關于智慧高速總體框架和建設內(nèi)容的思考

丁閃閃 刁含樓

摘 要：智慧化是未來高速公路的發(fā)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(nèi)智慧高速技術探索和試點示范的基礎上，對智慧高速的內(nèi)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(shù)字運營”五位一體的智慧高速總體框架和具體內(nèi)容，最后結(jié)合在智慧高速規(guī)劃設計中遇到的問題，提出若干智慧高速實施建議，為后續(xù)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(nèi)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(wǎng)的規(guī)模效應已經(jīng)顯現(xiàn)，網(wǎng)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(tǒng)交通擁堵、交通事故、環(huán)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(fā)展重點。2018年初，交通運輸部辦公廳發(fā)布《關于加快推進新一代交通控制網(wǎng)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(nèi)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(nèi)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(fā)展的高階形態(tài)，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(nèi)涵還未形成統(tǒng)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(nèi)涵和外延，其本質(zhì)為具有感知、思考、理解、分析、執(zhí)行等聰慧能力，涵蓋人、載運工具、基礎設施、環(huán)境等要素[3]，實現(xiàn)各要素協(xié)同運行的公路。目標為實現(xiàn)公路的提質(zhì)增效，具體表現(xiàn)為安全、高效、便捷。相對于傳統(tǒng)的以機電三大系統(tǒng)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(tài)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(lián)網(wǎng)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(huán)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(qū)、隧道，通過采用5G、車路協(xié)同、互聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)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(yǎng)護作業(yè)等功能，提高路網(wǎng)暢通水平和運行效率。

決策能力更強：利用大數(shù)據(jù)、知識圖譜、人工智能、數(shù)字孿生等技術，實現(xiàn)決策的更加科學。

2 智慧高速總體框架

在智慧高速現(xiàn)狀分析和內(nèi)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(shù)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(tǒng)機電三大系統(tǒng)在新時代背景下的升級完善，打造智慧高速公路大腦，創(chuàng)建若干智慧高速應用場景，最終實現(xiàn)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(tài)信息和公路氣象環(huán)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(chǎn)生的數(shù)據(jù)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(fā)布;全數(shù)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(chǎn)生的信息可反饋用于整個智慧高速的協(xié)同優(yōu)化運行。

3 智慧高速建設內(nèi)容

3.1 全要素感知

主要建設內(nèi)容包含主體及附屬設施監(jiān)測、交通運行狀態(tài)監(jiān)測和公路氣象環(huán)境監(jiān)測，實現(xiàn)交通要素的全息感知。主體及附屬設施監(jiān)測：針對路面、橋梁、邊坡、交通標志標線異常狀態(tài)，如裂縫、坑塘、車轍、結(jié)構(gòu)變形、環(huán)境腐蝕等，通過在高速公路沿線布設物聯(lián)網(wǎng)傳感器、視頻檢測器、微波檢測器等，對異常狀態(tài)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(tài)監(jiān)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(xiàn)交通流要素、交通運行狀態(tài)的全方位監(jiān)測，實現(xiàn)交通事件10s級極速感知;公路氣象環(huán)境監(jiān)測：通過氣象監(jiān)測站，針對團霧、道路積水結(jié)冰等進行及時檢測，有助于開展交通誘導和采取管養(yǎng)措施，減少道路交通事故發(fā)生概率。

3.2 全方位服務

主要建設內(nèi)容包含傳統(tǒng)信息發(fā)布、車路協(xié)同信息發(fā)布和“互聯(lián)網(wǎng)+”信息發(fā)布、智慧服務區(qū)、智慧隧道、自由流收費，實現(xiàn)“出行前”、“出行中”及“出行后”全方位信息服務，提升交通信息發(fā)布的覆蓋面和及時性。傳統(tǒng)信息發(fā)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(wǎng)站等，發(fā)布路況信息、預警信息等;車路協(xié)同信息發(fā)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(xiàn)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(lián)網(wǎng)+”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(tǒng)，通過發(fā)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(qū)：主要建設內(nèi)容包含智慧停車、集約型燈桿、服務區(qū)管理平臺、智慧高速展廳，實現(xiàn)服務區(qū)公眾服務能力提升;智慧隧道：主要建設內(nèi)容包含隧道融合拼接投影系統(tǒng)、5G+北斗網(wǎng)絡全覆蓋和智能綜合信息管理平臺等，實現(xiàn)“安全優(yōu)先、舒適出行”;自由流收費：基于ETC門架系統(tǒng)的建設，提升出行品質(zhì)。

3.3 全天候通行

主要建設內(nèi)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(cè)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(tǒng)，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(qū)域布設誘導燈，實現(xiàn)分流區(qū)智慧誘導、合流區(qū)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(huán)境下的既視感。

3.4 全過程管控

主要建設內(nèi)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(yǎng)護作業(yè)。主線車道級管控：通過設置車道控制器、可變限速標志，結(jié)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(qū)域布設信號燈或者車道控制器，根據(jù)主線交通量，適當調(diào)整匝道區(qū)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(diào)度，備勤點和臨時駐點的布局優(yōu)化，設置智慧應急驛站;智能養(yǎng)護作業(yè)：結(jié)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(shù)字運營

主要建設內(nèi)容包括：云平臺、業(yè)務協(xié)同工作平臺、大數(shù)據(jù)平臺和數(shù)字孿生系統(tǒng)。云平臺：針對現(xiàn)有硬件資源實現(xiàn)虛擬化，實現(xiàn)云基礎設施、數(shù)據(jù)、服務、應用等資源的一體化、協(xié)同化管理;業(yè)務協(xié)同工作平臺：實現(xiàn)基礎設施監(jiān)測、路網(wǎng)管理與應急指揮、養(yǎng)護管理、辦公自動化等業(yè)務功能;大數(shù)據(jù)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(yǎng)護評價模型、事件影響分析模型、路面病害識別模型等;數(shù)字孿生系統(tǒng)：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(yè)務流程以及統(tǒng)計分析結(jié)果。

4 智慧高速實施建議

4.1 公路業(yè)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(fā)展重點，公路業(yè)務人員和管理者，由于自身職責和業(yè)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(jié)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(xié)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(fā)展和迭代，如5G技術，在當前標準尚未凍結(jié)、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(jù)技術成熟度確定是否推廣。

4.3 智慧公路建設需結(jié)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(xù)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(jié)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(shù)據(jù)壁壘

數(shù)據(jù)為戰(zhàn)略性資源，也是實現(xiàn)數(shù)字孿生及科學決策的重要基礎，與外行業(yè)進行必要的數(shù)據(jù)交換共享可進一步擴大公路行業(yè)的數(shù)據(jù)源，同時實現(xiàn)外場設備的集約利用，減少工程建設成本。經(jīng)驗表明，依托單個工程自下而上嘗試打通數(shù)據(jù)壁壘難度很大，由于缺乏體制機制的保證，數(shù)據(jù)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(tǒng)性工程，建議自上而下推動打通數(shù)據(jù)壁壘，明確各方職責，促進必要數(shù)據(jù)的行業(yè)間交換共享。

5 小結(jié)

新基建時代，智慧高速公路將有力帶動智能制造和互聯(lián)網(wǎng)相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是我國在經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展期促進新一輪經(jīng)濟增長的重要抓手。高速公路作為交通運輸行業(yè)信息化、智能化發(fā)展程度最高的領域之一，發(fā)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(yè)發(fā)展的必然。本研究基于對智慧高速內(nèi)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(shù)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(nèi)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(guī)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(gòu)與發(fā)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(wǎng)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.