能影響交通正常運(yùn)行的自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生事件、社會(huì)安全事件、重大活動(dòng)等突發(fā)事件，以及交通高峰時(shí)段、交通沖突多發(fā)點(diǎn)段，提供預(yù)警告警支持?；跉v史典型案例的演變鏈、事件鏈中提煉重大事件的風(fēng)控模型，為監(jiān)測(cè)預(yù)警提供可靠的閾值與依據(jù)，自動(dòng)監(jiān)控各類焦點(diǎn)事件的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，進(jìn)行自動(dòng)預(yù)警告警，全面提升交通管控和決策水平，實(shí)現(xiàn)道路高效有序運(yùn)行。

4、車輛軌跡追蹤與分析

利用電子卡口，構(gòu)建閉環(huán)管控圈，進(jìn)行車輛軌跡可視化展示，實(shí)現(xiàn)一是警衛(wèi)任務(wù)過程中全程自動(dòng)視頻監(jiān)控任務(wù)，二是對(duì)違法車輛軌跡的追蹤。交通管理部門在查處肇事逃逸車輛時(shí)，在海量的城市道路交通流數(shù)據(jù)中，可根據(jù)用戶的輸入?yún)?shù)，如時(shí)間范圍、車牌號(hào)、車輛特征等請(qǐng)求參數(shù)，在存儲(chǔ)有海量歷史交通流數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)行快速分析處理，為車輛行為特征分析提供數(shù)據(jù)支持，從而挖掘分析出某個(gè)或某些車輛的行駛軌跡。

（三）交通建設(shè)輔助分析系統(tǒng)

利用卡口電警、視頻監(jiān)測(cè)、信號(hào)燈、GIS-T交通地理信息、浮動(dòng)車、RFID、BIM模型等數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算路網(wǎng)交通容量，掌握市民出行需求，動(dòng)態(tài)感知路網(wǎng)交通狀況，把握城市交通運(yùn)行“生命指標(biāo)”，并以三維可視化方式對(duì)交通需求、運(yùn)行狀態(tài)及擁堵成因直觀、動(dòng)態(tài)展示，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)行主動(dòng)預(yù)測(cè)、自動(dòng)處置及快速響應(yīng)，全面提升以人為本的智慧交通決策水平。

1、交通需求分析

基于RFID、電子卡口等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，對(duì)每天車輛群體出行的需求、群體出行趨勢(shì)情況進(jìn)行分析，包括出行OD、出行時(shí)間、出行方式、出行路徑等信息，從而對(duì)交通需求總量、出行時(shí)空分析進(jìn)行科學(xué)把握，促進(jìn)需求在時(shí)間、空間上的均勻化，緩解交通擁堵。

2、實(shí)時(shí)在線仿真

基于大數(shù)據(jù)融合挖掘和實(shí)時(shí)在線交通仿真技術(shù)，掌握現(xiàn)狀交通運(yùn)行狀況，并對(duì)未來1小時(shí)的交通運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)，提前知悉道路交通變化趨勢(shì)，可實(shí)時(shí)識(shí)別與預(yù)測(cè)擁堵路段，實(shí)時(shí)推送擁堵預(yù)警信息，從根源上分析擁堵機(jī)理成因并區(qū)分擁堵程度，為快速、高效的擁堵治理提供支持。可建立包含車速、擁堵時(shí)長、擁堵里程等分項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)估體系，評(píng)估擁堵點(diǎn)的治理效果，對(duì)交通擁堵治理進(jìn)行全過程量化跟蹤。

3、交通擁堵分析

基于既有的交通運(yùn)行全息感知系統(tǒng)，采用科學(xué)交通分析評(píng)估技術(shù)，實(shí)現(xiàn)堵點(diǎn)自動(dòng)甄別，堵點(diǎn)變化特征分析；擁堵路段及交叉口擁堵成因自動(dòng)提取，如容量問題、需求問題、信號(hào)控制問題等所造成的問題，輔助道路交通擁堵方案研究與制定。

二

基于 CIM 的智慧道路感知

體系

城市道路是城市總體規(guī)劃的路網(wǎng)主要組成部分，它關(guān)系到整個(gè)城市的有機(jī)活動(dòng)。其在建設(shè)過程中因施工材料和施工工藝等因素可存在質(zhì)量上的安全問題，在運(yùn)營管理過程中因功能應(yīng)用和維護(hù)不及時(shí)也可存在質(zhì)量隱患和能源浪費(fèi)的使用問題，所以保證城市建設(shè)管理過程中道路健康運(yùn)行和功能應(yīng)用到位是建設(shè)管理的核心內(nèi)容，也是城市道路實(shí)現(xiàn)其功能的主要目的，更是建設(shè)管理過程中最大的挑戰(zhàn)。因此城市道路建設(shè)管理過程中所面臨的問題分為道路通行健康和道路功能應(yīng)用。對(duì)影響道路通行健康干擾源的識(shí)別和修正較為依賴傳統(tǒng)的人工甄別和人為巡視，其往往缺乏對(duì)道路運(yùn)行狀態(tài)的信息反饋，病害的預(yù)見性和實(shí)時(shí)性。對(duì)功能應(yīng)用到位的實(shí)時(shí)感知未做到合理把控，致使道路資源未實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能性。在城市道路建設(shè)管理過程中，對(duì)于通行健康和功能應(yīng)用應(yīng)更趨于實(shí)時(shí)性、預(yù)見性、全面性和智能性，以達(dá)到滿足城市道路的實(shí)際感知需求，最終實(shí)現(xiàn)城市道路的安全、高效、智慧運(yùn)轉(zhuǎn)。城市道路建設(shè)管理所面臨的問題和潛伏風(fēng)險(xiǎn)如下表所示。

通過部署相應(yīng)傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)道路結(jié)構(gòu)缺陷問題早發(fā)現(xiàn)早治理，并實(shí)時(shí)采集分析結(jié)構(gòu)缺陷數(shù)據(jù)最終從源頭治理公路各種健康問題。

基于CIM的智慧道路感知體系總體功能如下圖所示。

基于CIM的智慧道路感知體系總體功能圖

（一）下沉、塌陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

通過CIM平臺(tái)中存儲(chǔ)的道路下方水文、土質(zhì)、管網(wǎng)、周邊施工等相關(guān)數(shù)據(jù)綜合分析，結(jié)合路面塌陷歷史數(shù)據(jù)，判定高邊坡位移、高填方沉降、路面塌陷等高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

（1）下沉監(jiān)測(cè)。在系統(tǒng)中根據(jù)綜合數(shù)據(jù)分析判別高邊坡位移、高填方沉降及路面下沉幅度，并將超出預(yù)設(shè)閾值的下沉部位根據(jù)位置、時(shí)間、下沉幅度等信息列表顯示。

（2）風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)。根據(jù)系統(tǒng)中綜合數(shù)據(jù)，判定高邊坡位移、高填方沉降及路面下沉、塌陷高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，并將識(shí)別出的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域按照位置、時(shí)間等信息列表顯示。

（3）綜合展示。在CIM平臺(tái)中按照下沉實(shí)際位置顯示風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)記，點(diǎn)擊標(biāo)記可查詢所選位置的詳細(xì)數(shù)據(jù)?？砂凑障鲁翑?shù)值或下沉速率，根據(jù)設(shè)定的顏色顯示全市高邊坡位移、高填方沉降及道路下沉概況。

（4）塌陷預(yù)警。當(dāng)塌陷高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域發(fā)生如管網(wǎng)漏水、地下施工、超重車輛碾壓等高風(fēng)險(xiǎn)事件時(shí)，在CIM平臺(tái)中以紅色警告標(biāo)識(shí)高亮顯示，并顯示簡要警告信息。

（5）下沉回溯。對(duì)監(jiān)測(cè)到的高邊坡位移、高填方沉降及路面下沉，可按時(shí)間排序查看選定部位的下沉變化全過程，同時(shí)顯示下沉速率曲線。

（二）超重碾壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

接入道路稱重傳感器數(shù)據(jù)，結(jié)合道路設(shè)計(jì)荷載數(shù)據(jù)、路面病害數(shù)據(jù)、養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)，分析判定病害高風(fēng)險(xiǎn)路段，并在CIM平臺(tái)中綜合展示，同時(shí)將預(yù)警信息共享至相關(guān)管理、養(yǎng)護(hù)部門。

（1）超重監(jiān)測(cè)。在系統(tǒng)中根據(jù)道路名稱和傳感器位置列表顯示不同道路的稱重傳感器數(shù)據(jù)。根據(jù)道路設(shè)計(jì)參數(shù)和養(yǎng)護(hù)部門的當(dāng)前承載能力參數(shù)判斷是否出現(xiàn)了超重碾壓狀況。

（2）綜合展示。在CIM平臺(tái)中按照超重碾壓發(fā)生的實(shí)際道路位置顯示超重標(biāo)記，點(diǎn)擊標(biāo)記可查詢所選位置的詳細(xì)數(shù)據(jù)。

（三）路面病害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

接入智慧燈桿高清攝像頭影像、交通高清攝像頭影像，通過后臺(tái)基于大數(shù)據(jù)的AI圖像識(shí)別分析算法，自動(dòng)識(shí)別城市道路裂縫、碎裂、坑槽、沉陷等路面病害，對(duì)嚴(yán)重病害實(shí)時(shí)預(yù)警。

通過攝像頭布設(shè)位置坐標(biāo)及城市道路CIM模型，判定道路病害位置，并在CIM平臺(tái)中綜合展示，同時(shí)將病害信息共享至相關(guān)管理、養(yǎng)護(hù)部門。通過對(duì)路面病害的全程影像記錄實(shí)現(xiàn)路面病害發(fā)展過程的分析，為病害防治及養(yǎng)護(hù)策略優(yōu)化提供依據(jù)病害監(jiān)測(cè)在系統(tǒng)中根據(jù)影像分析判別病害，并將識(shí)別出的道路病害類型、位置、時(shí)間、圖像等信息列表顯示。

（1）病害展示。在CIM平臺(tái)中按照病害實(shí)際位置顯示病害標(biāo)記，根據(jù)病害類型不同顯示不同顏色的標(biāo)記，點(diǎn)擊標(biāo)記可查詢所選病害的詳細(xì)信息。在CIM平臺(tái)中可按照病害類型、病害位置、病害嚴(yán)重程度等關(guān)鍵詞進(jìn)行模糊查詢。

（2）病害預(yù)警。根據(jù)設(shè)定的病害嚴(yán)重程度閾值對(duì)監(jiān)測(cè)到的病害進(jìn)行研判，對(duì)達(dá)到預(yù)警值的病害，在CIM平臺(tái)中以紅色警告標(biāo)識(shí)高亮顯示，并顯示簡要警告信息。

（3）病害記錄。對(duì)監(jiān)測(cè)到的每一條病害記錄從發(fā)生到修復(fù)按照時(shí)間軸存檔，可按關(guān)鍵字查找病害記錄，并按時(shí)間排序查看病害發(fā)展全過程。

（4）AI病害識(shí)別引擎。基于人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過大量不斷地圖像訓(xùn)練，對(duì)路面病害精準(zhǔn)識(shí)別。利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)及精準(zhǔn)的算法迭代模型，不斷提高準(zhǔn)確性。

（四）道路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

接入養(yǎng)護(hù)部門道路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)，包括道路養(yǎng)護(hù)時(shí)間、養(yǎng)護(hù)措施、養(yǎng)護(hù)路段范圍、道路鋪設(shè)材料、道路病害情況等，并在CIM平臺(tái)中綜合展示。

（1）養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。在系統(tǒng)中根據(jù)道路名稱和工程編碼列表顯示不同道路當(dāng)前的養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)列表提供人工查詢、修改、刪除功能。養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)可按照采集時(shí)間回溯查詢。

（2）綜合展示。在CIM平臺(tái)中將養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)自動(dòng)關(guān)聯(lián)至對(duì)應(yīng)的道路模型，點(diǎn)擊道路可查詢所選道路的詳細(xì)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)。

（3）權(quán)限管理。管理平臺(tái)用戶角色。按照不同單位，不同職位，管理系統(tǒng)用戶角色。根據(jù)不同系統(tǒng)角色為用戶分配系統(tǒng)應(yīng)用權(quán)限，保證系統(tǒng)信息安全。

三

結(jié)束語

CIM平臺(tái)建設(shè)可為城市規(guī)劃、工程建設(shè)提供全面準(zhǔn)確的信息，為施工提供有用的基礎(chǔ)資料和數(shù)據(jù)。在一定程度上，運(yùn)用科學(xué)合理的處理予以完善健全城市規(guī)劃體系，充分考慮城市發(fā)展所需的總體規(guī)劃、建設(shè)規(guī)劃和戰(zhàn)略性規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)城市總體規(guī)劃、智慧交通與智慧道路方面的革新。

參考文獻(xiàn)

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（原文刊載于2021年第1期《中國交通信息化》）

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責(zé)任編輯 | 王虹

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