智慧高速設(shè)計與實踐

尹蔚峰

（江蘇交通控股有限公司，江蘇南京 210012）

1 智慧高速發(fā)展現(xiàn)狀

目前，包括江蘇在內(nèi)的很多省份高速路網(wǎng)流量日趨飽和，出行需求豐富多元，高新技術(shù)層出不窮，以要素驅(qū)動為牽引、以規(guī)模擴(kuò)張為主要推動力的發(fā)展方式面臨瓶頸，亟須通過智慧高速建設(shè)推進(jìn)供給側(cè)改革，推動行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)行業(yè)從要素驅(qū)動向創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)變，從規(guī)模速度為主向質(zhì)量效益為主轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)代服務(wù)業(yè)轉(zhuǎn)變。

因此很多省份開始了“智慧高速”建設(shè)。北京新機(jī)場高速公路建立“6+1”系統(tǒng)體系，包括：監(jiān)控系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、管控系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)、車路協(xié)同系統(tǒng)、路段控制中心。浙江啟動滬杭甬智慧高速建設(shè)，重點是加密路段感知設(shè)備，搭建云控平臺，構(gòu)造一個實體與虛擬融合的數(shù)字孿生系統(tǒng)；全國首條超級高速公路——杭紹甬高速公路［1］預(yù)計2022年建成，采用了“光伏路面”的設(shè)計，電動車主可以“邊開車邊充電”；山東濱（州）萊（蕪）高速構(gòu)建通信網(wǎng)、綠色能源網(wǎng)、智慧路網(wǎng)3個基礎(chǔ)性網(wǎng)絡(luò),初步建成國內(nèi)首個智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試環(huán)境；河北延崇高速實現(xiàn)公路設(shè)施的數(shù)字化和資產(chǎn)的動態(tài)管理，并在自動駕駛、車路協(xié)同、高精度定位等方面開展試點。

2 智慧高速的內(nèi)涵

兄弟省份都在加緊建設(shè)，但各有側(cè)重。智慧高速的內(nèi)涵是在實踐中不斷完善、豐富和發(fā)展的，其愿景就是讓人、車、路和環(huán)境更加和諧統(tǒng)一，讓交通運行更加高效、安全、綠色［2］，讓出行體驗更加美好。無論過去、現(xiàn)在還是未來，這個愿景都不會改變。

3 江蘇智慧高速的過去

3.1 總體水平全國領(lǐng)先

江蘇智慧高速建設(shè)起步較早，特別是對外場感知層建設(shè)投入較多，如全省視頻聯(lián)網(wǎng)、交通氣象監(jiān)測站、計重收費、傳輸骨干網(wǎng)、出行網(wǎng)站等，均先于其他省份建成，省級一路三方聯(lián)合值班室、96777客戶服務(wù)中心也是在全國率先成立的。因此，從總體上看，江蘇智慧高速建設(shè)一直走在全國前列［3］。

3.2 管理壓力日益增長

第一，路網(wǎng)的安全運營壓力，怎樣減少突發(fā)事件、怎樣在突發(fā)情況下保證安全運營、怎樣把傷害降到最低，這是一個非常大的考驗；第二，路網(wǎng)概念的不斷擴(kuò)展，以及汽車保有量的快速增長，也是管理壓力的主要來源；第三，重點車輛的管控，還存在很多的不足，超載超限車輛、“兩客一危”車輛的數(shù)據(jù)一直缺失；第四，逃費現(xiàn)象長期存在，尤其是對模糊車型和綠優(yōu)車輛，還缺少有效的管理，撤銷省界主線站之后，打逃壓力還將急劇增大；第五，戰(zhàn)略規(guī)劃和出行需求給高速公路業(yè)主提出了更高的運營要求。

3.3 共性問題仍然凸顯

和很多省份一樣，江蘇智慧高速建設(shè)面臨著5個共性問題。

一是數(shù)據(jù)采集不全，大都采集的是“點”上的數(shù)據(jù)，而非“線”上甚至“面”上的數(shù)據(jù)；二是系統(tǒng)兼容性差，設(shè)備種類繁多，不同廠家不同標(biāo)準(zhǔn)，難以兼容；三是對業(yè)務(wù)支撐不足，很多是單一產(chǎn)品的封閉應(yīng)用，缺少對業(yè)務(wù)上下游流程的串接，系統(tǒng)成了“空中樓閣”；四是存在信息孤島，大多采用“煙囪式”架構(gòu)分散建設(shè)，信息難交換、難融合，流程不協(xié)同、不統(tǒng)一；五是服務(wù)可達(dá)性弱，沒有沉下心來考慮使用場景和客戶體驗，公眾獲得感低。

4 江蘇智慧高速的現(xiàn)在

新時代江蘇智慧高速設(shè)計與實踐以高速公路管理者、操作者和出行者為對象，充分整合利用現(xiàn)有資源，深化互聯(lián)網(wǎng)思維，運用云計算技術(shù)，化甲方為乙方，變管理為服務(wù)，對傳統(tǒng)高速公路信息化系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)和再造，全面實現(xiàn)高速公路調(diào)度指揮、收費稽查、內(nèi)控管理、運營管理、出行服務(wù)的信息化和智能化。江蘇智慧高速頂層設(shè)計理念與建設(shè)思路可以概括為：一個目標(biāo)、兩個基礎(chǔ)、三大原則、四大體系和五云平臺。

4.1 一個目標(biāo)

以交通業(yè)務(wù)為中心，打造優(yōu)秀的行業(yè)云，構(gòu)建為開放合作的大生態(tài)圈，為交通行業(yè)企業(yè)和廣大社會公眾服務(wù)，形成完整的業(yè)務(wù)鏈和數(shù)據(jù)鏈，通過數(shù)據(jù)積累，發(fā)揮數(shù)據(jù)價值，以數(shù)字經(jīng)濟(jì)推動高質(zhì)量發(fā)展，讓出行體驗更加美好。

4.2 兩個基礎(chǔ)

4.2.1 用好“互聯(lián)網(wǎng)思維”

立足于互聯(lián)網(wǎng)去思考和解決問題：一是堅持“以用戶為中心”，在價值鏈各個環(huán)節(jié)中都站在用戶角度去考慮問題，以用戶為中心去設(shè)計產(chǎn)品，在服務(wù)的理念下設(shè)計出來的產(chǎn)品才會是好的產(chǎn)品。二是發(fā)揚“工匠精神”，對軟件產(chǎn)品細(xì)節(jié)有很高要求，對信息化平臺的每個流程、功能、界面都凝神聚力、不斷反思、精益求精，敢于進(jìn)行徹底的自我否定。三是努力“站在巨人的肩膀上”，加強(qiáng)和互聯(lián)網(wǎng)公司的合作，通過對互聯(lián)網(wǎng)平臺的直接嫁接和調(diào)用，降低開發(fā)難度，彌補(bǔ)自有數(shù)據(jù)短板，提升服務(wù)可達(dá)性。

4.2.2 用好“云計算技術(shù)”

不再沿用以往自建機(jī)房、硬件堆疊的方式，而是依托公有云平臺開展信息化建設(shè)，利用云計算彈性計費的特點，甩開硬件包袱，并且直接使用云端各類應(yīng)用，降低開發(fā)成本，提高開發(fā)效率。江蘇交通控股有限公司（以下簡稱“江蘇交控”）與云廠商的關(guān)系已演變成產(chǎn)品經(jīng)理與產(chǎn)品研發(fā)的關(guān)系，滿足技術(shù)需求后直接購買服務(wù)。術(shù)業(yè)有專攻，一個云平臺不可能解決所有的問題，但博采眾云之長，可以支撐交通全行業(yè)信息化建設(shè)需求。

4.3 三大原則

4.3.1 統(tǒng)籌建設(shè)，分步實施

江蘇交控通過一系列積極的改革舉措，整體把控、通盤考慮信息化發(fā)展總體架構(gòu)和建設(shè)節(jié)奏，實現(xiàn)自上而下的信息化頂層設(shè)計，建設(shè)覆蓋全路網(wǎng)的統(tǒng)一平臺，通過平臺應(yīng)用促進(jìn)路網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化管理，天然支撐全數(shù)據(jù)共享和扁平化管理。智慧高速建設(shè)不可能“一步到位，一氣呵成”，也不是“交鑰匙”工程，而是一種長期的、持續(xù)改善的系統(tǒng)工程。江蘇不再采用傳統(tǒng)的“瀑布開發(fā)”模式，而是遵循互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)開發(fā)理念，采用“敏捷開發(fā)”模式，以人為核心、關(guān)注業(yè)務(wù)優(yōu)先級、關(guān)注使用效果，使用迭代式的增量開發(fā)，不斷完善升級，從量變到質(zhì)變，積小勝為大勝。

4.3.2 以我為主，自主可控

根據(jù)“以我為主”的原則和信息化建設(shè)需求，江蘇交控不盲目迷信知名公司的戰(zhàn)略咨詢，不盲目投資成本上億的信息系統(tǒng)，不盲目采取超過千人的外包模式，而是主動擔(dān)當(dāng)、親身上陣，建立自己的核心團(tuán)隊，變甲方為乙方，堅持自主編寫頂層設(shè)計方案、自主搭建云平臺系統(tǒng)架構(gòu)、自主開展軟件產(chǎn)品設(shè)計、自主監(jiān)管軟件研發(fā)、自主部署安全防控、自主參與功能測試……根據(jù)實際需求，探索出了適合自身特點的智慧高速發(fā)展之路，努力建設(shè)實用、管用、好用的信息化平臺。

4.3.3 創(chuàng)新引領(lǐng)，示范引導(dǎo)

一是“以出行者為中心”進(jìn)行理念創(chuàng)新。始終堅持高速公路行業(yè)是服務(wù)行業(yè)這一定位，拒絕驕嬌二氣、擺正自身位置，真正感悟操作者、出行者的使用場景、操作習(xí)慣、功能需求，打造服務(wù)可達(dá)、操作合理、界面友好的信息化平臺，融管理于服務(wù)、變管理為服務(wù)，提升客戶感知與公眾滿意度。二是“以業(yè)務(wù)為靈魂”進(jìn)行路徑創(chuàng)新。將信息化建設(shè)路徑由技術(shù)導(dǎo)向轉(zhuǎn)變?yōu)閱栴}導(dǎo)向，沉下身子、面向一線，將信息化平臺和業(yè)務(wù)流程深度捆綁，所搭建的信息化平臺均是基于業(yè)務(wù)土壤而生，所有的創(chuàng)新既來源于業(yè)務(wù)需求和問題反饋，又服務(wù)于業(yè)務(wù)應(yīng)用和業(yè)務(wù)創(chuàng)新。三是“以互聯(lián)網(wǎng)為標(biāo)桿”進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。主動向互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)“對標(biāo)找差”，改變原有傳統(tǒng)的技術(shù)模式，平臺來之于云、成之為云，從“煙囪”架構(gòu)到扁平架構(gòu)，從商業(yè)軟件到開源軟件，各種創(chuàng)新為智慧高速建設(shè)探索了新的模式，樹立了新的標(biāo)桿。

4.4 四大體系

4.4.1 架構(gòu)體系

按照“云”“管”“端”整體IT架構(gòu)組建智慧高速信息系統(tǒng)：“云”是公有云服務(wù)，“管”是可控信息管道，“端”是豐富智能終端。業(yè)務(wù)系統(tǒng)按照統(tǒng)一平臺模式和扁平化的架構(gòu)進(jìn)行建設(shè)。軟件架構(gòu)體現(xiàn)開放性原則，各層松散耦合，內(nèi)外部系統(tǒng)易于對接。

4.4.2 網(wǎng)絡(luò)體系

構(gòu)建自主可控的新一代傳輸架構(gòu)，SD-WAN即軟件定義廣域網(wǎng)，是具有安全性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性的特點，利用這套網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以承載視頻監(jiān)控、收費備用、稽查打逃、車牌識別等智慧高速全部數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

4.4.3 用戶體系

建設(shè)用戶統(tǒng)一訪問入口，對信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和服務(wù)進(jìn)行整合，折疊多樣性應(yīng)用，提供個性化的、安全的、一站式的信息資源訪問環(huán)境。建立唯一的用戶信息庫，具有唯一識別，提供一種方便、安全的認(rèn)證方法。建立統(tǒng)一的權(quán)限管理平臺，實現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)、人員、角色、應(yīng)用的全領(lǐng)域管理。

4.4.4 運維體系

根據(jù)信息化發(fā)展趨勢，將智慧高速各應(yīng)用系統(tǒng)的運維功能與業(yè)務(wù)系統(tǒng)緊密結(jié)合，不單獨研發(fā)針對信息化設(shè)備和平臺的運維系統(tǒng)，而是將運維功能集成在各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，更直觀、更全面也更高效。

4.5 五朵云平臺

4.5.1 調(diào)度云

圍繞高速公路路網(wǎng)調(diào)度打造的流程全覆蓋、管理全方位、社會全參與的實時互動的云服務(wù)，是具有典型特征的行業(yè)云。調(diào)度云面向高速公路的全體管理者與使用者，通過一個云平臺，直接服務(wù)于交通運輸部、各省級交通管理部門、各路段管理單位的管理者、一路三方的現(xiàn)場人員、后臺的指揮調(diào)度人員以及廣大社會公眾。調(diào)度云可以平滑支撐公安、路政、消防等相關(guān)部門的業(yè)務(wù)操作，在統(tǒng)一平臺上實現(xiàn)跨部門、跨層級、跨區(qū)域的業(yè)務(wù)融合。

1.1.1 課程體系 目前該課程是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的選修課，為學(xué)生知識拓展，以及能力提升之用．集成電路設(shè)計設(shè)置在電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)大三第2學(xué)期，修完的專業(yè)基礎(chǔ)課只有模擬電子電路、數(shù)字電子電路、電路分析、理論物理基礎(chǔ)和半導(dǎo)體物理，對集成電路設(shè)計課程來說，還缺少必要的固體物理、晶體管物理以及量子力學(xué)．此外，也沒有集成電路設(shè)計相關(guān)的專業(yè)課，如集成電路工藝、集成電路設(shè)計CAD、集成電路封裝與測試等專業(yè)課．若沒有集成電路專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)就比較吃力，教師講授也相對較困難，也就是說，不管對教師教學(xué)，還是學(xué)生學(xué)習(xí)，都沒有很好的知識體系框架的保障．

4.5.2 服務(wù)云

以“互聯(lián)網(wǎng)+高速”模式應(yīng)用為支撐，針對出行個體，分析出行需求，找準(zhǔn)服務(wù)痛點，豐富服務(wù)功能，整合服務(wù)入口，挖掘服務(wù)價值，圍繞移動終端提供伴隨式出行信息服務(wù)?！敖K高速”微信公眾號主打道路視頻“一鍵可視”、收費站開關(guān)“一鍵可查”、道路氣象“一鍵可知”、路遇困難“一鍵救援”多項自助查詢服務(wù)。

4.5.3 收費云

建設(shè)高識別率的云端車牌識別系統(tǒng)，平臺具備深度學(xué)習(xí)能力，不斷提升算法能力；通過門架系統(tǒng)實時獲取視頻、高清抓拍、ETC、CPC等數(shù)據(jù)并進(jìn)行全面分析；通過大數(shù)據(jù)分析迅速對車輛歷史行駛軌跡、行駛時間等信息進(jìn)行準(zhǔn)確還原；建立獨立分析模型，找出異常車輛信息，為收費、值機(jī)和執(zhí)法提供“數(shù)字化取證”，打擊各種偷逃通行費的違法、違規(guī)行為。

4.5.4 內(nèi)控云

依據(jù)企業(yè)內(nèi)控機(jī)制，結(jié)合業(yè)務(wù)特點，建成橫向到邊、縱向到底的綜合管控云平臺。全面覆蓋行政、辦公、人力、投資、采購、合同、支付等全流程管理，實現(xiàn)對重要業(yè)務(wù)流程的全方位管控，并和智慧高速各業(yè)務(wù)平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同，通過平臺標(biāo)準(zhǔn)化促進(jìn)管理標(biāo)準(zhǔn)化、高效化、科學(xué)化，提高內(nèi)部管控效率，支撐管理模式創(chuàng)新。

4.5.5 資管云

5 江蘇智慧高速的未來

5.1 智慧門架

現(xiàn)在很多智慧城市建設(shè)，都將燈桿作為數(shù)據(jù)采集載體、業(yè)務(wù)入口和發(fā)布平臺。高速公路的基礎(chǔ)條件更好，智慧門架建設(shè)和路燈一樣，同樣具備分布廣、數(shù)量大、位置固定、可識別性強(qiáng)的特點，并已經(jīng)集成了ETC和CPC交互、車牌抓拍、視頻、供電、網(wǎng)絡(luò)等多個系統(tǒng)，未來一方面可以進(jìn)一步融入信息采集、情報發(fā)布、傳輸中繼等功能，另一方面還可以拓展為路側(cè)邊緣計算節(jié)點，全球最大的車路協(xié)同基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)已經(jīng)初具雛形。

5.2 5G傳輸

5G可滿足各種場景下人與物、物與物的連接，將推動網(wǎng)絡(luò)世界從“二維”到“三維”的轉(zhuǎn)變，讓虛擬與現(xiàn)實更精準(zhǔn)對接。基于安全、可靠、低延時和高帶寬的5G網(wǎng)絡(luò)連接，路方可對交通的流量、速度、方向進(jìn)行調(diào)整和控制，車方可獲得及時、準(zhǔn)確、可靠的路況、預(yù)警和服務(wù)，并有望滿足未來遠(yuǎn)控駕駛、輔助駕駛、自動駕駛的連接要求。下一步，爭取在五峰山未來高速上率先實現(xiàn)5G全覆蓋［3］。

5.3 OBU上車

收費政策調(diào)整為ETC發(fā)展帶來了前所未有的機(jī)遇，大量OBU被安裝在汽車上，大量車主開通了ETC賬戶，可實現(xiàn)從高速到城市、從路內(nèi)到路外，包括能源、交通、旅游、保險、金融、生活等多個場景的支付應(yīng)用，為車主提供上得高速、下得停車場、進(jìn)得商圈、回得家園的便捷服務(wù)。未來還可以將OBU拓展為車車交互、車路交互的載體，更可以成長為車端的計算中樞和數(shù)據(jù)中心，為車主提供伴隨式服務(wù)，并作為承載終端支撐車生活、自動駕駛等應(yīng)用落地。

“智慧”這個詞一直是形容人的，既然可以用它來描述高速公路，那智慧高速應(yīng)該也像人一樣，由大腦、神經(jīng)和軀干三個部分組成。上述的3個場景，恰好代表了這3個部分。智慧門架代表著智能終端，是軀干；5G傳輸代表著高速傳輸，是神經(jīng)；無數(shù)個OBU和云端資源連接起來，代表著數(shù)據(jù)中心，是大腦。

智能終端由各類智能硬件、傳感設(shè)備和發(fā)布設(shè)備組成，主要作用是底層的感知、外場的發(fā)布、邊緣計算，以及執(zhí)行控制指令。傳輸系統(tǒng)向上往數(shù)據(jù)中心傳遞從感知系統(tǒng)采集的信息；向下望終端傳遞決策信息和必要的外部信息。數(shù)據(jù)中心集中匯聚全量的交通信息和外部信息，對所有交通要素進(jìn)行監(jiān)控，對各類信息進(jìn)行分析、研判和決策，對高速公路各要素和資源進(jìn)行調(diào)配；支撐整個高速體系的智慧運行。三者彼此促進(jìn)、有機(jī)結(jié)合，未來車路協(xié)同、遠(yuǎn)程駕駛、跟蹤服務(wù)、自動駕駛，甚至構(gòu)造一個以車為身份標(biāo)識的社交、娛樂、生活世界，都不再只是想象。

智慧高速無法一蹴而就，需要不斷地探索創(chuàng)新，如同人類的進(jìn)化一樣，智慧高速建設(shè)只有起點沒有終點，唯有將技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新和管理創(chuàng)新、服務(wù)創(chuàng)新、商業(yè)創(chuàng)新結(jié)合起來，才能打造更繁榮的高速公路產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，讓人、車、路和環(huán)境更加和諧統(tǒng)一，讓交通運行更加高效、安全、綠色，讓出行體驗更加美好。