關于智慧高速總體框架和建設內容的思考

丁閃閃 刁含樓

摘 要：智慧化是未來高速公路的發展趨勢，“新基建”的提出更是為智慧高速的建設增加了引擎，本文在近幾年國內智慧高速技術探索和試點示范的基礎上，對智慧高速的內涵進行了解讀，提出“全要素感知、全方位服務、全天候通行、全過程管控、全數字運營”五位一體的智慧高速總體框架和具體內容，最后結合在智慧高速規劃設計中遇到的問題，提出若干智慧高速實施建議，為后續智慧高速的建設提供一定的指導。

關鍵詞：交通信息工程與控制;智慧高速;總體框架;建設內容;實施建議

中圖分類號：U495 文獻標識碼：A

0 引言

截止2018年底，我國公路總里程達485萬公里，其中高速公路總里程14.3萬公里，位列世界第一，高速公路網的規模效應已經顯現，網絡化交通運行特征明顯[1]。隨之而來的是小汽車保有量不斷激增，傳統交通擁堵、交通事故、環境污染等交通問題凸顯，依托智慧化手段提升公路管理和服務能力逐步成為發展重點。2018年初，交通運輸部辦公廳發布《關于加快推進新一代交通控制網和智慧公路試點的通知》[2]，將智慧公路建設推向一個全新的高度，國內各省份積極開展智慧高速試點，智慧高速建設如火如荼。

1 智慧高速內涵理解

智慧高速是在土地資源趨近飽和條件下，為了滿足公眾日益增長的交通需求而衍生出的公路發展的高階形態，是智慧交通的重要組成部分。目前，對于智慧高速的定義和內涵還未形成統一共識，百度百科中給“智慧”的解釋是：包含有感知、記憶、理解、計算、分析、判斷、決策等多種能力。本研究提出由“智慧”的定義，衍生出“智慧高速”的內涵和外延，其本質為具有感知、思考、理解、分析、執行等聰慧能力，涵蓋人、載運工具、基礎設施、環境等要素[3]，實現各要素協同運行的公路。目標為實現公路的提質增效，具體表現為安全、高效、便捷。相對于傳統的以機電三大系統為支撐的普通高速公路，智慧高速公路具備如下特征：

感知能力更強：更加注重異常狀態的極速感知，通過立體化、多維度的感知設備，如事件檢測攝像機、毫米波雷達、物聯網傳感器、無人機、巡檢機器人等，從各個角度全要素獲取交通環境信息。

服務能力更強：更加注重公眾出行體驗，在高速公路路段沿線、服務區、隧道，通過采用5G、車路協同、互聯網信息服務等，提供公眾出行前、出行中、出行后，個性化、主動式、伴隨式的全方位服務。

管控能力更強：將現有高速公路管控由道路級上升為車道級，提供包括車道級精準管控、快速應急處置、智能養護作業等功能，提高路網暢通水平和運行效率。

決策能力更強：利用大數據、知識圖譜、人工智能、數字孿生等技術，實現決策的更加科學。

2 智慧高速總體框架

在智慧高速現狀分析和內涵理解的基礎上，提出“全要素感知、全方位服務、全天候通行、全過程管控、全數字運營”五位一體的智慧高速總體框架，通過新一代信息技術與高速公路感知、服務、管控、決策等的深度融合，完成傳統機電三大系統在新時代背景下的升級完善，打造智慧高速公路大腦，創建若干智慧高速應用場景，最終實現安全提升、服務提升和效率提升。

從圖1中可以看出，全要素感知是智慧高速的基礎，基于全要素感知采集到的公路主體及附屬設施信息、交通運行狀態信息和公路氣象環境信息，通過光纖、4G/5G、LTE-V等多模式通信傳輸至外場和后臺，支撐各項具體應用以及整體決策支持;全天候通行、全方位服務、全過程管控則是面向“安全提升、服務提升和效率提升”的具體舉措，其產生的數據可進一步傳輸至后臺支撐整體決策，同時全天候通行和全過程管控的信息也可通過全方位服務中的各種手段對外發布;全數字運營作為整個智慧高速的核心，充當著指揮大腦的作用，其產生的信息可反饋用于整個智慧高速的協同優化運行。

3 智慧高速建設內容

3.1 全要素感知

主要建設內容包含主體及附屬設施監測、交通運行狀態監測和公路氣象環境監測，實現交通要素的全息感知。主體及附屬設施監測：針對路面、橋梁、邊坡、交通標志標線異常狀態，如裂縫、坑塘、車轍、結構變形、環境腐蝕等，通過在高速公路沿線布設物聯網傳感器、視頻檢測器、微波檢測器等，對異常狀態進行實時感知和及時預警，保障高速公路安全通行;交通運行狀態監測：基于事件檢測攝像機、全景攝像機、微波檢測器、毫米波雷達等各類檢測設備，實現交通流要素、交通運行狀態的全方位監測，實現交通事件10s級極速感知;公路氣象環境監測：通過氣象監測站，針對團霧、道路積水結冰等進行及時檢測，有助于開展交通誘導和采取管養措施，減少道路交通事故發生概率。

3.2 全方位服務

主要建設內容包含傳統信息發布、車路協同信息發布和“互聯網+”信息發布、智慧服務區、智慧隧道、自由流收費，實現“出行前”、“出行中”及“出行后”全方位信息服務，提升交通信息發布的覆蓋面和及時性。傳統信息發布方式：包括可變情報板、交通服務熱線、電臺廣播、服務出行網站等，發布路況信息、預警信息等;車路協同信息發布：依托DSRC、LTE-V、5G等通信技術，選擇關鍵路段進行試點布設，實現道路危險狀況提示、限速預警、前方擁堵提醒、車輛匯流碰撞預警、匝道分合流預警等典型場景;“互聯網+”信息服務：通過手機應用軟件/小程序、微信公眾號等自建或第三方出行信息服務系統，通過發布疫情、交通管制、交通事故等信息，提醒駕乘人員謹慎駕駛;智慧服務區：主要建設內容包含智慧停車、集約型燈桿、服務區管理平臺、智慧高速展廳，實現服務區公眾服務能力提升;智慧隧道：主要建設內容包含隧道融合拼接投影系統、5G+北斗網絡全覆蓋和智能綜合信息管理平臺等，實現“安全優先、舒適出行”;自由流收費：基于ETC門架系統的建設，提升出行品質。

3.3 全天候通行

主要建設內容包含霧天行車誘導、智能消冰除雪、匝道分合流預警、新型標志標線。霧天行車誘導：在車道兩側安裝誘導燈，惡劣天氣下，通過在車輛后方形成行駛拖曳軌跡，提醒后方車輛保持跟車距離;智能消冰除雪：通過采用自動噴淋系統，當檢測到路面積雪，通過噴灑融雪劑，達到除雪的效果;匝道分合流預警：在分合流區域布設誘導燈，實現分流區智慧誘導、合流區智能警示，強化夜間效果;新型標志標線：通過采用雨夜標線，反光標志，提升駕駛員在惡劣環境下的既視感。

3.4 全過程管控

主要建設內容包含主線車道級管控、匝道智能管控、快速應急救援和智能養護作業。主線車道級管控：通過設置車道控制器、可變限速標志，結合道路流量，對道路進行分車道、分級控制;匝道智能管控：通過在匝道區域布設信號燈或者車道控制器，根據主線交通量，適當調整匝道區域的控制流量，減少主線的壓力;快速應急救援：應急人員、車輛和資源的快速匹配和有效調度，備勤點和臨時駐點的布局優化，設置智慧應急驛站;智能養護作業：結合高精度地圖自動生成裝置布設方案，基于可穿戴設備、占道預警設備等進行異常預警。

3.5 全數字運營

主要建設內容包括：云平臺、業務協同工作平臺、大數據平臺和數字孿生系統。云平臺：針對現有硬件資源實現虛擬化，實現云基礎設施、數據、服務、應用等資源的一體化、協同化管理;業務協同工作平臺：實現基礎設施監測、路網管理與應急指揮、養護管理、辦公自動化等業務功能;大數據平臺：提升輔助決策支撐能力，包含路面長期性能預測模型、日常養護評價模型、事件影響分析模型、路面病害識別模型等;數字孿生系統：基于BIM、交通仿真、電子沙盤等方式展示高速公路沿線設施、業務流程以及統計分析結果。

4 智慧高速實施建議

4.1 公路業務人員和管理者需加強對智慧公路建設的認識

隨著公路基礎設施逐步完善，智慧公路將成為“新基建”背景下的發展重點，公路業務人員和管理者，由于自身職責和業務的差異，尚不能真正理解智慧公路建設的必要性和意義[4]。因此需加強智慧公路相關技術專題交流，以及開展示范工程效果評估，深化相關部門對智慧公路實施效果的認識。

4.2 智慧公路建設需結合技術成熟度分階段分期建設

智慧公路是一個全新的理念，包含成熟技術推廣應用和前沿技術試點探索，部分關鍵技術如5G、車路協同等，尚處于研究階段，為確保項目兼具先進性、適用性和可落地性，要充分考慮技術的發展和迭代，如5G技術，在當前標準尚未凍結、信道編碼、多天線等技術尚未成熟的階段[5]，如果輕易推廣應用，容易造成資源浪費和重復建設。需特別注意相關設施建設的時機，對于前瞻性強、迭代更新快的技術，可開展分期建設，先期重點開展基礎預留和試點建設，遠期根據技術成熟度確定是否推廣。

4.3 智慧公路建設需結合實際情況建立分級建設標準

目前智慧公路示范工程考慮了各類前瞻技術的試點應用，往往工程投資額相對較高，后續或難以在所有的公路上大范圍推廣。因此建議進一步依托智慧公路示范工程建設效果，結合不同等級公路的建設需求和關注重點，開展深入研究分析，建立健全智慧公路分級建設標準，從而使智慧公路具有大范圍下的可推廣性。

4.4 智慧公路建設需自上而下推動打通數據壁壘

數據為戰略性資源，也是實現數字孿生及科學決策的重要基礎，與外行業進行必要的數據交換共享可進一步擴大公路行業的數據源，同時實現外場設備的集約利用，減少工程建設成本。經驗表明，依托單個工程自下而上嘗試打通數據壁壘難度很大，由于缺乏體制機制的保證，數據共享往往停留在意識層面，得不到真正的落地。智慧公路是一項系統性工程，建議自上而下推動打通數據壁壘，明確各方職責，促進必要數據的行業間交換共享。

5 小結

新基建時代，智慧高速公路將有力帶動智能制造和互聯網相關產業的發展，是我國在經濟轉型發展期促進新一輪經濟增長的重要抓手。高速公路作為交通運輸行業信息化、智能化發展程度最高的領域之一，發展智慧高速公路，率先運用新一代信息技術來提升服務水平是行業發展的必然。本研究基于對智慧高速內涵的理解，提出了“全要素感知、全過程管控、全天候通行、全方位服務、全數字運營”的智慧高速的總體框架，給出了各部分的具體建設內容，最后針對智慧高速的建設提出了若干建議，以期對未來智慧高速公路的規劃、設計和建設提供一定的參考。

參考文獻：

[1]張紀升，李斌，王笑京，等.智慧高速公路架構與發展路徑設計[J].公路交通科技，2018，35（01）：88-94.

[2]交通運輸部.交通運輸部關于加快推進新一代國家交通控制網和智慧公路試點的通知[R].北京：交通運輸部，2018.

[3]王小軍，王少飛，涂耘.智慧高速公路總體設計[J].公路，2016，61（04）：137-142.

[4]張維蘇.智慧高速設計技術探討[J].中國交通信息化，

2019，21（11）：93-94+109.

[5]王少飛，祖暉，付建勝，等.智慧高速公路初探[J].中國交通信息化，2017，19（S1）：10-17.