DOI : 10.13439/jki.itsc.2021.01.0122021年第01期（总第252期）I中国交通信息化 113 C H I N A I T S J O U R N A L V o l 252N o 01 2021
高颖
(中咨泰克交通工程集团有限公司，北京100083)
摘要：城市信息模型（C ity Inform ation M o d e lin g，简称C IM)平台作为智慧城市的数据库，是B IM、G IS、丨o T的融合，既可以存储城市规模的海量信息，又可以作为云平台提供协同工作与数据调阅功能，与物联网丨〇丁、大数据挖掘、云计算等技术结合，还能提供满足城市发展需求的集成性管理系统本文对如何构建基于C IM的智慧交通与智慧道路感知体系进行了详细的介绍 关键词：C IM；数字孪生；一张图；全息感知
2020年全国住房和城乡建设工作会议部署加快构建部、省、市三级CIM平台建设框架体系为重点工作任务。CIM平台的开发 为BIM、G1S、l〇T的融合发展，GIS是所有数据的承载、城市信息 的底板，作为所有数据融合的功能性平台，提供基础数据，同时，还会加入新的内涵；BIM数据，就是在城市信息的
底扳即GIS信息 模型上加上城市单体、城市细胞的数据，例如建筑物、构筑物、管 网、室内室外、道路交通等；还有一部分IoT，为CIM平台带来实时 呈现，呈现客观世界所有的实时状态，实现“数字孪生”。下文详 细介绍了如何构建基于C1M的智慧交通与智慧道路感知体系。
一、基于CIM的智慧交通感知体系
在集成RFID、感应线圈、微波、视频监测、浮动车GPS等多 源交通运行监测数据的基础上，通过数据动态分析与处理，结合 交通运行评价指标体系，形成反映城市道路交通运行情况的综合 数据，以满足常态下监测监管、应急状态下协同处置指挥调度需 要的“可视化、集成化、智能化、先进化”的交通管理系统。
1、“一张图”管理
根据统一的地理信息数据编码规范，整合现有交通GIS、交 通BIM数据以及前端设备采集数据，通过建立标志标线、设备点 位、航拍影像等专题图层，接入交通运行实时监测数据，实现交 通“全路段一张图”，包括设备空间位H、路网实时运行状态等 信息集成管理和展示，提升交通运行监测的实时性、准确性。
2、交通流量分析
利用道路交通运行监控成果，分周、分月、分季度、分年定 期发布交通流量监测专项报告以及专项监测报告，为政府部门实 时掌握交通运输行业的运行态势提供一目了然的检测工具。
3、交通延误分析
基于浮动车GPS数据及微波检测器所采集的交通流数据，以 路段速度空间分布曲线为基础，确定交通流不同状态下的道路交 通延误计算方法，建立道路单位里程平均延误评价指标，根据道 路交通服务水平分级标准，对延误进行等级划分，确定拥堵状态 下的延误等级，对路网总体延误程度、延误时间分布及路段分布 进行综合评估分析，为研究路网中拥堵路段的分布提供依据。
4、交通环境监测
通过路测各类传感器自动监测城市道路运行周边环境，包括 温度、湿度、降雨量、风速、风向等气象环境监测，以及道路行 车能见度、噪音污染、危险源（如滑坡等地质灾害）等，智能启 动相应的安全预警及诱导功能，保障行驶车辆的安全顺利通行，提升城市道路运行监测、管理的效率和能力。
(二）交通运行综合管理系统
基于路网运行的全面感知能力，应用大数据、云计算、人工智 能、视频分析挖掘等技术进行信息互联、智能学习和深度挖掘，实现 人、车、路的一体化运行监测，第一时间发现交通运行异常，实现车 路系统、区域路网协同管理，提高道路交通管理能力和服务水平。
1、道路流量预测
以海量的历史交通流数据以及流量密度计算结果为基础，采 用非参数回归方式对交通流量进行预测，及时、有效的预测下一 时刻的道路交通流量情况。通过不问断地进行短时交通流预测循 环计算，为车辆路径诱导提供数据支持，实现道路交通的有效监 控与管理。
2、交叉口信号智能控制
以“大数据+交通仿真+信号配时”为手段深度挖掘路口信号 配时，建立交通信号优化控制功能，包含信控路U基础数据档案 构建、宏微观模型构建、精准化信号配时、信号方案模拟、辅助 交通组织设计、效果跟踪与评价等多项子模块，实现单点自适应 控制、干线与区域协凋控制、公交优先控制等。
技术< TECHNOLOGY
3、应急事件预警
依托前端设备采集数据和互联网等大数据资源，针对可能影 响交通正常运行的自然灾害、事故灾难、公共卫生事件、社会安 全聿件、重大活动等突发事件，以及交通高峰时段、交通冲突多 发点段，提供预警告警支持。基于历史典型案例的演变链、事件 涟中提炼重大事件的风控模型，为监测预警提供可靠的阈偵与依 据，自动监控各类焦点事件的发展状态，进行自动预警告警，全 面提升交通管控和决策水平，实现道路高效有序运行。
4、车辆轨迹追踪与分析
利用电子卡口，构建闭环管控圈，进行车辆轨迹可视化展 示，实现一是警卫任务过程中全程自动视频监控任务，二是对违 法车辆轨迹的追踪。交通管理部门在查处肇事逃逸车辆时，在海 量的城市道路交通流数据中，可根据用户的输入参数，如时间范 围、车牌号、车辆特征等请求参数，在存储有海量历史交通流数 据的数据库中，进行快速分析处理，为车辆行为特征分析提供数 据支持，从而挖掘分析出某个或某些车辆的行驶轨迹。
(三）交通建设辅助分析系统
利用卡U电警、视频监测、信号灯、GIS-T交通地理信息、浮动车、RRD、BIM模型等数据，自动计算路网交通容量，掌握 市民出行需求，动态感知路网交通状况，把握城市交通运行“生 命指标”，并以三维可视化方式对交通需求、运行状态及拥堵成 因直观、动态展示，实现交通运行主动预测、自动处置
及快速响 应，全面提升以人为本的智慧交通决策水平。
1、交通需求分析
调浮标
基于RFID、电子卡口等物联网设备，对每天车辆体出行的 需求、体出行趋势情况进行分析，包括出行0D、出行时间、出行方式、出行路径等信息，从而对交通需求总量、出行时空分 析进行科学把握，促进需求在时间、空间上的均匀化，缓解交通 拥堵。
2、实时在线仿真
基于大数据融合挖掘和实时在线交通仿真技术，掌握现状交 通运行状况，并对未来丨小时的交通运行状态进行短时预测，提前 知悉道路交通变化趋势，可实时识别与预测拥堵路段，实时推送 拥堵预警信息，从根源上分析拥堵机理成因并区分拥堵程度，为快速、高效的拥堵治理提供支持。可建立包含车速、拥堵时长、拥堵里程等分项指标的评估体系，评估拥堵点的治理效果，对交 通拥堵治理进行全过程量化跟踪。
3、交通拥堵分析
基于既有的交通运行全息感知系统，采用科学交通分析评估 技术，实现堵点自动甄別，堵点变化特征分析；拥堵路段及交叉 U拥堵成因自动提取，如容量问题、需求问题、信号控制问题等 所造成的问题，
辅助道路交通拥堵方案研究与制定。
二、基于C I M的智慧道路感知体系
城市道路是城市总体规划的路网主要组成部分，它关系到 整个城市的有机活动。其在建设过程中因施工材料和施工工艺等 因素可存在质量上的安全问题，在运营管理过程中因功能应用和 维护不及时也可存在质量隐患和能源浪费的使用问题，所以保证 城市建设管理过程中道路健康运行和功能应用到位是建设管理的 核心内容.也是城市道路实现其功能的主要目的，更是建设管理 过程中最大的挑战。因此城市道路建设管理过程中所面临的问题 分为道路通行健康和道路功能应用。对影响道路通行健康干扰源 的识别和修正较为依赖传统的人工甄别和人为巡视，其往往缺乏 对道路运行状态的信息反馈，病害的预见性和实时性：对功能应 用到位的实时感知未做到合理把控，致使道路资源未实现其应有 的功能性。在城市道路建设管理过程中，对于通行健康和功能应 用应更趋于实时性、预见性、全面性和智能性，以达到满足城市 道路的实际感知需求，最终实现城市道路的安全、高效、智恝运 转。城市道路建设管理所面临的问题和潜伏风险如下表所示。 城市道路建设管理所面临的问题和潜伏风险表
城市
道路
题
别
问题归属问题引发源问题潜伏风险
在建
设管
理过
程中
面临
的问
题与
风险
通
行
健
康
1、纖原材料
土工与土工合成材料、集
料、路面基层与底基层材
料、水泥与水泥混凝土、沥
青与沥青混合料、路基路面
物理反应、道路表观缺陷
原材料的质董缺陷和缺失会
导致道路建设使及用功能受
阻、造成经济损失及i秀发r.
程事故
通
fr
健
康
2、道路结构
路面沉降度、路面开裂、路
面平整度、路面挠度、路基
岩土位移、道路线形变形、
道路表观、综合结构稳定
度。结构状况实时反馈、破
损程度智能预估
道路结构功能缺陷和缺失会
导致道路使用功能受阻，减
少道路使用寿命，造成经济
损失、交通奉故及引发n程
事故
功
能
应
用
3、道路通行
通行流量监视、通行状态监
视、超限超重智能检测、红
绿灯智能调控、照明智能凋
控、线路拥堵阻塞分流引
导、事故智能处理、标忐标
识完整性、行驶规划
道路通行功能缺陷和缺尖会
导致道路使用功能不完善，
造成能源的严重浪费，通行
效率低下，影响城市经济的
效率
功
能
应
用
4、道路配套
排水设施完整度、边坡位移
稳定性、公路管理房屋完整三维打印
度、绿化设施完整度、供电
设施完整度、设备施运行状
况实时反馈
道路附属设施功能缺陷和功
能缺失会导致道路使用功能
受阻，减少道路使用々命，
造成交通寧故
通过部署相应传感设备实现对道路结构缺陷问题早发现早治 理，并实时采集分析结构缺陷数据最终从源头治理公路各种健康 问题。
基千C[M的智S道路感知体系总体功能如下图所示。
(一）下沉.塌陷监测系统
通过CIM平台中存储的道路下方水文、土质、管网、周边施 工等相关数据综合分析，结合路面塌陷历史数据.判定高边坡位 移、高填方沉降、路面塌陷等高风险区域。
(1 )下沉监测。在系统中根据综合数据分析判别高边坡位
移、高填方沉降及路面下沉幅度，并将超出预设阈值的下沉部位 根据位H 、时间、下沉幅度等信息列表显示。
(2)风险监测。根据系统中综合数据，判定高边坡位移、 高填方沉降及路面下沉、塌陷高风险区域，并将识别出的风险区 域按照位置、时间等信息列表显示。
(3 )综合展示。在CIM 平台中按照下沉实际位置显示风险标 记，点击标记可查询所选位置的详细数据：可按照下沉数值或下 沉速率，根据设定的颜显示全市高边坡位移、高填方沉降及道 路下沉概况。
(4)
塌陷预警。当塌陷高风险区域发生如管网漏水、地下
施工、超重车辆碾压等高风险出件时，在CIM 平台中以红警告 标识高亮显示，并显示简要警告信息。
(5)
下沉回溯。对监测到的高边坡位移、高填方沉降及路
面下沉，可按时间排序查看选定部位的下沉变化全过程，同时显 示下沉速率曲线。
(二）超重碾压监测系统
接入道路称重传感器数据，结合道路设计荷载数据、路面病 害数据、养护数据，分析判定病害高风险路段，并在CIM 平台中 综合展示，同时将预警信息共享至相关管理、养护部门。
(1 )超重监测。在系统中根据道路名称和传感器位置列表 显示不同道路的称重传感器数据根据道路设计参数和养护部门 的当前承载能力参数判断是否出现了超重碾压状况。
(2 )综合展示。在CIM 平台中按照超重碾压发生的实际道路 位置显示超重标记，点击标记可查询所选位置的洋细数据
(三〉路面病害监测系统
接入智慧灯杆高清摄像头影像、交通高清摄像头影像，通过 后台基于大数据的A I 图像识别分析算法，自动识别城市道路裂 缝、碎裂、坑構、沉陷等路面病害，对严重病害实时预警
通过摄像头布设位a 坐标及城市道路CIM 模型，判定道路病 W 位H ，并在CIM 平台中综合展示，同时将病害信息共享至相关 管理、养护部门，通过对路面病害的全程影像记录实现路面病害 发展过程的分析，为病害防治及养护策略优化提供依据病害监测
城市摄像头 影像数据
RFID 舰
雖养护
城投金卡 数据
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2021年第01期（总第252期）丨中国交通信息化
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在系统中根据影像分析判别病害，并将识别出的道路病害类型、 位置、时间、图像等信息列表显示。
(1 )病害展示。在CIM 平台中按照病害实际位置显示病害标 记，根据病害类型不同显示不同颜的标记，点击标记可查询所选 病害的详细信息。在CIM 平台中可按照病害类型、病害位置、病害 严重程度等关键词进行模糊查询。
(2)
病害预警3根据设定的病害严重程度阈值对监测到的
病害进行研判，对达到预警值的病害，在CIM 平台中以红警告 标识高亮显示，并显示简要警告信息:
(3 )病害记录。对监测到的每一条病害记录从发生到修复 按照时间轴存档，可按关键字查病害记录，并按时间排序查看 病害发展全过程。门槛记
(4) AI 病害识别引擎：■基于人工智能和大数据技术，通过 大量不断地图像训练，对路面病害精准识别。利用深度学习技术 及精准的算法迭代模型，不断提高准确性-(四〉道路养护数据监测系统
接入养护部门道路养护数据，包括道路养护时间、养护措 施、养护路段范围、道路铺设材料、道路病害情况等，并在CIM 平台中综合展示。
(1 )养护数据监测。在系统中根据道路名称和工程编码列 表显示不同道路当前的养护数据。数据列表提供人工查询、修 改、删除功能。养护数据可按照采集时间回溯查询。
(2 )综合展示。在CIM 平台中将养护数据自动关联至对应的 道路模型，点击道路可查询所选道路的详细养护数据:，
(3)
权限管理。管理平台用户角。按照不同单位，不同
职位，管理系统用户角。根据不同系统角为用户分配系统应 用权限，保证系统信息安全。
三、结束语
CIM 平台建设可为城市规划、工程建设提供全面准确的信 息，为施工提供有用的基础资料和数据。在一定程度上，运用科 学合理的处理予以完善健全城市规划体系，充分考虑城市发展所 需的总体规划、建设规划和战略性规划，实现城市总体规划、智 慧交通与智慧道路方面的革新。
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⑴砗舲窨能交通中物联网技术的应用：建筑工程技木与设计.2〇i5(53)阐叶剑.智能交通系统架构中物联网技术的应用[儿科技创新与应用.20丨[31包胜.持溟钦.欧阳t 帆.基于域市信息嫫型的新型智慧域市管理平台[J ].域 市戈展研究.11 8. 25( 1 I ): 50 —57
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