洋山港—外高橋自動集卡專用道方案研究

牛建峰，袁勝強，，印莉敏，貢 瑋

1.上海市政工程設計有限公司，2.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司

0 引 言

無人駕駛技術作為市場熱點，其實際技術迭代慢于預期。目前智能駕駛技術仍處于L3級，短期內完全通過單車智能方式實現無人監管下的商業運營存在代價大、風險高等問題。東海大橋自動集卡示范測試結果顯示，依靠現有單車智能技術無法充分保障安全性與有效性。因此，單車智能研發的同時，須構建完善的無人駕駛行駛環境，即車端與路側協同配合。通過在路端構建智能化全息感知設備、智能路牌、智能信號燈等車路協同的設施能夠保證單車智能對于外界數據和信息的獲取，進一步提高車輛端的感知覆蓋能力，避免盲區事故的發生，降低車輛接管次數。

自動集卡專用道是供自動集卡專用路權的道路，通過數字交通基礎設施的建設，降低自動駕駛交通場景復雜度，提升系統運行安全與效率。目前國內自動集卡貨運體系尚未開展過系統性研究與論證工作。本次針對貨運自動集卡專用道進行研究，是良好把握產業與市場發展趨勢，開展前瞻性研究以指導后續工作部署的需要；是助力上海市新基建產業發展，進行初步可行性論證與項目儲備的需要；是極大提升上海疏港及物流能力，支撐上海穩步發展為卓越全球城市的需要。

1 現狀及趨勢

隨著社會經濟發展及上海國際航運中心的建設，可預期未來上海市道路貨運量穩步增長，而在人口紅利逐步減退、成本快速增加的背景下，依靠傳統勞動密集型的運輸方式與手段將難以應對運輸需求的穩定增長。

依據洋山港集疏運規劃，公路集疏運占比將持續下降，從而保證公路運輸吞吐量在東海大橋可承受范圍之內，但可預見，在較長的一段時間內，公路運輸仍將占洋山港集疏運的50%，總運量仍將隨洋山港集裝箱吞吐量的持續增長而小幅上升。統計顯示，2021年洋山港公路集裝箱集散總量高達1130萬TEU，已接近東海大橋理論承受極限1 200萬TEU，在充分保障安全的前提下，合理突破東海大橋承受極限，已成為支撐洋山港集裝箱吞吐量穩定增長的重要課題，且迫在眉睫。

自動集卡作為更安全、高效、靈活的新一代運輸模式，已被視為應對勞動力短缺、行駛環境惡劣、高強度連續作業等特殊情景的有效解決方案。同時，通過這一新技術的采用，可縮短車頭間距、提高道路通行能力，通過調節車隊組織實現“削峰填谷”，從而保證在東海大橋可承受的荷載下，實現更高的集卡集疏運吞吐量。

根據相關研究成果，由于自動集卡的反應時間可以縮小至300 ms，因此，在平均車速為80 km/h左右時，自動集卡通過縮小車頭時距，可將最大服務交通量提升約20%。因此，隨著自動集卡車隊規模上升，不但對社會車輛的交通影響逐步減小，還可提高專用道所在車道通行能力，從而突破原有交通瓶頸，優化道路時空資源。

而對于市域乃至更廣闊的范圍而言，自動集卡的運用可提高道路使用效率，從而釋放更多的道路時空資源，緩解資源沖突，提高社會效益。對自動集卡貨運干線相關課題的研究無論對保障世界航運中心的建設，還是提升社會生活整體效率與品質，均意義重大。

2 總體原則

在符合上海市路網及貨運布局、交通和經濟協調發展的前提下，重點研究通道路線選擇、建設規模、斷面布置、交通適應性等，使本研究的研究成果有利于提升港口公路集疏運能級，有利于發揮路網整體運行效率，有利于地區規劃的開發和協調，有利于降低道路建設對生態環境和人居生活的影響。

（1）選線與集卡行駛軌跡吻合原則。在現狀道路基礎上進行選線，選線應與現狀集卡的主要通道相符合，避免開辟新的通道，對路網造成不利影響。

（2）專用道實行時空封閉原則。專用道路段在規定時間內僅供自動集卡行駛，避免其它車輛隨意進入，保障專用道通行效率，同時減少自動集卡對社會車道影響。

（3）分級分期實施原則。充分考慮可行性和必要性，近遠期結合。近期盡量利用現狀道路設施，不進行大規模的基礎工程建設，專用道定位為測試及試運行。遠期根據自動集卡車輛及物流的規模全面提升專用道標準。

3 主要技術要求

參考全國各地對自動駕駛車輛道路的測試和管理規范，結合自動集卡對高速公路設施的實際需求，自動駕駛專用道的技術要點如下：

（1）支持自動駕駛的標志標線設計

目前還沒有針對自動駕駛專用道的標志標線規范，本研究根據現有的道路標志標線規范來進行自動駕駛專用道的設計，在設計中沿專用車道路面和路側設計醒目清晰的標線和標志。在自動駕駛專用道與立交樞紐入口匝道處配有醒目的準入標志標牌，對進入車輛類型、車速等進行限制，只允許符合規定的自動駕駛車輛駛入。在針對自動駕駛專用道的標志標線規范出臺之前，具體的設置標準可參照已有的道路標志標線設置規范。

（2）支持自動駕駛的車路協同設施

建立自動駕駛車路協同系統，實現對自動駕駛車輛狀態的協同感知，并通過車路協同路側系統對自動駕駛車輛進行交通信息服務和對車輛進行控制。支持自動駕駛的車路協同設施建設原則如下：

①安裝支持自動駕駛的傳感器、監測器、路標等設備設施。

②由于自動駕駛專用車道為內側單一車道設計，車路協同與協同感知設備布設方式采用立柱側裝方式，這樣既可以覆蓋專用道又可以節省成本。立柱側裝方式對應路側立柱的安裝。

③車路協同設備放置位置斷面選取需要綜合考慮自動駕駛專用道的位置、道路線性特點、交通流量分布、道路基礎條件、危險路段區域等因素，具體原則如下：選擇靠近自動駕駛專用道的路側安裝，通信范圍覆蓋專用道自動駕駛車輛；盡可能選擇車載終端用戶量較大的路段；選擇具備路側基礎安裝條件的點（有門架或立柱條件），選擇供電及通信條件到位或條件易達點；能夠與高速公路上已有的其它交通信息采集設備構成數據互補體系；兼顧道路交通安全因素，對一些重點路段、特殊路段、事故多發路段進行加密。

④根據自動駕駛車輛測試的要求，選擇每0.5 km間隔建設自動駕駛車路協同路側設備的布設方式。全路段布設約350個（見圖1）。

圖1 邊緣感知計算系統

（3）基于位置服務的高精度定位系統

自動駕駛車輛離不開高精度精準定位和高精度GIS地圖，高精度北斗定位基于北斗衛星定位系統結合CORS站實現厘米級定位，可以為基于車路協同的自動駕駛車輛提供厘米級高精度定位服務，實現車道級的車輛位置定位和監控，同時為云控平臺提供基礎支撐。

（4）沿專用道照明布設

對道路、路面、標志標線及前方障礙物的準確識別是自動駕駛車輛重要的功能，目前視頻識別仍然是自動駕駛車輛識別外部環境的主要手段，交通環境的光照條件對視頻識別的效果有相當大的影響，可以大大提高自動駕駛車輛識別的準確性。此外，一定的照明條件可以提高自動駕駛車輛行駛狀態視頻監控的質量。因此，為提高自動駕駛道路及標志標線識別的準確性和自動駕駛車輛的實時監控質量，需要對自動駕駛專用道沿線布設照明設施。

根據相關高速公路照明設施布設標準，采用專用道沿路段照明縱向布設間距0.03～0.05 km進行布設?？梢愿鶕詣玉{駛車輛的特點設計針對自動駕駛車輛及自動駕駛行為監控應用的照明設施。

（5）沿專用道交通事件檢測設備布設

目前自動駕駛車輛的性能仍然處于測試階段，需要對自動駕駛車輛行駛過程中的駕駛軌跡、駕駛行為等進行全程交通事件檢測，以便對自動駕駛的行駛狀態、事故原因等進行分析。因此，需要在原有沿高速公路全路段交通事件檢測的基礎上，加密交通事件檢測監控點，提升對自動駕駛車輛進行全覆蓋的交通事件檢測。

交通事件檢測設備可對自動駕駛車輛及與自動駕駛相關的事件等進行實時圖像監控，并能通過圖像分析自動判斷停車、交通擁堵、車輛排隊超限、行人進入、車輛逆行、交通事故、車輛丟拋物、能見度檢測等事件，及時發現自動駕駛專用道內異常事件，并提供自動駕駛相關事件處理依據。

自動駕駛視頻采集設備可采用交通視頻監控設備，主線路段按0.5～1 km間隔設置交通事件檢測設備以監視自動駕駛專用道的車輛及交通狀態，橋梁、分合流區、互通式立體交叉橋及易積水、視距不良、易發生擁堵及交通事故等重點路段應加密布設。

4 專用道方案

4.1 專用道路徑選擇

根據前期調研和現狀集卡GPS數據分析，初步擬定兩條線路作為貨運自動集卡專用道備選線位（見表1）。

表1 專用道線位方案比選一覽表

線路一：自洋山港至楊高北路出入口

路線自南向北依次途經東海大橋—S2（東海大橋—G1503段）—G1503（S2—楊高北路出入口），全長約102.2 km。

線路二：自洋山港至凌海路出入口

路線自南向北依次途經東海大橋—S2—S20，全長約104.6 km。

路線一（S2—G1503）為現狀集卡集疏運主要路線，沿線風險點相對較少，斷面規模匹配度較高，道路通行能力余量較為充足，處于城市邊緣地帶，與城市生活交通沖突較小，宜作為推薦方案。

4.2 車道設置

專用道設置應保證通道整體運行效率，全面梳理交通設施情況，近期打通交通瓶頸段，在主線上設置集卡專用道，需滿足主線車道數≥3車道；在匝道上設置集卡專用，需滿足車道數≥2車道。遠期根據交通預測需求，對沿線道路進行擴容。

本方案對自動集卡的設置車道進行比選，共有以下三種比選方案（見表2）。

表2 車道布置方案比選表

情景一：自動集卡駛出/駛入主線

采用方案一時存在以下問題：

采用方案二、方案三時不存在交織問題。

結論：如果自動集卡通過匝道駛入/駛出主線，方案二、方案三沖突點較少。

情景二：自動集卡直行穿越立交區

采用方案一時不存在交織問題。

采用方案二/方案三時存在以下問題：

結論：如果自動集卡穿越立交區時，采用方案一可有效規避進出主線的社會車輛沖突點（見圖2）。

圖2 自動集卡穿越立交區交通組織示意圖

經比較，應結合道路出入口布置、車輛數量等情況因地制宜，靈活機動，合理設置集卡專用車道。當沿線出入口較少時，方案一較適合；當自動集卡數量較少時，對社會車輛使用緊急停車帶影響較小，方案二較合適；當自動集卡數量足夠多，且沿線自動集卡出入口也較多時，則方案三較合適。

4.3 總體布置方案

通過對路線和車道布置的比選，專用道選用東海大橋—S2公路—G1503公路?？紤]到自動集卡在出入口處與社會車輛沖突點較多，建議在沿線盡量減少設置自動集卡進出口。

車道設置方案根據出入口的情況分段設置。在規劃階段盡量減少沿線設置自動集卡出入口。具體布置方案如下：

東海大橋—集疏運中心（海港立交）段采用方案三（緊急停車帶）；

臨港收費站—G1503段采用方案三（緊急停車帶）；

其中，在東海大橋收費站、臨港收費站、大亭立交處采用人工接管。

當自動集卡數量較少，專用道分時段封閉時，考慮本階段自動集卡對社會車輛使用緊急停車帶的影響較，布置在外側的專用道建議采用方案二（號車道）（見圖3）。

圖3 自動集卡專用道布置方案—路線圖

4.4 專用道分期實施

自動集卡專用道的實施應根據上海國際航運中心規劃，自動集卡車輛規模，啟用自動集卡裝卸作業碼頭、堆場的數量及分布情況等因素最終確定。根據現狀基礎條件和未來發展的預測，擬分三步進行。第一：局部專用道規?；囘\行，即東海大橋自動集卡專用道的規?；囘\行；第二：近期全線分時段專用道試運行，即在自動集卡數量不夠多的前提下，洋山港至外高橋自動集卡專用道全線分時段試運行；第三：遠期全線全時段專用道運營，即遠期在碼頭和堆場啟用自動集卡規?；?，自動集卡數量足夠多的情況下，實現通道內自動集卡專用道全時段運行，提高通道服務水平。

（1）局部路段專用道規?；囘\行

2023年建成洋山港集疏運中心及市政配套工程。根據上港集團和上汽集團的戰略合作，擬逐步投入約100輛自動集卡，開展洋山港至集疏運中心的集裝箱轉運業務。在東海大橋洋山港—集疏運中心（海港立交）交通平峰階段運行，設置“時段性”專用道（見圖4）。

圖4 東海大橋自動集卡專用道線位示意圖

東海大橋登陸段通過海港立交高架連接道與集疏運中心相連，洋山港段與洋四期自動碼頭相連，中間段長約32.5km，中間無任何出入口。由于自動集卡數量較少，分時專用道對社會車輛使用緊急停車帶的影響較小，自動集卡專用道設置在外車道可以消除進出口的交織。因此自動集卡分時專用道車道設置在號車道。

（2）近期全線分時段專用道試運行

近期2025年左右，在自動集卡數量不夠多的前提下，預測可提供的自動集卡數量約500輛（含集疏運中心100輛），洋山港至外高橋自動集卡專用道全線分時段試運行；根據專用道總體設計方案，進行全線標志標線的改建，局部主要節點包括大亭立交節點、滬崇蘇立交節點通過標志標線改建實現專用道的功能，S2（G1503—東海大橋收費站）在現狀道路基礎上進行專用道設置（見圖5、圖6）。

圖5 自動集卡專用道指示標志

圖6 自動集卡專用道指示標線

（3）遠期全時段專用道運營

遠期在碼頭和堆場啟用自動集卡規?；?，自動集卡數量足夠多的情況下，實現洋山港—外高橋自動集卡專用道全時段運行，提高通道服務水平。通過改建主要節點包括大亭立交節點、滬崇蘇立交節點和S2（G1503—東海大橋收費站），完善全場景交通數字化、關鍵點位路側高頻動態感知系統及車路系統管控中心平臺，全面提升專用道技術等級。

同步研究外高橋—S16出省通道自動集卡專用道的可行性。

5 結 語

在新基建國家戰略和上海國際航運中心建設背景下，本文圍繞洋山港開展自動集卡專用道方案研究，確定總體原則和主要技術要求，通過系統性的現狀分析，結合自動集卡、車路協同技術，聚焦洋山港—外高橋港兩港間貨運干線，甄別比選可行的自動集卡專用道路線，制定自動集卡專用道方案。成果對于自動集卡專用道的進一步深入研究和專用道的建設使用具有指導性和可操作性。