智慧高速建設(shè)現(xiàn)狀研究與展望

羅華松 劉志宏

摘要 智慧高速公路是智慧交通和交通強(qiáng)國建設(shè)的著力點(diǎn)和發(fā)力點(diǎn)，但各省對高速公路的理解和認(rèn)識尚未在深層次形成統(tǒng)一，影響智慧高速規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化落地;應(yīng)進(jìn)一步深化研究，科學(xué)總結(jié)制定有利于健康發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)體系，推動智慧高速高質(zhì)量發(fā)展。

關(guān)鍵詞 智慧高速公路;試點(diǎn)建設(shè);交通強(qiáng)國;數(shù)字化;感知設(shè)備

中圖分類號 U495 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0007-03

0 引言

智慧高速公路，是在土地資源趨近飽和的條件下，為滿足日益增長的交通需求，充分利用現(xiàn)代技術(shù)，包括大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、5G、C-V2X、BIM、北斗和人工智能等新技術(shù)應(yīng)用，以大數(shù)據(jù)為核心，提升多源感知、融合分析、決策支持能力，實(shí)現(xiàn)人、車、路、環(huán)境的深度融合，實(shí)現(xiàn)建設(shè)、管理、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營、服務(wù)全過程數(shù)字化和智能化的高速公路。

1 智慧高速公路發(fā)展背景及政策支持

近幾年，在“新基建”等各種政策的推動下，我國已經(jīng)對智慧高速建設(shè)的必要性形成共識，特別是為早日實(shí)現(xiàn)《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》提出的“交通基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量、智能化與綠色化水平居世界前列”[1]的宏偉目標(biāo)，智慧高速作為交通運(yùn)輸行業(yè)信息化、智能化發(fā)展程度最高的領(lǐng)域之一，是建設(shè)交通強(qiáng)國的必由之路（如圖1）。

2 新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)建設(shè)

交通強(qiáng)國、新一代國家交通控制網(wǎng)等文件指明各地智慧高速試點(diǎn)工作內(nèi)容，引導(dǎo)提升高速公路在“建、管、養(yǎng)、運(yùn)、服”方面的智慧化能力，加快技術(shù)落地和產(chǎn)業(yè)生態(tài)形成。從2018年2月智慧公路試點(diǎn)工程正式啟動，首批有北京、河北、河南、江西、吉林、浙江、江蘇、福建以及廣東九個智慧公路試點(diǎn)地區(qū)[2]，到現(xiàn)在全國已建/在建智慧高速達(dá)到30多條，可謂遍地開花，精彩紛呈。

重點(diǎn)介紹下第一批智慧高速試點(diǎn)工程開展情況。北京、河北依托延崇高速智慧公路試點(diǎn)開展，特色是“利用車路協(xié)同實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)換乘樞紐和奧運(yùn)場地信息服務(wù)”，延崇高速北京段長33.2 km，2019年12月完成L4級自動駕駛和隊(duì)列跟馳測試，河北段長81.6 km，于2021年8月建成通車;河南省新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)工程特色是“物流通道交通要素數(shù)字化和綜合管理”，依托全長106 km的機(jī)西高速公路，于2021年9月竣工驗(yàn)收;江西省新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路示范工程是昌九高速公路，試點(diǎn)特色是“車路協(xié)同控制網(wǎng)”“大數(shù)據(jù)綜合路網(wǎng)管理”“北斗高精度應(yīng)用”，2019年7月進(jìn)行無人駕駛編隊(duì)形式測試，2019年9月開展北斗衛(wèi)星收費(fèi)測試;廣東省依托南沙大橋和樂廣高速公路，突出大灣區(qū)路運(yùn)一體化車路協(xié)同試點(diǎn)特色，南沙大橋于2019年4月開通，樂廣高速項(xiàng)目正在開展基于大數(shù)據(jù)的監(jiān)管養(yǎng)運(yùn)綜合監(jiān)測系統(tǒng)、北斗信號增強(qiáng)系統(tǒng)建設(shè);福建省智慧高速公路示范工程，突出兩個中心（綜合路網(wǎng)指揮信息中心、綜合路網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心）、四大應(yīng)用（綜合路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測應(yīng)用、綜合路網(wǎng)應(yīng)急處置應(yīng)用、綜合路網(wǎng)公眾服務(wù)應(yīng)用、綜合路網(wǎng)態(tài)勢可視化應(yīng)用），建立基于GIS、路網(wǎng)運(yùn)行和業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)，形成動態(tài)、實(shí)時、立體的“一路一檔”的道路交通系統(tǒng);吉林省依托琿烏高速公路，正在建立基于“精準(zhǔn)地形+影像+GIS”基礎(chǔ)設(shè)施信息數(shù)字化管理體系，建立集高速公路建設(shè)管理、路網(wǎng)管控、養(yǎng)護(hù)監(jiān)測、運(yùn)行管理、服務(wù)業(yè)務(wù)于一體的管理平臺;江蘇省依托常州車路協(xié)同封閉測試區(qū)開展“打造智能通信網(wǎng)、智能道路網(wǎng)、綠色能源網(wǎng)”“基于車路協(xié)同技術(shù)集示范、測試、產(chǎn)業(yè)帶動功能于一體的線路環(huán)境”“探討無人駕駛綜合商用模式”主題內(nèi)容試點(diǎn)，2021年1月通過驗(yàn)收，是目前效益最好的試點(diǎn)工程;浙江省智慧高速試點(diǎn)工程是杭州繞城西復(fù)線高速公路，試點(diǎn)特色是基于阿里云的大數(shù)據(jù)路網(wǎng)管理，2020年底全線建成通車，開展了自有管理車輛智能終端安裝工作，嘗試車輛在高速運(yùn)行狀態(tài)下的通信可靠性研究。

3 已建成的典型智慧高速公路

3.1 浙江—杭紹臺高速紹興段

杭紹臺高速公路紹興段全長67 km，是浙江省首條智慧高速，整條高速以“1+N”建設(shè)模式，打造了“準(zhǔn)全天候通行”“智慧隧道”“智慧服務(wù)區(qū)”“車路協(xié)同”為核心的四大特色場景[3]。打造了全息感知的智慧高速云控平臺，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)高速公路主動交通管控服務(wù)，支持準(zhǔn)全天候通行;基于智慧隧道管控平臺，為隧道提供全面感知、可靠物聯(lián)、高效協(xié)同、智慧應(yīng)急，保障安全運(yùn)行;充分利用服務(wù)區(qū)、隧道口等現(xiàn)有場地，建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，構(gòu)建綠化能源供應(yīng)體系;智能路側(cè)融合感知多源數(shù)據(jù)與云控平臺的融合，為無人駕駛車輛做好了技術(shù)層面的預(yù)留和鋪墊，讓高速公路在技術(shù)層面上達(dá)到具備“無人駕駛”的條件。

3.2 五峰山長江大橋南北公路接線工程

五峰山長江大橋南北公路接線全長33.0 km，以“安全保障全天候、出行服務(wù)全方位、運(yùn)營維護(hù)全數(shù)字、綠色建管全壽命”為理念，打造了一條面向未來的新一代高速公路，研究成果達(dá)到國際先進(jìn)水平。一是設(shè)置了10 km車道級霧天誘導(dǎo)試驗(yàn)段，在雨雪、霧天實(shí)現(xiàn)類似于飛機(jī)盲降的效果;二是江蘇省首個準(zhǔn)自由流收費(fèi)試點(diǎn)項(xiàng)目，通過將龍門架前移到高速公路出口匝道，實(shí)現(xiàn)了ETC的預(yù)收費(fèi)通行效率提高3倍以上;三是建成全國第一個完備的高速公路車路協(xié)同示范應(yīng)用基地。四是擁有全省新建體量最大的智慧服務(wù)區(qū)——揚(yáng)州廣陵服務(wù)區(qū)。

3.3 京臺高速泰安至棗莊段

山東京臺高速泰棗段智慧高速全長189.5 km，是全國首條全線開通的“改擴(kuò)建+智慧高速”交通強(qiáng)國試點(diǎn)項(xiàng)目。項(xiàng)目建成全國里程最長的開放式車路協(xié)同試驗(yàn)路段，實(shí)現(xiàn)了路側(cè)精準(zhǔn)感知、車道級精準(zhǔn)管控、車流量統(tǒng)計、事件快速響應(yīng)等服務(wù)，有效提升道路行車安全與效率，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破。一是通過使用雷視融合技術(shù)對路側(cè)雷達(dá)、視頻監(jiān)控在時空同步下做精準(zhǔn)匹配和數(shù)據(jù)擬合，形成完全數(shù)據(jù)時空融合的軌跡信息，解決車牌識別不清、車速車流測試不準(zhǔn)、車輛軌跡跳變等問題;二是在毫米波雷達(dá)精調(diào)、高精度標(biāo)定的基礎(chǔ)上，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、雷達(dá)天線邊緣調(diào)優(yōu)算法，實(shí)現(xiàn)全域車輛目標(biāo)軌跡圖像高精度連續(xù)感知跟蹤，單MEC設(shè)備內(nèi)目標(biāo)軌跡連續(xù)保持率達(dá)到95%以上;三是面對開放路段場景復(fù)雜、項(xiàng)目周期短等挑戰(zhàn)，及時總結(jié)雷視融合綜合感知調(diào)優(yōu)方法，尤其是高精度標(biāo)定和雷達(dá)調(diào)優(yōu)，保障了京臺智慧高速車路協(xié)同試驗(yàn)段的上線進(jìn)度。

4 從“十四五”規(guī)劃看智慧高速公路發(fā)展

2021年是我國“十四五”開局之年，從各省發(fā)布的“十四五”規(guī)劃來看，智慧高速公路建設(shè)赫然在列，各省交通強(qiáng)國試點(diǎn)工程也是建設(shè)智慧高速公路。智慧高速將向高質(zhì)量發(fā)展方向邁進(jìn)，將迎來規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化推進(jìn)、勢不可擋（部分省市智慧高速公路“十四五”建設(shè)目標(biāo)見表1）。

5 智慧高速公路建設(shè)面臨的問題

5.1 經(jīng)濟(jì)效益分析問題

高速公路智慧化的經(jīng)濟(jì)效益分析存在一定的不確定性，目前沒有公認(rèn)的、統(tǒng)一的效益預(yù)測分析方法、模型;建設(shè)投資者和運(yùn)營企業(yè)普遍關(guān)心的投資回報問題，尚無有效的解決途徑，影響著智慧高速公路向規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

5.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制訂

各省市對智慧化的內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)施中沒有形成統(tǒng)一認(rèn)識，使得不同高速公路項(xiàng)目智慧化建設(shè)和應(yīng)用模式各不相同，所選擇的智慧化產(chǎn)品更是多樣;需要在試點(diǎn)建設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步凝練、總結(jié)技術(shù)成果和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，形成智慧化技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析指標(biāo)，制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為大范圍推廣提供支撐。

5.3 技術(shù)成熟度差異

對于路運(yùn)一體化車路協(xié)同、“互聯(lián)網(wǎng)+”路網(wǎng)綜合服務(wù)等試點(diǎn)內(nèi)容，各地采用不同的技術(shù)路徑以及實(shí)施效果差別不小，無明確的高速公路車路協(xié)同場景應(yīng)用范例;各地智慧化關(guān)鍵技術(shù)研究水平、實(shí)施成熟度存在差異，給高速公路智慧化建設(shè)及推廣應(yīng)用帶來影響。

5.4 內(nèi)外協(xié)同不夠

智慧高速公路需要跨行業(yè)、跨區(qū)域、跨部門的協(xié)同信息管理，行業(yè)信息數(shù)據(jù)開放程度、協(xié)作機(jī)制達(dá)不到深度融合，數(shù)據(jù)賦能未充分釋放，跨界協(xié)同未足夠形成，信息資源交換和共享存在缺陷，影響數(shù)據(jù)分析和協(xié)同應(yīng)用的效果。

5.5 運(yùn)營模式的探索

高速公路智慧化內(nèi)容建設(shè)盈利模式不清晰，缺少商業(yè)化運(yùn)作，運(yùn)營企業(yè)缺少對智慧高速公路盈利方向的判斷，阻礙產(chǎn)業(yè)化落地實(shí)施;需要結(jié)合用戶需求，探索可推廣、可持續(xù)化發(fā)展的運(yùn)營模式。

5.6 信息安全防護(hù)

在數(shù)字賦能的同時，前所未有的安全風(fēng)險隨之而來，網(wǎng)絡(luò)攻擊對象及權(quán)益進(jìn)一步擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)攻擊的影響力指數(shù)級暴漲;對關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施信息和關(guān)鍵數(shù)據(jù)資源保護(hù)，具有現(xiàn)實(shí)的戰(zhàn)略意義，需要主動防護(hù)、縱深防御、綜合防范、確保安全。

6 對智慧高速公路發(fā)展建議

6.1 頂層設(shè)計和因地制宜

頂層設(shè)計是開展智慧高速公路建設(shè)的先決條件，是確定創(chuàng)新技術(shù)方案的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[4];應(yīng)統(tǒng)籌布局做好建設(shè)方向、空間布局、建設(shè)時序規(guī)劃，近期應(yīng)關(guān)注成熟技術(shù)的規(guī)?；⒕W(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用，遠(yuǎn)期應(yīng)跟蹤前沿科技布置試點(diǎn)研究，并做好對接和預(yù)留;要注重實(shí)效、因地制宜，結(jié)合特定區(qū)域、特定階段、特定需求來開展高速公路智慧化建設(shè);新的應(yīng)用場景應(yīng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋，形成規(guī)?；?，擴(kuò)大交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。

6.2 統(tǒng)一認(rèn)識和深化研究

混合交通現(xiàn)象會長期存在，應(yīng)研究人工駕駛和自動駕駛混行情況下的技術(shù)安全問題，自主駕駛與車路協(xié)同式自動駕駛方案的技術(shù)融合路徑，研究原有公路疊加智慧化設(shè)備后新增資產(chǎn)的投資回收問題，研究新的運(yùn)行方式給各方（設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、車、路方等）帶來的責(zé)任劃分問題。

6.3 科學(xué)總結(jié)和制定標(biāo)準(zhǔn)

對已開展的智慧高速公路試點(diǎn)工程進(jìn)行科學(xué)評估，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，研究制定智慧高速公路建設(shè)指南，分類制定關(guān)鍵性、基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)，及時將試點(diǎn)成果轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn);堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)發(fā)展、用戶需求相結(jié)合，標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量提升相結(jié)合，國家標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，建立有利于智慧公路健康發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)體系。

6.4 創(chuàng)新驅(qū)動和安全問題

智慧高速集成人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等多項(xiàng)新技術(shù)，具有學(xué)科交叉、產(chǎn)業(yè)協(xié)同、升級迭代迅速、牽動面廣等突出特征，必須走集成創(chuàng)新、協(xié)同驗(yàn)證之路[5];新的技術(shù)應(yīng)用帶來前所未有的安全風(fēng)險，一旦發(fā)生重大安全風(fēng)險事故，將阻礙應(yīng)用進(jìn)程;在智慧高速公路建設(shè)中，應(yīng)嚴(yán)格貫徹總體國家安全觀，推動網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)施與智慧交通同步實(shí)施，做好網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)。

7 結(jié)束語

智慧高速公路是智慧交通和交通強(qiáng)國建設(shè)的著力點(diǎn)和發(fā)力點(diǎn)，“十四五”時期必將是智慧高速蓬勃發(fā)展的黃金時期。目前，智慧高速發(fā)展如火如荼，智慧高速試點(diǎn)遍地生花，但從整體路網(wǎng)成效來看，對高速公路的理解和認(rèn)識尚未在深層次形成統(tǒng)一，關(guān)鍵技術(shù)有待突破，商業(yè)模式未建構(gòu)等問題;應(yīng)進(jìn)一步深化研究，遵循需求引導(dǎo)、問題引導(dǎo)，進(jìn)一步突破智慧高速關(guān)鍵技術(shù)，探索成功可行的商業(yè)模式，注重實(shí)效因地制宜，科學(xué)總結(jié)制定有利于智慧公路健康發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)體系，推動智慧高速規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化落地。

參考文獻(xiàn)

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