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(shè)增加了引擎，本文在近幾年國內(nèi)智慧高速技術(shù)探索和試點示范的基礎(chǔ)上，對智慧高速的內(nèi)涵進(jìn)行了解讀，提出“全要素感知、全方位服務(wù)、全天候通行、全過程管控、全數(shù)字運(yùn)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(shè)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(shè)提供一定的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：交通信息工程與控制;智慧高速;總體框架;建設(shè)內(nèi)容;實施建議

中圖分類號：U495 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

截止2018年底，我國公路總里程達(dá)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(yīng)已經(jīng)顯現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)化交通運(yùn)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(wù)能力逐步成為發(fā)展重點。2018年初，交通運(yùn)輸部辦公廳發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)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(shè)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(shè)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(yùn)工具、基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境等要素[3]，實現(xiàn)各要素協(xié)同運(yùn)行的公路。目標(biāo)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(jī)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(qiáng)：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(shè)備，如事件檢測攝像機(jī)、毫米波雷達(dá)、物聯(lián)網(wǎng)傳感器、無人機(jī)、巡檢機(jī)器人等，從各個角度全要素獲取交通環(huán)境信息。

服務(wù)能力更強(qiáng)：更加注重公眾出行體驗，在高速公路路段沿線、服務(wù)區(qū)、隧道，通過采用5G、車路協(xié)同、互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)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(wù)。

管控能力更強(qiáng)：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(zhǔn)管控、快速應(yīng)急處置、智能養(yǎng)護(hù)作業(yè)等功能，提高路網(wǎng)暢通水平和運(yùn)行效率。

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

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(chǔ)上，提出“全要素感知、全方位服務(wù)、全天候通行、全過程管控、全數(shù)字運(yùn)營”五位一體的智慧高速總體框架，通過新一代信息技術(shù)與高速公路感知、服務(wù)、管控、決策等的深度融合，完成傳統(tǒng)機(jī)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(yīng)用場景，最終實現(xiàn)安全提升、服務(wù)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(chǔ)，基于全要素感知采集到的公路主體及附屬設(shè)施信息、交通運(yùn)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(yīng)用以及整體決策支持;全天候通行、全方位服務(wù)、全過程管控則是面向“安全提升、服務(wù)提升和效率提升”的具體舉措，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可進(jìn)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(wù)中的各種手段對外發(fā)布;全數(shù)字運(yùn)營作為整個智慧高速的核心，充當(dāng)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(yùn)行。

3 智慧高速建設(shè)內(nèi)容

3.1 全要素感知

主要建設(shè)內(nèi)容包含主體及附屬設(shè)施監(jiān)測、交通運(yùn)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(shè)施監(jiān)測：針對路面、橋梁、邊坡、交通標(biāo)志標(biāo)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(shè)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(jìn)行實時感知和及時預(yù)警，保障高速公路安全通行;交通運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測：基于事件檢測攝像機(jī)、全景攝像機(jī)、微波檢測器、毫米波雷達(dá)等各類檢測設(shè)備，實現(xiàn)交通流要素、交通運(yùn)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(tuán)霧、道路積水結(jié)冰等進(jìn)行及時檢測，有助于開展交通誘導(dǎo)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(wù)

主要建設(shè)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(wù)區(qū)、智慧隧道、自由流收費(fèi)，實現(xiàn)“出行前”、“出行中”及“出行后”全方位信息服務(wù)，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(wù)熱線、電臺廣播、服務(wù)出行網(wǎng)站等，發(fā)布路況信息、預(yù)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(shù)，選擇關(guān)鍵路段進(jìn)行試點布設(shè)，實現(xiàn)道路危險狀況提示、限速預(yù)警、前方擁堵提醒、車輛匯流碰撞預(yù)警、匝道分合流預(yù)警等典型場景;“互聯(lián)網(wǎng)+”信息服務(wù)：通過手機(jī)應(yīng)用軟件/小程序、微信公眾號等自建或第三方出行信息服務(wù)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(jǐn)慎駕駛;智慧服務(wù)區(qū)：主要建設(shè)內(nèi)容包含智慧停車、集約型燈桿、服務(wù)區(qū)管理平臺、智慧高速展廳，實現(xiàn)服務(wù)區(qū)公眾服務(wù)能力提升;智慧隧道：主要建設(shè)內(nèi)容包含隧道融合拼接投影系統(tǒng)、5G+北斗網(wǎng)絡(luò)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(fèi)：基于ETC門架系統(tǒng)的建設(shè)，提升出行品質(zhì)。

3.3 全天候通行

主要建設(shè)內(nèi)容包含霧天行車誘導(dǎo)、智能消冰除雪、匝道分合流預(yù)警、新型標(biāo)志標(biāo)線。霧天行車誘導(dǎo)：在車道兩側(cè)安裝誘導(dǎo)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(dāng)檢測到路面積雪，通過噴灑融雪劑，達(dá)到除雪的效果;匝道分合流預(yù)警：在分合流區(qū)域布設(shè)誘導(dǎo)燈，實現(xiàn)分流區(qū)智慧誘導(dǎo)、合流區(qū)智能警示，強(qiáng)化夜間效果;新型標(biāo)志標(biāo)線：通過采用雨夜標(biāo)線，反光標(biāo)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(shè)內(nèi)容包含主線車道級管控、匝道智能管控、快速應(yīng)急救援和智能養(yǎng)護(hù)作業(yè)。主線車道級管控：通過設(shè)置車道控制器、可變限速標(biāo)志，結(jié)合道路流量，對道路進(jìn)行分車道、分級控制;匝道智能管控：通過在匝道區(qū)域布設(shè)信號燈或者車道控制器，根據(jù)主線交通量，適當(dāng)調(diào)整匝道區(qū)域的控制流量，減少主線的壓力;快速應(yīng)急救援：應(yīng)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(shè)置智慧應(yīng)急驛站;智能養(yǎng)護(hù)作業(yè)：結(jié)合高精度地圖自動生成裝置布設(shè)方案，基于可穿戴設(shè)備、占道預(yù)警設(shè)備等進(jìn)行異常預(yù)警。

3.5 全數(shù)字運(yùn)營

主要建設(shè)內(nèi)容包括：云平臺、業(yè)務(wù)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(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)、服務(wù)、應(yīng)用等資源的一體化、協(xié)同化管理;業(yè)務(wù)協(xié)同工作平臺：實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測、路網(wǎng)管理與應(yīng)急指揮、養(yǎng)護(hù)管理、辦公自動化等業(yè)務(wù)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(yù)測模型、日常養(yǎng)護(hù)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(shè)施、業(yè)務(wù)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(wù)人員和管理者需加強(qiáng)對智慧公路建設(shè)的認(rèn)識

隨著公路基礎(chǔ)設(shè)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(wù)人員和管理者，由于自身職責(zé)和業(yè)務(wù)的差異，尚不能真正理解智慧公路建設(shè)的必要性和意義[4]。因此需加強(qiáng)智慧公路相關(guān)技術(shù)專題交流，以及開展示范工程效果評估，深化相關(guān)部門對智慧公路實施效果的認(rèn)識。

4.2 智慧公路建設(shè)需結(jié)合技術(shù)成熟度分階段分期建設(shè)

智慧公路是一個全新的理念，包含成熟技術(shù)推廣應(yīng)用和前沿技術(shù)試點探索，部分關(guān)鍵技術(shù)如5G、車路協(xié)同等，尚處于研究階段，為確保項目兼具先進(jìn)性、適用性和可落地性，要充分考慮技術(shù)的發(fā)展和迭代，如5G技術(shù)，在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)尚未凍結(jié)、信道編碼、多天線等技術(shù)尚未成熟的階段[5]，如果輕易推廣應(yīng)用，容易造成資源浪費(fèi)和重復(fù)建設(shè)。需特別注意相關(guān)設(shè)施建設(shè)的時機(jī)，對于前瞻性強(qiáng)、迭代更新快的技術(shù)，可開展分期建設(shè)，先期重點開展基礎(chǔ)預(yù)留和試點建設(shè)，遠(yuǎn)期根據(jù)技術(shù)成熟度確定是否推廣。

4.3 智慧公路建設(shè)需結(jié)合實際情況建立分級建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

目前智慧公路示范工程考慮了各類前瞻技術(shù)的試點應(yīng)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(jìn)一步依托智慧公路示范工程建設(shè)效果，結(jié)合不同等級公路的建設(shè)需求和關(guān)注重點，開展深入研究分析，建立健全智慧公路分級建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，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(shè)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(xué)決策的重要基礎(chǔ)，與外行業(yè)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)交換共享可進(jìn)一步擴(kuò)大公路行業(yè)的數(shù)據(jù)源，同時實現(xiàn)外場設(shè)備的集約利用，減少工程建設(shè)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(jī)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(zé)，促進(jìn)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(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是我國在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展期促進(jìn)新一輪經(jīng)濟(jì)增長的重要抓手。高速公路作為交通運(yùn)輸行業(yè)信息化、智能化發(fā)展程度最高的領(lǐng)域之一，發(fā)展智慧高速公路，率先運(yùn)用新一代信息技術(shù)來提升服務(wù)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(wù)、全數(shù)字運(yùn)營”的智慧高速的總體框架，給出了各部分的具體建設(shè)內(nèi)容，最后針對智慧高速的建設(shè)提出了若干建議，以期對未來智慧高速公路的規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)提供一定的參考。

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