智能交通新兴计算与感知研究课题组

Research Team for Smart Transport Emerging computing and Perception

项目组经过多年产学研联合攻关，在路面损伤演化机理、路面多维高频检测、智能养护分析决策等瓶颈问题上取得突破，建立了路面多维高频养护大数据智能分析技术体系，深入剖析了多类路面病害的演化机理，解析了复杂车路振动的耦合机理，实现了多类路面损伤的图像表征。在理论研究的基础上，自主研发了轻量化高频巡检装备实现路面平整度、病害、损伤发育等多维度养护关键指标准确快速感知。搭建了云边融合的运维管理系统，建立时空完备的路面损伤信息库，精准定位病害的产生位置，追溯不同病害在时间序列下的发育状态，构成“路面损伤演化机理-多维高频检测装备-智能养护运维系统”的闭环体系。该成果在上海这一超大城市形成了规模化应用，并在全国十余省市超过10000公里各等级公路上得到推广，同时也在港珠澳大桥、雄安新区等重大工程得到应用。有效地推动道路设施智能养护装备及管理系统的技术进步，取得了巨大的社会经济效益。获得国际专利PCT5项，国家发明专利8项，发表高水平学术论文10余篇，获得2019年上海市科技进步一等奖、2019年中国产学研合作创新与促进奖、2017年中国公路学会科学技术一等奖、第22届中国国际工业博览会(工博会)创新引领奖、同济大学2020年度十大最具转化潜力科技成果、中国发明协会发明创业奖·创新奖金奖等成绩。

基于海量多源异构的交通动态数据，建立了基于大数据分析技术的城市路网交通运行态势智能分析与预测系统，构建了快速路交通拥堵成因库，提出了数据驱动的快速路匝道控制与诱导协同方法，形成了“交通态势感知-拥堵成因分析-应用工程选址-管控方案制定-管控效果评估”一体化体系，实现了全网络全时段交通系统运行态势分析、大数据视角下城市路网交通运行规律再认知及多种协同控制方式综合应用和联动优化。系统在上海快速路进行应用示范，在示范区域实现通行能力提升17%，拥堵时长下降25%，拥堵时段用户行程时间降低15%，取得明显的社会及经济效益。

基于海量的公交客流数据、车辆运行数据及互联网数据，采用数据挖掘和系统优化方法，在公交客流OD估计、多模式公交服务模式设计、现代有轨电车时刻表优化、主动信号优先、应急公交接驳调度等方向取得创新性成果，集成构建了智慧公交大数据应用系统，支持公交运行实时监测、网络公交舆情分析、公交客流时空规律解析、公交可达性分析、公交线网及时刻表优化、公交信号优先等功能。研究成果在上海西藏路基于车联网技术的公交优先系统、上海松江区现代有轨电车、太原公交发展规划等项目中得到推广应用，获得国家发明专利2项，发表国际检索论文20余篇，有效提升公交智能化和自动化水平。相关研究成果“基于全息感知的智慧公交车路协同管控关键技术及应用”荣获2020年度中国公路学会科学技术二等奖。

面向智能网联汽车，基于停车场设施端多源传感数据（视频、雷达、超宽带定位系统等），采用大数据、云计算和人工智能分析技术，建立了停车场车辆运行精准感知与数字孪生系统，在车辆精准定位、障碍物识别、行人轨迹预测、协同计算、动态系统运行重构与展现、智能体仿真等方面取得创新性成果，实现了大规模车辆资源预约分配、路径规划与运行组织、主动安全与预测性控制等功能，有效提升了停车场运行效率与安全。研究成果配合成功路测发布了国内首个“智能代客泊车”项目，引起社会各界的高度关注和积极反响，已申请国际专利PCT2项，获国家发明专利4项，发表高水平学术论文10余篇。目前，项目组与上海国际汽车城、上汽集团、中国移动、地平线等精英企业合作，开展面向“最后一公里”车路协同环境下自动代客泊车技术与模式研究及示范。

参与科委重点项目《园区运营保障体系及关键技术应用》子课题《智能化大客流交通管理与应用示范》的研究。该课题通过对上海国际旅游度假区客流智能采集、处理和服务关键技术研究，实现对度假区客流管理和服务的技术支撑，逐步形成完整的客流信息服务技术体系和服务新模式，为游客提高旅行体验、政府科学管理决策、社会效率提升发挥积极作用。研究建立了市域全程客流管理系统、度假区客流精细化管理系统、信息服务系统技术方案和客流分析模拟仿真系统。

论文以数据驱动为手段，制定符合校园特色的保证内部用户停车需求且最大化停车场运转效率的精细化校园停车管理方案，并以同济大学四平路校区为进行了案例分析，证明了本文所提出方案的有效性和可行性。

本技术利用无线探针进行城市干道行程时间、区间车速等信息的检测，通过嗅探来往车辆或人员携带的移动终端发出的蓝牙信号或Wi-Fi信号实现感知，具有系统建设成本低、安装方便、检测准确率高等特点。目前该技术已在上海市南北高架以及江苏省泰州市的东环高架和永定快速路进行了实地验证，实验结果充分证明了该技术的可行性。

智能护栏系统采用分布式传感器实时监测防护栏的振动情况，能对异常数据迅速做出反应，实现准确定位碰撞点、分级碰撞烈度等功能，实现快速报警；基于WI-FI的行人检测技术能实现对人流量的估测和流向判别，是一种低成本、易操作、便于推广的检测技术。

ETC数据是高速公路收费系统产生的一种较为可靠的数据，充分挖掘其中有价值的信息对于改善高速公路网路管理能力及服务水平具有重要的现实意义。本成果以4-6个收费站为一个区间，提出上匝道不发生拥堵及交织段为主线的衔接段两个假设，以路径中各个路段上产生的延误总和等于该路径产生的延误为基本思想，联立方程组，采用非负最小二乘法求解各路段产生的延误，估计路段的交通态势。此外，本成果以上海市高速公路网中G50和G60路段5月1日至5月31日的收费数据为基础，对本算法进行了科学验证和应用。与传统拥堵识别算法相比，本成果将匝道作为单独的路段进行计算，可分别估计主段和匝道的运行态势。

由同济大学与河南万里交通科技集团股份有限公司联合研发，可对路面厚度和道路内部隐性病害进行快速无损检测。检测装备集成有多通道阵列式天线，获取路面全车道全厚度病害状况；辅以高精度惯导GPS，对病害位置毫米级定位；同时，检测车内配置一体式工作台、高性能计算机和大型显示器，支持多通道采集的路面检测数据实时显示。本系统的技术优势在于：1）无损检测：依靠新型无损检测方式，无需取芯取样，不破坏路面；2）作业高效：车载设备可支持连续作业，单幅检测效率达50~80km/h；3）数据精确：定制开发专业软件，基于深度神经网络和领域知识，实现探地雷达信号数据的智能化分析处理，以及路内隐性病害检测。本系统适用于路面厚度验收检测、市政道路空洞塌陷普查预警和道路深层隐性病害快速无损检测等场景应用，可精准了解道路结构内部脱空、裂缝及不均匀沉降等深层病害，为病害处治设计提供依据。

车载激光雷达（LiDAR）全息交通环境快速感知系统，集成了激光扫描仪、全景数码相机、多频GPS/GLONESS接收器、惯性测量单元（IMU）等传感仪器，可实现道路环境三维模型重构和全路幅路面病害三维特征提取。系统测量单元的最大测程为420m，测距精度为±5mm，视角场为360°，扫描频率为75Hz。本系统的技术优势在于：1）快速高效：通过高速激光扫描测量结合全景影像的方法，可大面积、高分辨率地快速获取道路环境三维点云数据；2）分析智能：基于神经网络智能分析算法，实现海量点云数据的处理，实现关键要素提取和三维特征计算；3）全路幅覆盖：设备可支持全角度激光扫描，单次采集即可获取双向车道完整数据，支持大尺度病害检测。本系统可以精确、快速获取周边环境、道路交通设施、路基路面等地物的三维特征信息，适用于道路环境三维空间信息的精确重构和管理，是道路环境数字化感知的有效补充。

面向智能网联汽车，基于设施端多源传感数据（视频、毫米波雷达、激光雷达等），采用5G通讯、大数据、云计算和人工智能分析技术，建立了车辆运行精准感知与数字孪生系统，在车辆精准定位、障碍物识别、轨迹预测、协同计算、动态系统运行重构与展现、智能体仿真等方面取得创新性成果，实现了大规模车辆资源预约分配、路径规划与运行组织、主动安全与预测性控制等功能，有效提升了复杂混行场景下的运行效率与安全。研究成果已申请国际专利PCT2项，获国家发明专利4项，发表高水平学术论文10余篇。依托上海国际航运中心洋山深水港，建成路侧交通全息感知、车路协同通信网络及平行虚拟系统应用示范，支持洋山港-东海大桥-深水港物流园区自动驾驶集卡车路协同系统的规模化建设及应用。