數(shù)字時(shí)代智慧高速公路發(fā)展趨勢(shì)及建設(shè)路徑研究

摘要：本文簡(jiǎn)要分析了我國(guó)典型的智慧高速公路建設(shè)情況，探討了智慧高速公路的發(fā)展趨勢(shì)，提出了完善頂層設(shè)計(jì)方案，充分發(fā)揮多方標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同作用，突破智慧高速公路核心技術(shù)，探索全新建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式，夯實(shí)支撐設(shè)施配置等智慧高速公路建設(shè)策略。

關(guān)鍵詞：數(shù)字時(shí)代；智慧高速公路；建設(shè)路徑

DOI：10.12433/zgkjtz.20243217

高速公路作為連接不同城市的基本載體，同時(shí)也是服務(wù)于廣大人民群眾、促進(jìn)社會(huì)不斷發(fā)展的主要支撐。我國(guó)高速公路通車?yán)锍桃呀?jīng)位居全球第一，路網(wǎng)帶來的規(guī)模效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)，同時(shí)交通運(yùn)營(yíng)方面呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn)。伴隨科技的快速發(fā)展，智慧化公路這一概念被提出且在實(shí)踐中獲得應(yīng)用，旨在為車輛提供更加安全、舒適、便捷、綠色的道路服務(wù)。

一、國(guó)內(nèi)典型智慧高速公路建設(shè)分析

（一）兩徽高速

有關(guān)部門針對(duì)兩徽高速（起點(diǎn)位于甘肅省兩當(dāng)縣楊店，終點(diǎn)位于甘肅省徽縣李家河）專門搭建了“智慧公交建平臺(tái)”以及“智慧高速云平臺(tái)”，目前已經(jīng)順利建成且投入使用，主要基于公路、橋梁隧道、立交橋等關(guān)鍵路段的視頻監(jiān)控信息與收費(fèi)系統(tǒng)的信息，做到對(duì)整個(gè)路段的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。基于互聯(lián)網(wǎng)出行信息、數(shù)字地圖等技術(shù)做到對(duì)每輛車的精準(zhǔn)定位，進(jìn)而做到對(duì)交通運(yùn)營(yíng)情況、設(shè)備裝置運(yùn)作狀況、交通環(huán)境的動(dòng)態(tài)化與全方位掌握。結(jié)合視頻云監(jiān)控信息，可做到視頻信息的隨時(shí)隨地播放、查找、深度解析以及智能監(jiān)控，具有較高的智慧化程度。

（二）成宜高速

成宜高速（成都至宜賓）是四川省首個(gè)做到全覆蓋的智慧化高速公路，其建設(shè)要點(diǎn)包含以下三方面：一是挑選試點(diǎn)路段，同時(shí)配置自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)設(shè)備，做到可支持L4級(jí)別的自動(dòng)駕駛需求。二是利用車路協(xié)同技術(shù)，促使路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)能力的大幅提升，搭建健全的路網(wǎng)感知、控制系統(tǒng)，可支持視頻智能解析、意外事件預(yù)測(cè)、自動(dòng)發(fā)出警報(bào)等功能[1]。三是憑借數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建全方位、綜合化的智慧高速公路，并在整條線路全程覆蓋5G網(wǎng)絡(luò)，以此為信息數(shù)據(jù)的高速傳遞提供基礎(chǔ)性支持。

（三）石渝高速

石渝高速（石柱至重慶）引入了超過700個(gè)車路協(xié)同裝置，這些裝置的綜合設(shè)置使其成為目前國(guó)內(nèi)規(guī)模較大、技術(shù)復(fù)雜性較高的C-V2X車路協(xié)同智慧高速公路。其設(shè)計(jì)不僅考慮了交通流量的高峰期，也充分應(yīng)對(duì)了各種可能的交通場(chǎng)景，旨在實(shí)現(xiàn)更加高效、順暢的通行體驗(yàn)。車輛通過與路側(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)通信，獲取路況、天氣和交通信號(hào)等信息，從而優(yōu)化行車路線，減少交通事故的發(fā)生。

為了確保在隧道和其他重點(diǎn)區(qū)域的C-V2X網(wǎng)絡(luò)覆蓋，該高速公路配備了多種先進(jìn)的路側(cè)傳感設(shè)備，主要包括高清攝像頭、視覺與水位傳感器，以及多功能雷達(dá)等，能夠?qū)崟r(shí)采集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅用于交通監(jiān)控，還能夠?qū)崟r(shí)反饋給車輛，使其能夠根據(jù)變化的環(huán)境作出相應(yīng)的調(diào)整。通過這種全面的感知網(wǎng)絡(luò)，公路管理部門能夠更高效地監(jiān)控交通流量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在的安全隱患。

從中長(zhǎng)期發(fā)展來看，該高速公路系統(tǒng)為高級(jí)別自動(dòng)駕駛車輛提供了良好的交互式駕駛體驗(yàn)，隨著智能交通基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，該系統(tǒng)將發(fā)揮重要的指導(dǎo)和示范作用，推動(dòng)智慧交通的全面建設(shè)，最終形成更智能、更安全的交通生態(tài)。

（四）昆大麗香高速和昆玉磨高速

隨著《云南省推進(jìn)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)實(shí)施方案（2020—2022年）》和《云南省智慧交通行動(dòng)計(jì)劃（2020—2022年）》的印發(fā)，昆明到香格里拉、昆明到磨憨智慧高速示范工程建設(shè)大力開展，現(xiàn)已基本建成泛在感知、高速連接、融合計(jì)算、高效協(xié)同的智慧高速框架體系，并推動(dòng)了互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新型基礎(chǔ)設(shè)施與傳統(tǒng)高速公路有效融合，實(shí)現(xiàn)兩條示范路實(shí)時(shí)運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知能力顯著增強(qiáng)，通行效率、安全監(jiān)管水平和出行服務(wù)能力明顯提升，涉路企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型成效凸顯。在安全和應(yīng)急協(xié)同、交旅融合、數(shù)據(jù)整合等方面形成全國(guó)一流的智慧高速標(biāo)桿，帶動(dòng)了全省的智慧高速公路建設(shè)。

二、智慧高速公路發(fā)展趨勢(shì)

（一）由單一的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)向全時(shí)空智能感知

當(dāng)前，各條高速公路分合流區(qū)、重要橋梁等位置，已經(jīng)具有較完善的基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)管理機(jī)制，不過依舊面臨著設(shè)施功能不完善、覆蓋范圍不全面、信息融合太過淺層等問題，尤其是在人、車、路、環(huán)境等多個(gè)因素的智能解析層面存在缺陷。今后的持續(xù)發(fā)展要求利用以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，合理設(shè)置高清式監(jiān)控、北斗導(dǎo)航定位、專業(yè)傳感器等多種監(jiān)測(cè)設(shè)施，基于多元感知耦合，形成全方位、多維度、動(dòng)態(tài)化的感知系統(tǒng)。憑借新型通信網(wǎng)絡(luò)體系，促使交通行業(yè)的信息管理水平、運(yùn)營(yíng)控制能力進(jìn)一步提升，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)高效采集與穩(wěn)定傳送信息的目標(biāo)[2]。

（二）由事后被動(dòng)處置向智能主動(dòng)防控演變

高速公路傳統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)模式下，整體環(huán)境處于較為封閉的狀態(tài)，不論是信息的收集還是傳送速率均較慢。而利用動(dòng)靜態(tài)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)分析方式，就可以全方位、科學(xué)有效的預(yù)估運(yùn)營(yíng)情況，同時(shí)高準(zhǔn)度預(yù)估重點(diǎn)匝道、瓶頸路段、大流量車道等，從而全方位實(shí)現(xiàn)對(duì)匝道的動(dòng)態(tài)管理與優(yōu)化控制，并且還可做到對(duì)路肩、車道以及費(fèi)率的有效調(diào)控，提高高速公路通行效率以及安全性。

（三）由程序化無差別推送向智慧化個(gè)性服務(wù)轉(zhuǎn)變

除了依賴靜態(tài)的道路標(biāo)志和指示牌，當(dāng)前，借助5G遙控、北斗高精度定位和知識(shí)圖譜等先進(jìn)科技手段，可以實(shí)現(xiàn)更加智能和實(shí)時(shí)的導(dǎo)航服務(wù)。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)旅客出行趨向、交通路徑等信息，構(gòu)建專門的個(gè)性化出行模型，從而為旅客提供出行動(dòng)態(tài)線路計(jì)劃、交通安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)警示等多元化的交通服務(wù)。

（四）形成終端應(yīng)用和云控平臺(tái)為一體的系統(tǒng)架構(gòu)

在現(xiàn)代交通管理中，信息化建設(shè)顯得尤為重要，需要基于先進(jìn)的無線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)并部署覆蓋廣泛的無線通信網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)設(shè)置智能基站，以此支持高速數(shù)據(jù)傳輸，提供多種通信服務(wù)，確保道路周邊的通信設(shè)施隨時(shí)處于最佳工作狀態(tài)。通過這一措施，將大幅提升交通系統(tǒng)的信息處理能力和響應(yīng)速度，為構(gòu)建完善的智慧交通系統(tǒng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)高效的交通管理和車輛與基礎(chǔ)設(shè)施的無縫連接，需要充分利用現(xiàn)有的智能終端設(shè)備，如智能手機(jī)和車載顯示屏，將其作為信息交互的橋梁，通過搭建車路交互平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)車輛、駕駛員和交通設(shè)施之間的信息共享與實(shí)時(shí)溝通，車輛就可以獲取實(shí)時(shí)交通信息、路況提示和導(dǎo)航指引，極大提高駕駛安全性和出行效率[3]。

（五）同步開展兼容多種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

在現(xiàn)代交通體系中，構(gòu)建兼容多種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施是確保車輛與路側(cè)設(shè)備、云端平臺(tái)之間高效協(xié)同的關(guān)鍵。為此，必須實(shí)施多種先進(jìn)的通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，例如專用短程通信、射頻識(shí)別、4G/5G、Wi-Fi、蜂窩車聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)超高頻通信等多項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的通信基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)置工作，同時(shí)還要開展可應(yīng)用于隧道、河谷等信號(hào)接收能力較低路段的定位基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建工作。基于構(gòu)建信息收集與傳送、車路通信、信息增強(qiáng)等系統(tǒng)，確保不同主體之間能夠做到指令快速傳遞與接收，聯(lián)合管控公路運(yùn)營(yíng)情況，以此為用戶提供更加高端、先進(jìn)、多元的智能交通服務(wù)。

（六）引入多元交通數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)

利用長(zhǎng)時(shí)間演進(jìn)車車/車路通信、車輛定位、無人機(jī)監(jiān)控等技術(shù)，聯(lián)合相關(guān)部門公布的氣象信息數(shù)據(jù)，做到對(duì)關(guān)鍵路段當(dāng)前狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)管，并在異常時(shí)立即發(fā)出警告，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路服務(wù)能力的動(dòng)態(tài)化預(yù)警，促使運(yùn)營(yíng)管理工作取得更好的效果。

三、智慧高速公路建設(shè)策略

（一）完善頂層設(shè)計(jì)方案

在新時(shí)期下，全國(guó)各大城市盡管都有結(jié)合系列標(biāo)準(zhǔn)開展智慧高速工程建設(shè)工作，但是有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的編制工作總體來看較為零碎、松散，沒有構(gòu)成健全的體系，同時(shí)部分標(biāo)準(zhǔn)是“照搬”其他有關(guān)領(lǐng)域的。為此，需要盡快制定兼具框架性和指導(dǎo)性的智慧高速公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，為工程建設(shè)的進(jìn)一步改進(jìn)提供可靠指引。結(jié)合當(dāng)前情況，編制科學(xué)合理的技術(shù)、管理、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)體系，形成健全的協(xié)調(diào)聯(lián)合關(guān)系，可在智慧高速公路建設(shè)工作中發(fā)揮重要作用[4]。

（二）充分發(fā)揮多方標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同作用

有效發(fā)揮出國(guó)家規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方指導(dǎo)性文件、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等不同的定位協(xié)調(diào)功能，從而促使智慧高速公路建設(shè)工作取得更好的成果。國(guó)家有關(guān)部門需要指導(dǎo)行業(yè)領(lǐng)軍機(jī)構(gòu)、頭部組織之間建立良好的合作關(guān)系，以此構(gòu)成合力，以發(fā)展智慧高速公路為核心目標(biāo)，一同編制規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，為相關(guān)研究機(jī)構(gòu)等參建方提供良好渠道，切實(shí)解決過往智慧高速公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不完善這一問題，帶領(lǐng)行業(yè)科學(xué)技術(shù)、研究成果進(jìn)一步發(fā)展，并推動(dòng)此新編規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于負(fù)責(zé)智慧高速公路的運(yùn)營(yíng)、軟件研發(fā)、智能設(shè)施制造的公司來說，要將“國(guó)家、行業(yè)、聯(lián)盟、企業(yè)”四個(gè)維度的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合起來，有機(jī)聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈中的每一環(huán)節(jié)，為順利建設(shè)智慧化高速公路助力。

（三）筑牢技術(shù)支撐，突破智慧高速公路核心技術(shù)

針對(duì)虛擬并行系統(tǒng)搭建、智慧決策和自動(dòng)化控制、個(gè)性化指導(dǎo)這三項(xiàng)核心技術(shù)，對(duì)高速公路展開逐層、深度的探究。強(qiáng)化對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)、軟硬件裝置等重點(diǎn)方向的研究和使用，積極探究?jī)?yōu)化道路虛擬系統(tǒng)搭建、專家決策以及自動(dòng)化管控、個(gè)性化誘導(dǎo)等功能，為快速發(fā)展智慧交通打下良好基礎(chǔ)。

（四）推進(jìn)集約建設(shè)，探索全新建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式

要想順利建成完善的智慧高速系統(tǒng)，重點(diǎn)在于保障精準(zhǔn)性，且功能體系要能夠持續(xù)拓展，滿足綠色、高效的要求。建設(shè)智慧高速對(duì)信息化、體系結(jié)構(gòu)均有非常高的技術(shù)要求，對(duì)于已經(jīng)建設(shè)完畢的高速公路工程，編制智能技術(shù)運(yùn)用計(jì)劃，促使道路與信息基礎(chǔ)設(shè)施一同規(guī)劃、設(shè)計(jì)與實(shí)施，還要預(yù)先做好空間規(guī)劃布局工作，以此推動(dòng)工程取得理想的建設(shè)效果。此外，還應(yīng)對(duì)操作模式加以創(chuàng)新，指揮市場(chǎng)主體完成正確的角色調(diào)整，推動(dòng)信息化系統(tǒng)的順利建成與投入使用，保證現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備得到高效化利用，讓新舊設(shè)備之間處于和諧的聯(lián)合運(yùn)作狀態(tài)[5]。

（五）實(shí)現(xiàn)人、車、路一體化運(yùn)行監(jiān)測(cè)，打造“更可控”的路

第一，使用高清聯(lián)合式監(jiān)測(cè)、機(jī)器視覺技術(shù)，做到對(duì)高速公路全線路運(yùn)作情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而具備更強(qiáng)的意外事故預(yù)測(cè)、發(fā)現(xiàn)與處理能力，提升對(duì)關(guān)鍵車輛的管理與控制水平。

第二，結(jié)合交通路網(wǎng)運(yùn)作情況自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，對(duì)運(yùn)作發(fā)展態(tài)勢(shì)自主研究判斷，聯(lián)合自動(dòng)抓拍等道路管理技術(shù)，分析判斷智能聯(lián)網(wǎng)車輛駕駛者的交通需求，可提供貨運(yùn)車輛動(dòng)態(tài)控制以及不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)、車型、車道、區(qū)域的車道協(xié)同控制服務(wù)。

第三，利用V2X、5G、自動(dòng)駕駛、邊緣計(jì)算等尖端技術(shù)，構(gòu)建可適應(yīng)智能聯(lián)網(wǎng)車輛使用要求的車路協(xié)同平臺(tái)。

（六）夯實(shí)支撐設(shè)施配置

第一，利用攝像裝置、檢測(cè)儀器、氣象儀器和路橋運(yùn)營(yíng)狀態(tài)健康識(shí)別裝置，自動(dòng)、實(shí)時(shí)收集交通流參數(shù)環(huán)境等信息，做到全方位掌握路橋健康狀態(tài)，為各項(xiàng)智能化、自動(dòng)化功能的應(yīng)用以及作出科學(xué)決策提供可靠支持。

第二，利用5G、LTE-V等技術(shù)，搭建無線與有線有機(jī)聯(lián)合的高速公路通信網(wǎng)絡(luò)。

第三，使用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能以及數(shù)字孿生、機(jī)器視覺等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建集合監(jiān)督管理、運(yùn)營(yíng)控制、維修養(yǎng)護(hù)、交通出行等多種功能的綜合型管理平臺(tái)，提供跨越不同省份、市區(qū)、行業(yè)、路線的集成式服務(wù)。

四、結(jié)束語(yǔ)

智慧高速公路為當(dāng)前高速公路行業(yè)的主要發(fā)展方向，特別是在數(shù)字化時(shí)代，應(yīng)將智慧化技術(shù)全面應(yīng)用到整個(gè)高速路網(wǎng)中。為有效推動(dòng)智慧高速公路的建設(shè)工作，為人民群眾提供更為優(yōu)質(zhì)的交通服務(wù)，相關(guān)人員需要在掌握智慧高速公路建設(shè)重要性的基礎(chǔ)上，深入探究建設(shè)要點(diǎn)與有效措施，準(zhǔn)確掌握數(shù)字化技術(shù)研究、發(fā)展、應(yīng)用的主要方向，探究多維度、全方位的智慧高速公路建設(shè)措施。

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（作者單位：1.云南省交通投資建設(shè)集團(tuán)有限公司，

2.昆明空港投資開發(fā)集團(tuán)有限公司）