高速、轨道、低空领域基于人工智能和云计算的智能

交通解决方案

一、方案背景

随着交通需求的持续增长和科技的迅猛进步，高速、轨道、低空领域的交

通面临着提升效率、保障安全、优化服务等多方面挑战。本方案基于人工智能

和云计算技术，旨在构建智能化、协同化的交通体系，以应对这些挑战并推动

交通领域的创新发展。

二、需求分析

1. 高速领域

o

精准的交通流量监测与预测，以实现智能的交通疏导与调控，减

少拥堵。

o

高效的车辆违章检测与处理，提升道路安全管理水平。

o

优化道路设施的运维管理，保障道路的安全与畅通。

2. 轨道领域

o

实时的列车运行状态监测与故障预警，确保列车运行的可靠性与

安全性。

o

智能化的客运组织与调度，提高乘客出行体验。

o

高效的轨道设施检测与维护计划制定，延长轨道使用寿命。

3. 低空领域

o

准确的低空飞行器飞行轨迹监测与冲突预警，保障低空飞行安全。

o

合理的低空空域资源规划与管理，提高空域利用率。

o

完善的低空飞行服务保障，促进低空飞行产业发展。

三、解决方案概述

本方案旨在利用人工智能和云计算技术，提升高速、轨道、低空交通领域

的运行效率、安全性和服务质量。通过整合多源数据，实现交通流量的精准预

测与智能调度，增强交通设施的运维管理能力，优化旅客出行体验，并为应急

救援提供有力支持。

（一）总体架构

本方案采用分层架构设计，包括感知层、传输层、数据层、智能分析层和应用层。

层次

描述

感 知

层

在高速领域，部署高清摄像头、毫米波雷达、地磁传感器、气

象传感器、基础设施健康监测传感器等采集车辆、道路、气

象、基础设施等信息；轨道领域，列车配备轴温、振动、车厢

监控摄像头等，轨道沿线设置几何形状、应力、信号监测传感

器；低空领域，无人机搭载多光谱摄像头、激光雷达、 GPS

等，地面设监测雷达、ADS - B 接收机等

传 输

层

构建有线光纤网络连接感知设备与数据中心，以 5G 网络作为

移动设备数据传输补充，保障数据高速、稳定、实时传输

数 据

层

基于云计算平台搭建数据存储与管理系统，运用分布 式 存储技

术存储 海 量交通数据，建 立 数据清 洗 、 转换 和整合机制，提升

数据质量

智 能

分 析

层

采用机器 学习 算 法 进行交通流量分析与预测；利用人工智能算

法 实现轨道、低空飞行器等故障 诊断 与预测；运用计算机 视觉

技术进行 图 像与 视频 分析；通过人工智能算 法开 展轨迹规划与

优化

应 用

层

包 含 交通管理与调度系统，实现高速可 变 车道控制等、轨道列

车调度、低空飞行器 起降 与 航 线分配调度 及 应急 指挥 ；运维管

理系统，为高速、轨道、低空设施设备提供智能运维方案；出

行服务平台，提供高速路 况查询 等 一站式 出行服务；安全监管

系统，监管交通安全状 况 并 评估风险

（二）技术架构

一、感知层

1. 高速公路感知

o

视觉感知系统 ：

o

高清摄像头 ： 沿高速 公 路 关键 路 段（如 出 入口 、 桥梁 、 隧

道、 弯 道等 ）密 集部署高清摄像头，分 辨 率 至 少达 到 1 080p 及 以 上 ， 帧 率 不 低

于 25 fps ， 具 备 宽 动态 范围（W D R） 技术以 适 应 不 同光 照条件 ，能 够 清 晰捕捉

车辆的 外 形、 颜色 、车 牌 号 码 、行 驶 轨迹等信息。部分摄像头 还 应 具 备全 景拍

摄能力，用于监测 大范围 的交通 场景 。

o

红外热成 像摄像头 ： 安 装 在 易 发 生事 故 或 需 要重点 监测的

路 段 ， 如 长 下坡 、 团雾 多发 区 等。可 穿透雾霾 、 黑夜 等 不良视觉环境 ，检测车

辆的温度分布， 辅助判断 车辆 是否 存在 异常 发 热情况（如刹 车过 热 、发动机故

障等 ） ，提 前 预警 潜 在 危险 。

o

雷达感知系统 ：

o

毫米波雷达 ：间隔一 定 距离（如 5 00 米 ） 设置在高速 公 路

两侧 ，工作 频 率通 常 在 2 4 G Hz 或 77 G Hz ， 探 测 距离 可达 25 0 米以 上 ， 角 度分

辨 率优于 1 度。能 够 实时监测车辆的速度、 距离 、 角 度等运动信息，精确 识别

车辆的行 驶 状态， 即 使在 恶劣天 气 （如雨 、 雪 、 雾）下也 能保持 较 高的可靠性，

为交通流量监测、车辆 跟驰 控制等提供数据支持。

o

激光雷达 （ 可 选）： 在 一 些对交通数据精度 要 求 极 高的 场

景或特 定实验路 段 使用。可提供高精度的 三 维 点 云数据，对道路 环境 和车辆进

行精确建 模 ，用于 获取 车辆的 详细 几何形状信息以 及 道路的平整度、 坡 度等数

据，有 助 于 更 精准的交通分析和 自 动 驾驶辅助 系统的 研究 与测 试 。

o

地磁传感器 ：埋 设于车道 下 方， 每隔一 定 距离（如 2 - 5 米 ） 分

布，用于检测车辆的通过 情况 ，精确统计车流量、车速、车辆轴 距 等信息。 具

有高 灵敏 度和低 功耗 的 特点 ，能 够 在长 期 运行中稳定工作，为交通流量分析提

供基础数据支持。

o

气象传感器 ： 分布在高速 公 路沿线的气象监测 站 ，配备温度传感

器、 湿 度传感器、 风 速传感器、 雨 量传感器、能 见 度传感器等。能 够 实时采集

道路气象数据，为交通管理部 门 提供气象预警信息，同时这些数据 也 作为交通

流量预测 模型 的 重要 输 入变 量， 因 为气象 条件 对交通运行有着 显著影响 。

2. 轨道交通感知

o

列车感知 ：

o

轴温传感器 ： 安 装 在列车的车轴部 位 ，采用高精度的 热敏

电阻或热电偶 作为 敏 感 元件 ，实时监测车轴的温度 变 化。 当 轴温 超 过预设 阈值

时， 及 时 向 列车控制系统发 送报 警信号， 防止 车轴 因 过 热而 发 生 故障，保障列

车运行安全。

o

振动传感器 ： 分布在列车的车体、 转向 架等 关键 部 位 ，测

量列车运行过 程 中的振动 频 率、 幅 度和 加 速度等 参 数。通过对振动数据的分析，

可以 判断 列车的运行平稳性、车 轮 与轨道的接 触 状态以 及是否 存在部 件松 动 或

故障等 问题 ，为列车的状态检 修 和故障 诊断 提供 依 据。

o

车厢 内 监控摄像头 ： 安 装 在车厢 内 部的 各个角落 ，实现对

车厢 内 乘客的行为、客流分布、设备运行状态等的实时监控。摄像头 具 备高清

画 质、 夜视功 能和智能 视频 分析能力，能 够自 动 识别异常 行为 （如 乘客 摔倒 、

打 架、 火灾 等 ） 并 及 时 报 警，保障乘客的乘车安全和 舒适 。

o

轨道感知 ：

o

轨道 位 移传感器 ： 沿着轨道线路安 装 ，采用激光测 距 、光

栅位 移测量 或其他 高精度 位 移测量技术，实时监测轨道的 纵向 和 横向位 移 变 化。

能 够及 时发现轨道的 变 形、 沉降 、 爬 行等 问题 ，为轨道的维护和 修复 提供准确

的数据支持，确保列车行 驶 的平稳性和安全性。

o

扣件压 力传感器 ： 安 装 在轨道 扣件 与轨 枕之间 ，测量 扣件

所承受 的 压 力。通过对 扣件压 力的监测，可以 判断 轨道 扣件 的 紧固 状态和轨道

结 构的稳定性， 防止因扣件松 动 而 导 致 的轨道几何 尺寸变 化， 影响 列车运行安

全。

o

轨道 电 路传感器 ： 用于检测列车在轨道 上 的 位 置和运行状

态，通过轨道 电 路的 电 流 变 化 来判断 列车 是否占 用轨道 区间 ，为列车的 自 动控

制和信号系统提供基础信息。

3. 低空领域感知

o

机载感知系统 ：

o

多光谱摄像头 ： 安 装 在无人机 或其他 低空飞行器 上 ，可同

时采集可 见 光、 红外 、 紫外 等多波 段 的 图 像数据。在 不 同的光谱波 段下 ，能 够

识别 出 不 同 类型 的 目标物 体 （如 建 筑物 、 植被 、飞行器等 ） ，并通过 图 像 融 合

技术提高 目标 的 识别 精度和可靠性。 例如 ，在 红外 波 段 可以检测 到 发 热 的 物 体，

如 发动机、 火 源等，对于低空飞行安全监测和应急救援 具 有 重要意义 。

o

激光测 距 雷达 ： 与多光谱摄像头配合使用，为飞行器提供

前 方 目标 的 距离 信息。通过发 射 激光 脉 冲并测量 反射 光的时 间差 ，精确计算出

目标物 体与飞行器 之间 的 距离 ， 结 合飞行器 自身 的 位 置信息 （由 GPS / 北 斗 等

卫星 定 位 系统提供 ） ，可以构建出 周 围环境 的 三 维空 间模型 ，实现低空飞行的

障 碍 物 避让 和路 径 规划。

o

空中交通监 视 雷达 （ ADS - B 接收机 ）： 接收空域 内其他

飞行器发 送 的 广播 式自 动 相 关 监 视（ ADS - B ） 信号， 获取其位 置、速度、 航

向 、 航 班 号等信息。实现对低空飞行 区 域 内 飞行器的实时监 视 和 跟 踪 ， 避免 空

中 碰撞 事 故的发 生 ，保障低空飞行 秩序 和安全。

o

地面感知系统 ：

o

地面雷达 站： 在机 场或 低空飞行 活 动 频 繁 的 区 域设置地面

雷达 站 ，采用 S 波 段或 X 波 段 雷达，对低空飞行器进行全方 位 的监测和 跟 踪 。

雷达 站具 备高分 辨 率的 目标探 测能力和 抗干扰 能力，能 够 在 复 杂 的 电 磁 环境下

准确 识别 飞行器的 类型 、 位 置、速度等信息，并 将 数据传输 至 低空交通管理中

心，为飞行调度和管制提供 依 据。

o

气象气 球 与地面气象 站： 在低空飞行 区 域 内 布置气象气 球

和地面气象 站 ，气象气 球携带 气象传感器 上 升 到一 定高度，测量 不 同高度层的

气象 参 数 （如 温度、 湿 度、气 压 、 风 速、 风向 等 ） ，地面气象 站 则负责 采集 近

地面的气象数据。这些气象信息对于低空飞行的安全 至关重要 ，飞行计划和 航

线规划需 要 根 据气象 条件 进行调整，以 避免 恶劣天 气对飞行 造 成影响 。

二、数据传输层

1. 有线网络传输 ：

o

在高速 公 路和轨道交通沿线 铺 设光纤网络，作为 主 要 的数据传输

骨干链 路。光纤网络 具 有高 带 宽（ 可达数 十 G b ps 甚 至更 高 ） 、低延 迟 （ 传输

延 迟 可 忽略 不 计 ） 、 抗干扰 能力强等优 点 ，能 够 满足 大 量感知数据的高速、稳

定传输需求。在高速 公 路收 费 站 、服务 区 、轨道交通车 站 等 节 点位 置，通过光

纤接 入 交 换 机， 将 各类 感知设备采集的数据 汇聚后 上 传 至 云 端 数据中心。