基于航天系統(tǒng)工程的智慧路網(wǎng)工程管理與實(shí)踐

劉 震，侯 偉，單華偉

(1.航天恒星科技有限公司，北京 100086；2.哈爾濱航天恒星數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司，黑龍江 哈爾濱 150028)

1 引 言

按照我國加快建設(shè)交通強(qiáng)國建設(shè)要求，“十四五”期間將進(jìn)一步開展“交通設(shè)施數(shù)字感知，信息網(wǎng)絡(luò)廣泛覆蓋，運(yùn)輸服務(wù)便捷智能，行業(yè)治理在線協(xié)同，技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新活躍，網(wǎng)絡(luò)安全保障有力”的數(shù)字交通體系建設(shè)。如何科學(xué)、有效的開展智慧化路網(wǎng)工程建設(shè)，加速構(gòu)建數(shù)字交通體系成為亟需研究和解決的問題[1]。針對(duì)智慧路網(wǎng)信息化工程的主要問題及特征，提出基于系統(tǒng)工程方法的智慧路網(wǎng)工程管理模式，推動(dòng)智慧化路網(wǎng)建設(shè)的科學(xué)化、系統(tǒng)化和規(guī)范化發(fā)展，為新時(shí)代下的智慧化路網(wǎng)建設(shè)管理提供參照，其管理方法和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)交通強(qiáng)國戰(zhàn)略信息化建設(shè)具有借鑒意義。

2 智慧路網(wǎng)信息化工程主要特征

“十三五”期間，交通運(yùn)輸行業(yè)以數(shù)據(jù)為關(guān)鍵要素，加快行業(yè)信息化重點(diǎn)工程和示范試點(diǎn)工程建設(shè)，交通運(yùn)輸信息化數(shù)字化發(fā)展不斷提升水平。目前，基礎(chǔ)設(shè)施電子地圖基本全覆蓋，視頻等動(dòng)態(tài)監(jiān)測范圍不斷擴(kuò)大，高速公路視頻監(jiān)控和電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)廣泛覆蓋，以不同形式的智慧化路網(wǎng)信息化建設(shè)取得長足發(fā)展[1]。但是還存在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)薄弱，數(shù)據(jù)采集及動(dòng)態(tài)感知的范圍較窄、深度不夠；應(yīng)用協(xié)同性不強(qiáng)，不同方式和領(lǐng)域之間發(fā)展不平衡，縱向一體化協(xié)同應(yīng)用較少，橫向綜合性應(yīng)用整合不充分；先進(jìn)信息技術(shù)與交通運(yùn)輸?shù)娜诤仙疃?、廣度仍顯不足，可規(guī)?；瘡?fù)制推廣的模式和標(biāo)準(zhǔn)尚未形成等諸多問題[2]。綜合“十三五”期智慧化路網(wǎng)建設(shè)情況及《數(shù)字交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》，未來智慧路網(wǎng)信息化工程將呈現(xiàn)如下特征：

復(fù)雜性日益提升。包括建設(shè)需求考核指標(biāo)復(fù)雜、應(yīng)用技術(shù)復(fù)雜、研制過程復(fù)雜、集成難度復(fù)雜、管理復(fù)雜、跨部門跨領(lǐng)域跨學(xué)科協(xié)同復(fù)雜、工作環(huán)境復(fù)雜、涉及科學(xué)問題復(fù)雜等多個(gè)特征。

巨型性愈加顯現(xiàn)。新時(shí)代智慧化路網(wǎng)建設(shè)不僅涉及到前期工程的融合，也涉及到智慧化項(xiàng)目建設(shè)子任務(wù)數(shù)量巨大，各子系統(tǒng)之間的跨領(lǐng)域、跨系統(tǒng)協(xié)同，多專業(yè)協(xié)作廣泛等特征。

風(fēng)險(xiǎn)性越來越高。由于項(xiàng)目建設(shè)復(fù)雜性高、實(shí)施內(nèi)容廣泛導(dǎo)致項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)較高，包括對(duì)多需求、多目標(biāo)應(yīng)用的高技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)以及由于跨部門、跨學(xué)科帶來的管理風(fēng)險(xiǎn)。

方案設(shè)計(jì)、技術(shù)攻關(guān)、工程實(shí)施、協(xié)同創(chuàng)新、應(yīng)用驗(yàn)證、管理保障、工程運(yùn)維之間的高動(dòng)態(tài)緊耦合越來越強(qiáng)。

3 基于航天系統(tǒng)工程的智慧化路網(wǎng)管理模式

3.1 航天系統(tǒng)工程方法

航天系統(tǒng)工程方法是從需求出發(fā)，綜合多種專業(yè)技術(shù)，通過分析、綜合、試驗(yàn)的反復(fù)迭代過程，開發(fā)出一個(gè)滿足使用要求、整體性能優(yōu)化的系統(tǒng)。該方法在航天項(xiàng)目管理中得到廣泛應(yīng)用，并在實(shí)際應(yīng)用中不斷延伸發(fā)展[3，4]。航天系統(tǒng)工程作為系統(tǒng)工程理論、方法與技術(shù)在航天領(lǐng)域的具體應(yīng)用，其成功實(shí)踐證明了系統(tǒng)工程的科學(xué)性和有效性。坐標(biāo)系每一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)著某一研制階段、認(rèn)識(shí)階段和某項(xiàng)專業(yè)技術(shù)，代表一種工作狀態(tài)。每一點(diǎn)(即每一個(gè)工作狀態(tài))都無法脫離管理。

3.2 基于航天系統(tǒng)工程的智慧路網(wǎng)設(shè)計(jì)

基于航天系統(tǒng)工程方法，以黑龍江某高速公路為研究對(duì)象，建立基于航天系統(tǒng)工程的智慧路網(wǎng)系統(tǒng)工程架構(gòu)，從邏輯維、時(shí)間維及專業(yè)維三個(gè)不同維度對(duì)智慧路網(wǎng)實(shí)施進(jìn)行設(shè)計(jì)。在建設(shè)邏輯維度自上而下進(jìn)行需求分解，以新時(shí)期交通強(qiáng)國戰(zhàn)略對(duì)智慧路網(wǎng)的建設(shè)要求為導(dǎo)向，對(duì)路網(wǎng)監(jiān)管與決策需求逐級(jí)分解，建立科學(xué)的需求分解體系，指導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)建及要素建設(shè)。同時(shí)，在專業(yè)維度開展自下而上的要素建設(shè)對(duì)應(yīng)、對(duì)各建設(shè)內(nèi)容、技術(shù)進(jìn)行分解對(duì)應(yīng)，最終進(jìn)行專業(yè)技術(shù)集成確定系統(tǒng)的整體功能和性能指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，從時(shí)間維度上建立從項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施、驗(yàn)證到運(yùn)維進(jìn)行一體化管理應(yīng)用，確定項(xiàng)目整體的各階段及進(jìn)度基準(zhǔn)。

3.3 基于航天系統(tǒng)工程的智慧路網(wǎng)管理體系

基于系統(tǒng)工程方法，可將智慧路網(wǎng)項(xiàng)目管理體系劃分為四個(gè)層次、共計(jì)十二個(gè)管理子體系，各管子體系實(shí)現(xiàn)智慧化工程在時(shí)間維度、邏輯維度及專業(yè)維度的有機(jī)統(tǒng)一，保障項(xiàng)目最終達(dá)到初始戰(zhàn)略[5]。

(1)戰(zhàn)略管理體系

戰(zhàn)略層統(tǒng)籌謀劃、指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)全局目標(biāo)，主要包括戰(zhàn)略管理子體系。戰(zhàn)略管理系統(tǒng)以《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》《數(shù)字交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》為宏觀指導(dǎo)，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，以先進(jìn)信息技術(shù)賦能交通運(yùn)輸發(fā)展，強(qiáng)化路網(wǎng)治理養(yǎng)護(hù)，推動(dòng)路網(wǎng)監(jiān)測服務(wù)智能化，有效提升精準(zhǔn)感知、精確分析、精細(xì)管理、精心服務(wù)能力，促進(jìn)綜合交通高質(zhì)量發(fā)展為整體戰(zhàn)略。

(2)項(xiàng)目層管理體系

項(xiàng)目層側(cè)重于項(xiàng)目實(shí)施過程中的項(xiàng)目全過程全要素管理，主要包括技術(shù)管理子體系、計(jì)劃管理子體系、質(zhì)量管理子體系、成本管理子體系、組織管理子體系、風(fēng)險(xiǎn)管理子體系，這6個(gè)子體系分別圍繞進(jìn)度、質(zhì)量、成本等要素進(jìn)行綜合管控，支撐項(xiàng)目系統(tǒng)工程按時(shí)、保質(zhì)、高效實(shí)施。

技術(shù)管理子體系——是對(duì)智慧化工程建設(shè)的方案設(shè)計(jì)、技術(shù)攻關(guān)、產(chǎn)品研制、技術(shù)集成等進(jìn)行計(jì)劃、組織、協(xié)調(diào)和控制等一系列管理活動(dòng)的總稱。

計(jì)劃管理子體系——是對(duì)智慧路網(wǎng)工程在計(jì)劃期內(nèi)各任務(wù)、系統(tǒng)、模塊應(yīng)達(dá)到的產(chǎn)品品種、質(zhì)量、產(chǎn)量和產(chǎn)值等生產(chǎn)活動(dòng)指標(biāo)，生產(chǎn)進(jìn)度及相應(yīng)安排的管理，是項(xiàng)目管理的主要依據(jù)。

質(zhì)量管理子體系——是以整體績效提升為目標(biāo)、一體化運(yùn)營、開放融合和可持續(xù)發(fā)展的組織質(zhì)量管理體系。包括面向持續(xù)應(yīng)用的質(zhì)量戰(zhàn)略與質(zhì)量文化，面向組織的基礎(chǔ)質(zhì)量管理，面向應(yīng)用的質(zhì)量方法與工具以及面向產(chǎn)品的產(chǎn)品質(zhì)量保證。

成本管理子體系——是項(xiàng)目組織在成本方面指揮、控制、協(xié)調(diào)等活動(dòng)。通常包括制定成本方針和成本目標(biāo)，開展成本控制與成本保證，進(jìn)行成本分析和成本改進(jìn)。

組織管理子體系——對(duì)相關(guān)利益主體所構(gòu)成的全團(tuán)隊(duì)的組織與管理，包括技術(shù)組織機(jī)構(gòu)、管理機(jī)構(gòu)的設(shè)立，運(yùn)行模式的選擇以及評(píng)估等促進(jìn)跨部門、跨系統(tǒng)之間的協(xié)同，使項(xiàng)目用戶主體、實(shí)施團(tuán)隊(duì)、后續(xù)運(yùn)維團(tuán)隊(duì)之間形成縱橫有序、銜接緊密、運(yùn)籌科學(xué)的有機(jī)整體。

風(fēng)險(xiǎn)管理子體系——以降低或消除事件的不確定性對(duì)項(xiàng)目產(chǎn)生的消極影響、提升組織應(yīng)對(duì)不確定事件的能力等為目標(biāo)的相關(guān)管理要素集合，包括技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、成本風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)、法律風(fēng)險(xiǎn)及管理風(fēng)險(xiǎn)等。

(3)支撐層理體系

支撐層強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目的全方位保障，主要包括知識(shí)管理子體系、供應(yīng)鏈管理子體系、人力管理子體系，支撐層管理體系圍繞知識(shí)、供應(yīng)鏈、人力資源等管理要素進(jìn)行指揮與控制，為基于系統(tǒng)工程的智慧路網(wǎng)建設(shè)實(shí)施提供基礎(chǔ)保障。

知識(shí)管理子體系——圍繞實(shí)現(xiàn)“分散的知識(shí)集中化，個(gè)體的知識(shí)組織化，隱形的知識(shí)顯性化，孤立的知識(shí)共享化”這一目標(biāo)，系統(tǒng)梳理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和專利，開展隱性知識(shí)挖掘，強(qiáng)化內(nèi)外部知識(shí)協(xié)同，逐步建立支撐項(xiàng)目持續(xù)運(yùn)維應(yīng)用的特色知識(shí)體系；以知識(shí)的獲取、共享、應(yīng)用為主線，以知識(shí)管理信息化系統(tǒng)建設(shè)為抓手，構(gòu)建全面的知識(shí)管理體系。

供應(yīng)鏈管理子體系——聚焦在供應(yīng)商管理、外協(xié)外包、采購管理，包括零部件、原材料的選擇評(píng)價(jià)，是在區(qū)域交通一體化體系框架之下，通過成熟的供應(yīng)鏈管理方法和理論，采取有針對(duì)性的管控措施，確保供應(yīng)質(zhì)量、效益、效率的有機(jī)平衡，有力支撐各生產(chǎn)任務(wù)，打造以供應(yīng)質(zhì)量為核心，兼顧效益與效率，快速響應(yīng)實(shí)施需求的供應(yīng)鏈管理體系。

人力管理子體系——突出“以價(jià)值創(chuàng)造者為本”的價(jià)值導(dǎo)向，以推動(dòng)組織能力提升和員工價(jià)值增長為核心任務(wù)，以提升人力資源效能為目標(biāo)，以推進(jìn)人力資源管理工作轉(zhuǎn)型為手段，發(fā)揮人力資源政策與規(guī)則的導(dǎo)向作用，加強(qiáng)核心人才隊(duì)伍建設(shè)，為項(xiàng)目的持續(xù)化應(yīng)用、跨部門系統(tǒng)協(xié)同提供人才保證和智力支持。

(4)基礎(chǔ)層管理體系

基礎(chǔ)層提升項(xiàng)目工程管理效率，是確保戰(zhàn)略層、項(xiàng)目層及支撐層各管理子體系落地的重要一環(huán)，主要包括制度、流程和信息化三個(gè)方面。各管理子體系的落地實(shí)施，都需要按照問題導(dǎo)向和發(fā)展導(dǎo)向，及時(shí)將管理子體系中的有效經(jīng)驗(yàn)固化為流程、制度，并通過信息化手段進(jìn)一步提高效率，這也是精細(xì)化管理的要義所在。

4 實(shí)踐情況及展望

4.1 應(yīng)用實(shí)施情況

為進(jìn)一步對(duì)基于航天系統(tǒng)工程的智慧化路網(wǎng)建設(shè)內(nèi)容、管理體系進(jìn)行驗(yàn)證，借助黑龍江省北斗高分綜合應(yīng)用示范項(xiàng)目的實(shí)施，選取某高速路網(wǎng)開展應(yīng)用示范及體系建設(shè)驗(yàn)證工作，具體實(shí)踐情況如下：

在邏輯維度上，圍繞《交通強(qiáng)國建設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》要求，以路網(wǎng)交通設(shè)施利用率、綜合交通智慧化水平、交通基礎(chǔ)設(shè)施空間資源集約化水平等3項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)開展自上而下的需求分解，形成路網(wǎng)宏觀動(dòng)態(tài)監(jiān)測、智慧管理決策、路網(wǎng)智能養(yǎng)護(hù)調(diào)度等核心需求12項(xiàng)，建設(shè)形成智慧路網(wǎng)系統(tǒng)，制定道路養(yǎng)護(hù)決策模型、數(shù)據(jù)感知模型，設(shè)計(jì)路網(wǎng)無人機(jī)值守巡護(hù)作業(yè)方案、路網(wǎng)車輛巡護(hù)采集方案，實(shí)現(xiàn)高速公路路網(wǎng)的科學(xué)化、精細(xì)化作業(yè)，提升高速公路路網(wǎng)養(yǎng)護(hù)管理及作業(yè)任務(wù)效率60%以上。

在專業(yè)維度上，充分利用北斗導(dǎo)航定位、深度學(xué)習(xí)及大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)，發(fā)揮北斗三號(hào)全天時(shí)、全天候、高精度的技術(shù)特點(diǎn)，支撐無人機(jī)路網(wǎng)智能巡護(hù)及養(yǎng)護(hù)人員、車輛動(dòng)態(tài)感知調(diào)度；發(fā)揮深度學(xué)習(xí)技術(shù)在視頻圖像解譯感知上的獨(dú)特優(yōu)勢，集成無人機(jī)、路網(wǎng)攝像頭等各類資源動(dòng)態(tài)感知路網(wǎng)狀態(tài)；發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)的分析處理優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)各類數(shù)據(jù)的集成分析共享應(yīng)用。

在時(shí)間維度上，采用全生命周期的設(shè)計(jì)模式將項(xiàng)目劃分為項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施、集成驗(yàn)證、運(yùn)維管理4個(gè)階段，并開展針對(duì)各個(gè)階段的產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)(PBS)、工作分解結(jié)構(gòu)(WBS)、組織分解結(jié)構(gòu)(OBS)及資源分解結(jié)構(gòu)(RBS)劃分，制定全階段計(jì)劃流程。項(xiàng)目最終進(jìn)度績效指數(shù)優(yōu)于0.8、成本績效指數(shù)優(yōu)于1.12，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的協(xié)調(diào)建設(shè)和有序銜接。

4.2 后續(xù)應(yīng)用展望

隨著交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的進(jìn)一步推進(jìn)，以及各前沿技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧路網(wǎng)建設(shè)的復(fù)雜性、巨型性、高風(fēng)險(xiǎn)性及各階段的高動(dòng)態(tài)緊耦合特征將愈發(fā)凸顯，后續(xù)將持續(xù)結(jié)合《交通強(qiáng)國建設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》不斷優(yōu)化項(xiàng)目工程管理體系，持續(xù)為交通強(qiáng)國戰(zhàn)略信息化工程項(xiàng)目實(shí)施提供服務(wù)。