大數(shù)據(jù)背景下的智慧公路泛在建設(shè)探討與研究

陸全民

（甘肅省公航旅通定高速公路管理有限公司，甘肅 定西 743099）

智慧公路的概念其實早已有之，只不過被刻上了深深的時代烙印。基于新基建規(guī)劃、“十四五”遠(yuǎn)景規(guī)劃及“碳中和碳達(dá)峰”目標(biāo)的發(fā)布，作為全新的國家發(fā)展戰(zhàn)略，智慧公路在當(dāng)代社會的定義可以闡述為：集成式的應(yīng)用5G+通信信息技術(shù)、光伏與風(fēng)電等新能源技術(shù)、環(huán)保減碳材料、可持續(xù)發(fā)展的新型結(jié)構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)、聯(lián)通云端大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈及Ai等先進(jìn)技術(shù)，搭建的一項綜合性工程。智慧公路依托于交通運輸行業(yè)的頂層設(shè)計，充分串聯(lián)現(xiàn)有的信息孤島，全方位打造面向未來的智慧化、信息化集成公路，是典型的量變引發(fā)質(zhì)變的具體表現(xiàn)。

根據(jù)行業(yè)目前的現(xiàn)狀來看，公路建設(shè)的發(fā)展通過上述新技術(shù)、新材料的融合，部分公路已經(jīng)可以在概念上實現(xiàn)智慧公路基礎(chǔ)的功能與作用，包括譬如：車況與路況的監(jiān)測、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性檢測與預(yù)警、交通事故與惡劣天氣的預(yù)警、合理路線的規(guī)劃、應(yīng)急調(diào)度、云端視頻監(jiān)控、智慧ETC服務(wù)等方面。智慧公路更深層次的意義不僅在于運營維護(hù)階段，而是囊括最初的設(shè)計、規(guī)劃與施工階段，涵蓋智慧公路發(fā)展的全產(chǎn)業(yè)鏈，綜合提升了行業(yè)整體的轉(zhuǎn)型升級能力，為公路運輸在新時代的發(fā)展提供了更為廣闊的平臺。

1 國內(nèi)外智慧公路建設(shè)分析

智慧公路在國外的建設(shè)與發(fā)展最早始于20世紀(jì)90年代的歐洲。當(dāng)時的瑞典政府修建了一段搭載有光導(dǎo)傳感器、事故擁堵報警器、路面不良狀況報警器等裝置的智慧公路。上述裝置的工作原理為：利用光導(dǎo)傳感器連接各個報警裝置，通過聲音與光源的交互傳遞，就路面的即時狀況對車輛駕駛員進(jìn)行提示報警。同期的美國，也在加利福尼亞州修建了一條智慧公路，該路段搭建有當(dāng)時最為先進(jìn)的計算機控制系統(tǒng)、顯示裝置以及向?qū)椒答佅到y(tǒng)，能夠較為準(zhǔn)確地為決策者及時提供道路車輛運營信息。國外智慧公路的建設(shè)研究早、發(fā)展快，進(jìn)入21世紀(jì)，荷蘭境內(nèi)的一條高速公路，甚至在路面上涂飾了動態(tài)溫度反應(yīng)漆，使得駕駛員在夜間行駛時，可以準(zhǔn)確地分辨清楚路面上的結(jié)冰地帶，提前做出規(guī)避，極大地增加了駕駛員在夜間的安全行車系數(shù)。

在我國，已有北京、河北、廣東等多地相繼開展了智慧公路的試點建設(shè)，試點的主要方向在于圍繞我國自主研發(fā)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，搭載物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化技術(shù)，推進(jìn)車路一體化的協(xié)同管理應(yīng)用。北京大興機場的附屬高速公路，建設(shè)方已在其路面上設(shè)置了“冰雪防滑”的實用功能，在重慶，一條全國規(guī)模最大、路線最長、路況最復(fù)雜、場景最全的集智慧高速公路已經(jīng)投入使用，該路段具備人與車與路的信息互通、云端大數(shù)據(jù)信息同步、智慧管理平臺一體化調(diào)度的集成化應(yīng)用，并搭配有智慧ETC服務(wù)、全路段信息記錄、智慧養(yǎng)護(hù)信息服務(wù)等功能，在我國智慧公路的發(fā)展上具有十分重要的領(lǐng)航意義[2]。

2 智慧公路的建設(shè)探究

2.1 實現(xiàn)智慧公路建設(shè)的要素分析

智慧公路相比于傳統(tǒng)公路的優(yōu)勢要素主要區(qū)別于以下幾個方面：

（1）智慧研判能力

傳統(tǒng)的交通方式可以說是幾乎沒有智慧的判決能力，僅依靠于沿途的一些視頻監(jiān)控或是人工的輔助管控，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足呈遞增態(tài)勢的公路交通流量，為行業(yè)的決策者帶來了巨大的管理壓力。而智慧公路的建設(shè)，則需要借助區(qū)塊鏈、云計算、5G大數(shù)據(jù)等新型的信息化技術(shù)與公路交通行業(yè)進(jìn)行深度的交融，構(gòu)建云端模型庫，實現(xiàn)交通信息數(shù)據(jù)的共享及雙向反饋。這樣，公路管理人員可以隨時掌控自己所管轄路段的每一輛車輛的詳細(xì)狀況，而駕駛員也可以隨時掌握路況以及提前規(guī)避前方的障礙與危險。決策者也可依靠數(shù)據(jù)信息，宏觀上對道路整體的規(guī)劃布局進(jìn)行調(diào)整建設(shè)，實現(xiàn)社會效益的最大化，真正實現(xiàn)公路交通在數(shù)據(jù)信息上的準(zhǔn)確錄入、及時報告、自動處理、快捷響應(yīng)、預(yù)測報警、提高效率，全方位體現(xiàn)智慧公路的智慧研判能力。

（2）智慧管控能力

基于智慧公路的研判能力，智慧公路可以實現(xiàn)公路、車輛、人員以及道路一切附屬設(shè)施的監(jiān)控與管理，最短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)路網(wǎng)營運異常并派遣工作人員進(jìn)行處理，及時消除安全隱患與潛在的威脅。智慧公路的管控往往體現(xiàn)在道路交通的分流以及高速公路速度的控制上，通過對公路車輛信息的錄入，生成未來時段速度及流量模擬趨勢曲線分布圖，再根據(jù)公路實況對后來車輛進(jìn)行限速或者提速通告，從而控制并誘導(dǎo)不同時段的車流，杜絕堵車事件的發(fā)生。智慧公路的相關(guān)技術(shù)一旦得到大規(guī)模的應(yīng)用，我國高速公路120 km/h的限速或許會成為歷史，人、車、路的一體化管控，可以實現(xiàn)智慧公路限速突破120 km/h。

（3）智慧執(zhí)法能力

智慧公路的研判能力與管控平臺搭建好之后，就需要運營期間的智慧執(zhí)法能力上線了。傳統(tǒng)執(zhí)法一般通過交通管制人員在現(xiàn)場的執(zhí)法以及通過視頻監(jiān)控的方式進(jìn)行管制，智慧公路的智慧執(zhí)法，可通過升級改造現(xiàn)有的電子監(jiān)控設(shè)施，將記錄的信息上傳至全國通用的信息共享平臺，全面監(jiān)控擅闖紅燈、逆向行駛、超速行駛、違章停車等違反交通規(guī)則的行為，甚至可以聯(lián)通車內(nèi)信息系統(tǒng)，對貨車駕駛員進(jìn)行疲勞駕駛提醒、行車間距提示、服務(wù)區(qū)位置提示以及前方加油站信息提示。還可采集前后幾十公里的車輛路況信息，依據(jù)其規(guī)律性的數(shù)據(jù)差異，實時對智能信號燈進(jìn)行調(diào)控，可避免道路無車卻存在漫長等待等待、部分區(qū)域堵車而部分區(qū)域無車等現(xiàn)象的發(fā)生，體現(xiàn)公路交通執(zhí)法的人性化。

（4）智慧服務(wù)能力

未來智慧公路卓越的服務(wù)能力具體體現(xiàn)在，公路沿線均布置有傳感器，傳感器終端與智慧管理平臺串聯(lián)，平臺會將終端反饋的路況信息通過手機發(fā)送至管理人員，譬如路面塌陷、雨雪大霧、防護(hù)缺失等危及行車安全的種種現(xiàn)象，管理人員通過具體位置、具體事故原因進(jìn)行定點捕捉，擬定救援或者維護(hù)方案，再進(jìn)行下一步工作，能夠及時排除隱患，修復(fù)漏洞，實現(xiàn)高效有序的工作方式。依托于未來新能源技術(shù)的發(fā)展，新能源車輛上路的數(shù)量也將急劇提升，較為先進(jìn)的智慧化公路可以在路面下埋設(shè)類似于摩擦應(yīng)力轉(zhuǎn)換為勢能的裝置，可以為路燈供電，可以為新能源車充電，可以融化積雪，可以蒸發(fā)積水，甚至可以發(fā)展為無人駕駛，將道路交通事故率降至最低，實現(xiàn)真正的車路協(xié)同，提升公路的安全水平，減少交管部門的工作壓力，推進(jìn)人與公路環(huán)境的和諧工作。

2.2 智慧公路的建設(shè)路徑研究

（1）加強智慧公路的規(guī)劃設(shè)計能力

智慧公路網(wǎng)的建設(shè)來自于國家基于民生、經(jīng)濟(jì)以及大戰(zhàn)略發(fā)展方向的頂層設(shè)計，具有時代脈搏氣息與跨越傳統(tǒng)面向未來的前瞻性。其實質(zhì)是傳統(tǒng)的公路交通向數(shù)字化集成方式的轉(zhuǎn)變，因此，智慧公路的建設(shè)在規(guī)劃時，應(yīng)圍繞信息化、數(shù)據(jù)化的方向進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)。這就要求我們的設(shè)計行業(yè)要緊緊把握黨中央的決議與政策，緊跟時代發(fā)展潮流，傾聽數(shù)字化產(chǎn)業(yè)發(fā)展回聲，以敏銳的感知能力和尖銳的洞察能力，在設(shè)計中全面串聯(lián)行業(yè)發(fā)展需求，逐步形成維度、廣度、深度兼?zhèn)涞囊?guī)劃設(shè)計方式，全方位提升智慧公路的規(guī)劃能力。

（2）研發(fā)應(yīng)用車載信息互聯(lián)設(shè)施

智慧公路的建設(shè)分為人的建設(shè)、車輛的建設(shè)、公路的建設(shè)、環(huán)境的建設(shè)，其中，車輛的建設(shè)應(yīng)與路面進(jìn)行相輔相成的設(shè)計與建設(shè)，車載信息互聯(lián)設(shè)施的研發(fā)與建設(shè)尤為重要，因為其關(guān)乎智慧公路最終營運的一個統(tǒng)籌能力。研發(fā)出與當(dāng)前技術(shù)條件相匹配的車載信息互聯(lián)設(shè)施，并付諸實踐推廣使用，利用這些設(shè)施與路面?zhèn)鞲衅?、云端大?shù)據(jù)平臺形成閉合回路，將“人-車-路-云”等交通要素有機地聯(lián)系在一起，充分發(fā)揮我國信息通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)優(yōu)勢，對智慧公路產(chǎn)業(yè)鏈的每一條要素都進(jìn)行覆蓋管控，為駕駛員提供可靠真實的信息傳輸。另一方面，駕駛員在充分享受信息服務(wù)帶來的便捷時，也應(yīng)存在義務(wù)及時對服務(wù)性能進(jìn)行反饋，方便決策者統(tǒng)籌改進(jìn)智慧公路的服務(wù)性能，在不斷完善中獲得進(jìn)步，全面提升智慧公路的整體性能。

（3）推進(jìn)空-地互聯(lián)、覆蓋全國的信息共享系統(tǒng)建設(shè)

傳統(tǒng)車輛裝配的車載信息系統(tǒng)已逐漸無法滿足未來智能駕駛的需求，因此，一套系統(tǒng)化的、高精度的全國公路信息共享系統(tǒng)就迫在眉睫地需要被建設(shè)出來，這是智慧公路可以運行智慧駕駛模式、無人駕駛模式的基準(zhǔn)條件。智慧公路的信息體系，端頭要對接我國現(xiàn)有的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，由我國自主研發(fā)的北斗，對車輛通信、控制、導(dǎo)航、限速等要素提供統(tǒng)一的計量標(biāo)準(zhǔn)，充分融合智慧公路的信息系統(tǒng)與北斗衛(wèi)星，最大化地發(fā)揮空-地優(yōu)勢，全面提升智慧公路對車輛整體的信息服務(wù)能力，哪怕是在偏遠(yuǎn)山區(qū)、環(huán)境惡劣的高原盆地，都可以傳輸實時精準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)訊息?；谏鲜鲂畔⑾到y(tǒng)的串聯(lián)，記錄每一部車輛、每一條公路、每一片區(qū)域、每一天的動態(tài)行為數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)分析計算能力進(jìn)行沙盤模擬或是模型創(chuàng)建，在“雙碳”政策的統(tǒng)管下，對汽車污染物排放、路面濕度、氣候環(huán)境、新能源使用、公路流量承載等狀況進(jìn)行綜合性的分析，整合全國數(shù)據(jù)并形成趨勢分析及預(yù)測圖表，為決策者進(jìn)行全國性的布局規(guī)劃，為國家進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，為駕駛員發(fā)布前瞻性的信息服務(wù)，均提供了強有力的數(shù)據(jù)支撐。該信息系統(tǒng)還可連接各大汽車廠家、維修部門、加油站等服務(wù)設(shè)施，為其在不同地形條件下的車輛設(shè)計、保養(yǎng)維護(hù)等服務(wù)提供人性化的支持。

（4）組建智慧公路的大數(shù)據(jù)云端庫

在信息時代下，各行各業(yè)的進(jìn)步已與其行業(yè)數(shù)據(jù)資源的整合產(chǎn)生了牢不可破的關(guān)系，甚至可以說，掌握了數(shù)據(jù)整合能力，便會在“十四五”的開局之年掌握先機，立于先天不敗之地。傳統(tǒng)的公路交通行業(yè)自有的數(shù)據(jù)資源需及時進(jìn)行優(yōu)化整合，開發(fā)適于智慧公路發(fā)展的欄目，分門別類地進(jìn)行計算與存儲。云端數(shù)據(jù)庫應(yīng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、開放共享的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心，側(cè)重于邏輯協(xié)同及云計算能力，適配自主國產(chǎn)、安全可靠的云控基礎(chǔ)軟件，將分散在各地的系統(tǒng)串聯(lián)、數(shù)據(jù)打通，向上觸及管理部門的決策服務(wù)，向下延伸至用戶的終端設(shè)施，橫向還可與同行業(yè)平臺進(jìn)行交互共享，全面提升智慧公路的營運能力。

3 智慧公路的發(fā)展趨勢分析

我們國家目前的信息化建設(shè)在世界上來說，都處于領(lǐng)先地位，各種基于5G信息化技術(shù)的研究成功層出不窮，各行各業(yè)都在向著智慧化、信息化的方向發(fā)展。伴隨著國家、部委層面相關(guān)政策的大力支持，結(jié)合國家發(fā)展日益增長的公路里程數(shù)，智慧公路的建設(shè)已經(jīng)成為公路交通行業(yè)未來唯一的發(fā)展方向。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，近幾年來，河北、河南以及中西部的部分省市已經(jīng)開始著手智慧公路網(wǎng)的規(guī)劃與建設(shè)，預(yù)計到2023年，全國各省智慧公路建設(shè)投資額將達(dá)到900億元左右，發(fā)展前景極為廣闊。伴隨著智慧公路政策體系的完善，市場規(guī)模還將進(jìn)一步擴(kuò)大，其中還包含既有道路的加固維護(hù)與升級改造。充足的行業(yè)內(nèi)需將會誘發(fā)產(chǎn)業(yè)的急速發(fā)展，市場前景廣闊，未來可期。

但需注意的是，智慧公路運載主體的無人駕駛技術(shù)，在全世界范圍而言，還未全方位的研發(fā)成功并加以應(yīng)用，基于智慧公路多方主體的安全考慮，無人駕駛尚不能應(yīng)用于國內(nèi)的智慧公路建設(shè)。拋開無人駕駛技術(shù)，可以清晰預(yù)見的是，智慧公路在我國的遠(yuǎn)景規(guī)劃，可使新能源汽車、節(jié)能減碳措施落實、5G信息化技術(shù)推廣、區(qū)塊鏈大數(shù)據(jù)建設(shè)、新能源充電樁建設(shè)、人工智能、國有自主芯片研發(fā)及應(yīng)用等，在新基建的推進(jìn)及公路交通行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級中獲得長久而深遠(yuǎn)的發(fā)展。

4 結(jié)語

我國智慧公路的建設(shè)已經(jīng)呈現(xiàn)蒸蒸日上的趨勢，未來，公路交通行業(yè)必然是智慧公路的天下，巨大的內(nèi)需推動著行業(yè)整體迅猛地向前發(fā)展，牢牢把握這一時代紅利，廣大從業(yè)者將會目睹成功，見證歷史，助力公路交通產(chǎn)業(yè)的騰飛，為國家“十四五”遠(yuǎn)景規(guī)劃及“雙碳”目標(biāo)全面實現(xiàn)的擘畫奉獻(xiàn)自己最有力的回音。