一、工程概况
S21线阿勒泰至乌鲁木齐公路是乌鲁木齐市与北疆地区之间的重要通道，起自乌鲁木齐市，止于阿勒泰市，途经乌鲁木齐市、五家渠市、福海县、北屯市，全线总长约395公里，主线长约353.56公里，设计速度为120公里/小时。主线布设互通式立体交叉8处（其中枢纽互通2处，一般互通6处）、分离立交12处、U型转弯3处；全线设置服务区5处、停车区3处、养护工区3处、路段管理中心1处、收费站6处。项目明确强调路网功能与旅游服务的协同，智慧化服务能力成为项目的重要功能定位之一yy易游。
二、存在的主要问题
在传统高速公路建设运营中，尽管引入了不少机电信息化手段，但仍存在差异化明显的问题，需要在全要素感知层面进一步提升：
- 监控体系尚未实现全网全覆盖、全互联、智能化分析，难以支撑路网高效运行与突发事件的快速处置。
- 公众出行信息化服务需求提升，单一、孤立的视频管理难以满足多元化的引导、停车、路况查询等服务需求。
- 传统光缆信息存储能力不足，历史数据难以长期有效保存，不利于线路质量变化趋势分析和运维决策。
- 光缆衰耗与维修工作繁琐，难以快速定位故障点，维护成本高、作业量大、效率低。
- 依赖人工的检测与应急抢险存在安全风险，检测效率亟待提高、智能化装备亟需覆盖。
- 传统无线网络在调度、组网与维护方面存在瓶颈，难以满足大颗粒业务传输需求。
为解决上述问题，需要围绕全要素感知开展专项信息化工程设计，利用视频监测大数据支撑路网状态感知、事件识别与应急响应，结合视频云联网建设，形成视频云监测与管控体系，同时开展云计算与大数据分析，生成实时报表与交通分析基础数据，建立自动预警与智能化抢险支撑体系，提升运行效率与服务水平。
三、总体设计要点
以全要素感知功能为核心，贯穿交通运行大数据源、数据智能分析、云平台综合处理、安全与应急、运行监测、动态单兵监测、高效传输等方面，面向关键节点与路段（互通立交区、服务区、U型转弯、停车区等）部署专门的感知监测系统，覆盖视频监控、交通事件检测、交通量检测、环境信息检测、匝道控制，以及动态信息发布与交通诱导设施，提升感知系统的覆盖深度和实时性。
（一）数据源采集与云联网系统
1. 全程可视化交通数据采集
确保交通数据的可视化与全路覆盖，是智慧感知的基础。结合现有资金与实施条件，通过视频联网监控等手段实现道路全程交通运行数据的采集与共享，形成统一的监控体系与数据可视化能力，能够对每辆经过监控点的车辆进行记录、流量统计并自动生成交通分析报表，提升路网的智能化监控水平与服务能力。
2. 基于云端的视频云联网数据库
按照相关要求，将道路视频数据上传至省级云平台，建立公众服务数据库。省级与部级视频云平台具备用户权限管理、设备管理、视频上云与分发、智能分析、日志审计等功能，并具备跨省共享能力，以支撑全国级别的云数据库建设与服务。
（二）云数据智能分析系统
以可视化采集系统形成的数据库为基础，开展视频智能分析，对车像、人像、物象进行特征识别，输出交通流量、排队长度、异常事件等数据。结合智能摄像机与视频云分析系统，将分析结果结构化后上传云平台，云端进行汇总、分类、整合、分析，形成各类分析图表，并对拥堵、交通流量、平均速度等进行预测与预警，将数据上报至上级云平台，同时支撑区域路网中心的应急指挥与调度。
（三）重要节点的高精度感知系统
全线采用高标准监控，结合收费站、特大桥、隧道、互通立交、服务区等重点部位，部署交通事件检测、交通量检测、环境信息检测及匝道控制等功能，辅以边缘计算、智能摄像机、毫米波雷达、光纤智能监测等手段，形成数据与控制的闭环监测体系。
- 智能摄像机具备定位、智能分析以及自动截图、车人分类等能力，能在监控画面上显示设备经纬度信息，提升路网监管水平与通行效率。
- 毫米波广域雷达覆盖路段要素信息，精准掌握总量、轨迹与拥堵状态，上传中心平台与应急处置、指挥控制等模块形成协同。
- 光纤智能监测实现光缆全生命周期的在线监控、性能记录、故障诊断与定位，统一管理平台支撑光缆资源可视化与智能运维。
（四）全天候环境条件及应急响应感知
1. 全天候环境感知
覆盖能见度、风速风向、温湿度、降雨量等要素，实时将监测数据传回后台平台，发布警示信息，提升恶劣天气条件下的安全防控能力。
2. 快速响应的单兵检测支持
通过无人机、车载移动视频、单兵视频等灵活手段，提升对突发事件的监测与响应能力。在冰雪、雾、洪水、地震等灾情情形下，若道路阻断造成人员车辆无法到达，应快速开展远程监测与信息回传，未来可制定无人机巡检路径实现关键部件的定位与识别。
（五）硬件全生命周期在线监测与远程维护系统
对数据中心、边缘计算设备及存储设备建立远程管理与控制能力，实施健康监测、故障定位、远程接入、能耗管控、智能分析等功能，力争系统故障平均修复时间显著缩短，降低停机风险，提升监控、收费等关键系统的可靠性与自动运维能力。
（六）先进高效的通信传输系统
以光传送网络OTN为核心，运用ITU-T G.872、G.709、G.798等标准，构建高可靠的传输体系，解决传统网络组网与保护能力不足、对大颗粒业务传送的适应性问题，以及提升故障定位与快速修复能力，形成以点到点为主的稳健组网结构。
四、重点设置方案
工程设计在监控、通信、收费三大板块开展落地性实施。
（一）监控设施
1) 管理体制与功能需求
采用四级管理体制：省级路网监测与应急处置中心—区域分中心—路段中心—外场监控。监控系统应具备信息采集、数据处理、信息显示与发布、交通诱导、出入口控制、视频管理、交通管理与应急处置、报表与打印、设备管理与自诊断、系统安全、数据备份和恢复、网络行为管理与入侵检测等功能。
2) 监控设施部署原则
以阿勒泰至乌鲁木齐高速信息化建设为基础，结合路段实际，确定监控点布设与设备部署方案，确保关键节点具有更密集的监控覆盖与更强的联动能力。
（二）通信设施
1) 管理体制
通信系统设立四级管理体制：新疆总中心—昌吉分中心—路段管理中心—沿线通信站。通过起点与关键枢纽互联，借助互联互通实现跨区域数据传输，与收费系统及其他业务接口集成。为确保稳定性，设置运营商备用传输链路，实现部站、省站数据传输的冗余与分离。
2) 传输体系
传输系统分干线与接入层。干线在指定收费站与服务区布置OTN设备，光传输网采用高带宽与高可用性配置，干线对北向与服务区衔接。接入层通过各收费站和节点的ONU/OLT等设备构成自愈环网，STM-16等等级传输，确保数据与视频等多种业务的可靠传输。所有业务统一通过以太网接口接入路段中心与区域分中心，并通过干线网络上传至总中心，实现数据的集中管理与分发。
3) 业务数据与基础设施
所有通信节点以太网互联，提供标准接口以满足数据接入需求。语音交换通过VoIP接入网关实现，核心网关与公网连接，保障路段内电话通信需求。网管系统覆盖光传输网与语音设备，确保全线设备的统一管理与维护。
（三）收费设施
1) 总体规模
设置1处主线站与5处匝道站，采用开放式收费模式，ETC与MTC混合车道并行，设立ETC门架，支持移动支付与非现金联网结算。收费体系沿用联网管理模式，覆盖新疆省级中心、片区分中心、路段管理中心与收费站管理单位。
2) 车道与门架规模
车道配置和数量按路段实际需求确定，ETC门架设在互通立交距离适度范围内的关键位置，确保引导与快速通行的高效性。
3) 实施要点
在关键节点之间设置ETC门架，优化车道布局与通行效率，提升联网收费系统的稳定性与服务水平。
五、结语
通过基于全要素感知的智慧公路信息化设计，系统性解决当前监控覆盖不足、信息服务分散、光缆与网络运维成本高等难题，形成数据源、云联网、智能分析、重点节点感知、环境与应急响应、硬件运维与高效传输等完整体系。该设计将提升路网状态感知、事件识别和应急响应能力，构建覆盖全路段的智慧监测与管控能力，为新疆及周边地区的智慧公路建设提供可借鉴的经验与方案。
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