智慧高速作為新型交通基礎設施建設的核心場景之一，集成應用5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術，推進高速公路傳統(tǒng)基礎設施系統(tǒng)升級迭代，是推動交通領域綠色、智能轉(zhuǎn)型的基礎，更是落實交通強國戰(zhàn)略的重要切入口。新時代與新背景對于智慧高速的建設提出了更高要求，如何推進基礎設施的數(shù)字化、路網(wǎng)運營的精準化、出行服務的智能化是當下關注的重點。
01、智慧高速發(fā)展痛點
2018年2月27日，交通部印發(fā)了《交通運輸部辦公廳關于加快推進新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點的通知》，開啟了新一代國家控制網(wǎng)和智慧公路示范工程。在此背景下，全國各地先后開展智慧高速的試點建設。截至2019年底，全國高速公路通車里程已達14.26萬公里，居世界第一，高速公路建設開始由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段。然而在轉(zhuǎn)型發(fā)展的過程中，也存在感知能力薄弱、智慧管控手段不足、資產(chǎn)管理手段匱乏、服務能力手段單一等問題痛點。
痛點1：感知基礎能力薄弱
高速公路按建設規(guī)范已經(jīng)布設了相當數(shù)量和不同功能的感知設備，對交通流、氣象環(huán)境、邊坡等開展了實時監(jiān)測，然而高速公路機電設施規(guī)模以及數(shù)字化、智能化程度不夠支撐和滿足日益增長運營管理及出行服務的需求。交通監(jiān)測以相對被動式為主，對于事故、災害報警、求救信息響應速度慢，識別不充分、不及時。
痛點2：智慧管控手段不足
高速公路因其相對封閉、單向行駛、控制出入等特點，其交通調(diào)控面臨一定壓力，由于數(shù)據(jù)缺少融合挖掘分析，無法指導交通管理部門科學管理和最優(yōu)管控，問題處置依賴特定人群，效果取決于個人水平，智慧賦能水平較低，難以把控對事故處理、交通誘導以及擁堵疏散等交通常態(tài)化處置工作，主動精準的治理能力缺失。
痛點3：資產(chǎn)管理手段匱乏
高速公路機電設備呈現(xiàn)出繁榮發(fā)展之勢，存在種類眾多、功能強大、高集成度等特點。機電設備朝智能化、網(wǎng)絡化、信息化的方向不斷發(fā)展，不僅增加了機電設備的維修難度，也給管理也帶來了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)管理、維修模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代機電設備的需要，管理難度大，手段匱乏。
痛點4：服務能力手段單一
日前，出行者和運輸企業(yè)對出行服務的需求趨于多元化，但目前出行信息發(fā)布手段、內(nèi)容較為單一，尤其在出行高峰期間，需要及時發(fā)布路況、事故、擁堵、災害、天氣等信息供出行者參考。在滿足日常服務及公眾出行信息服務的準確性、時效性、便捷性等方面尚未達到要求。
02、新基建賦能智慧高速發(fā)展
2020年4月，國家發(fā)改委首次明確信息基礎設施、融合基礎設施和創(chuàng)新基礎設施的新基建范圍，提出智能交通基礎設施是新基建的重要組成部分。同年8月，交通運輸部發(fā)布《關于推動交通運輸領域新型基礎設施建設的指導意見》（以下簡稱《意見》），對智慧交通基礎設施、信息基礎設施、創(chuàng)新基礎設施三個層次進行規(guī)劃：一是打造融合高效的智慧交通基礎設施；二是助力信息基礎設施建設；三是完善交通行業(yè)創(chuàng)新基礎設施。智慧高速作為融合交通基礎設施的重要領域，新基建將助力智慧高速發(fā)展升級，主要體現(xiàn)在以下四個方面：
2.1激發(fā)產(chǎn)業(yè)新動能
高速公路作為傳統(tǒng)交通基礎設施建設，公益屬性突出，主要是政府投資。而交通新基建鼓勵社會投資，擁抱新經(jīng)濟，激發(fā)產(chǎn)業(yè)新動能?！兑庖姟肥菄彝苿有禄ㄔ诮煌I域落地發(fā)展的重要體現(xiàn)，為智慧高速產(chǎn)業(yè)帶來重要發(fā)展契機，各省市在新基建政策的引導下，加快研究制定智慧高速的頂層設計，為智慧高速的建設提供強有力的保障。此外，政策層面的持續(xù)加碼，為車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)增添新動能，助力車路協(xié)同產(chǎn)業(yè)進入黃金發(fā)展期，加速車路協(xié)同、自動駕駛在高速公路的落地。
2.2加速傳統(tǒng)基礎設施轉(zhuǎn)型升級
在助力信息基礎設施建設方面，《意見》明確要推進5G、北斗系統(tǒng)、人工智能等新技術的融合應用；新基建的核心抓手5G基建，牽引新一輪技術融合創(chuàng)新，實現(xiàn)人、車、路、云等協(xié)同互聯(lián)，加速萬物互聯(lián)、催生全新應用服務場景；基于北斗系統(tǒng)高精度導航與位置服務能力，為智慧高速規(guī)劃、監(jiān)測、服務等提供新的管理手段；人工智能技術的引入，推動監(jiān)測能力及治理水平將得到跨越式提升，創(chuàng)新交通治理模式。
2.3助力應用場景持續(xù)創(chuàng)新
智慧高速作為新基建的一個重要場景，大數(shù)據(jù)中心、新能源充電、5G、人工智能都將會在智慧高速上體現(xiàn)，助力探索和創(chuàng)新智能監(jiān)測、智能調(diào)度、智能管控、智能服務等應用場景。同時，智慧高速的建設，將會加速自動駕駛的商業(yè)化進程，推動自動駕駛應用場景的落地。
2.4促進系統(tǒng)要素協(xié)同融合
新基建將加強資源整合和共建共享，促進協(xié)同融合，提高資源要素配置效率，實現(xiàn)信息資源的最大增值。通過多業(yè)態(tài)、多網(wǎng)絡、多行業(yè)的協(xié)同，可實現(xiàn)異常狀態(tài)下的快速響應、動態(tài)處置、柔性運營，提升系統(tǒng)的運行效率和服務能力。
03、新基建背景下智慧高速的建設策略
在新基建的驅(qū)動下，AI、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G基建可有效地集成運用于整個高速公路運輸管理體系，將發(fā)揮不亞于“互聯(lián)網(wǎng)+”的賦能與引領作用，加速數(shù)字交通的落地，為車輛、道路、路網(wǎng)監(jiān)測以及事件管控提供有效手段和重要保障。新基建的本質(zhì)是提升交通基礎設施的信息感知能力、數(shù)據(jù)分析能力、全面服務能力，在此背景下智慧高速的建設思路應以信息感知為基礎、以數(shù)據(jù)治理為手段、以開發(fā)協(xié)同為抓手、以應用服務為根本，使路網(wǎng)運行更安全高效、交通管理更科學智能、公共出行更便捷舒適、智慧道路更綠色經(jīng)濟。
圖1新基建下智慧高速發(fā)展思路
3.1以信息感知為基礎
增強隧道、橋梁、附屬設施等高速公路基礎設施的多維感知能力，夯實數(shù)據(jù)傳輸通道的可靠性和穩(wěn)定性，通過5G、物聯(lián)網(wǎng)、視頻AI分析等一代信息技術的應用，實現(xiàn)事件狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測、及時確認和自動報警，全面提升高速公路運行狀態(tài)智能感知能力，為及時上報道路擁堵、設備故障，為高速公路交通安全和高效通行提供數(shù)據(jù)支撐。
3.2以數(shù)據(jù)治理為手段
以數(shù)字化、圖形化、全景化的方式展現(xiàn)綜合交通運輸整體運行情況、運行態(tài)勢與發(fā)展水平，通過多元數(shù)據(jù)的分析、挖掘、生成決策支持信息，提升對高速公路運行異常的動態(tài)甄別能力，并基于短時預測技術，科學評估管控手段的效果，為交通管理者實時監(jiān)測和分析決策提供綜合性、全局性、關鍵性的指標數(shù)據(jù)支持，幫助交通管理部門實現(xiàn)從“經(jīng)驗決策”向“數(shù)據(jù)決策”的轉(zhuǎn)變。
3.3以開放協(xié)同為抓手
新時代下對于交通行業(yè)跨部門、跨層級、跨區(qū)域、跨交通方式的應急協(xié)同、應急處置、應急管控、行業(yè)服務提出了新要求。未來高速公路運營將向多業(yè)態(tài)融合、多模式協(xié)同轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)高速公路運營組織面臨新的挑戰(zhàn)。以面向路網(wǎng)效率最優(yōu)為目標，開放協(xié)同為抓手，整合匯聚多部門、多系統(tǒng)、多層級、多區(qū)域的數(shù)據(jù)形成智慧高速大數(shù)據(jù)資源池基礎上，推進業(yè)務部門之間資源互通、信息共享，促進路網(wǎng)協(xié)同管控。
3.4以應用服務為目標
新基建進一步加大了人車定位的覆蓋范圍及精度，可快速精準響應海量的個性化出行需求，通過豐富高速公路沿線資源，可提高高速公路運行動態(tài)信息的服務水平和服務質(zhì)量，探索與互聯(lián)網(wǎng)的合作模式，拓展豐富服務資源和內(nèi)容?；诟呔ㄎ患夹g，提供主動式伴隨式服務，滿足出行者個性化需求，提升出行資源。
04、智慧高速建設的主要功能方向
智慧高速應用的建設將以數(shù)據(jù)為主線，以發(fā)展需求預測及支撐技術分析為基礎，依托智能系統(tǒng)從全局視角對交通設施、服務資源進行整體均衡配置，為新治理模式、新運營組織和新出行體驗賦能，主要建設方向內(nèi)容包括一體化綜合監(jiān)測、主動式精細管控、全天候安全通行、伴隨式立體服務、全生命數(shù)字管養(yǎng)、全棧式車路協(xié)同。
4.1一體化綜合監(jiān)測：多源交通數(shù)據(jù)融合感知、分析、預測
通過制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接入標準，實現(xiàn)高速沿線高點視頻、高清卡口、激光雷達、氣象監(jiān)測、物聯(lián)傳感等設備的接入，深度集成機器視覺AI技術，對異常交通流、交通事件、道路異常狀況等進行主動準確識別；融合重點車輛GPS數(shù)據(jù)、手機信令數(shù)據(jù)、收費站運營數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)對高速公路路網(wǎng)運行、預警事件、重點車輛、重點區(qū)域、環(huán)境氣象等一體化綜合監(jiān)測。同時，通過交通實時仿真及基于多源數(shù)據(jù)（天氣、城市交通、事故等）影響的交通預測，實現(xiàn)多種場景下的交通狀態(tài)發(fā)展趨勢精準、科學的預判。
圖2高速公路一體化綜合監(jiān)測平臺
4.2主動式精細管控：基于數(shù)據(jù)治理的車道級、節(jié)點級、路網(wǎng)級交通管控
基于主動識別-短時預測-知識圖譜-協(xié)同控制四大技術抓手，支撐智慧化運營管控。通過主動監(jiān)測結(jié)合短時預測技術推演事件的發(fā)展態(tài)勢，按照交通運行狀況和特殊需求，生成車道級的交通管理和控制方案；同時，關聯(lián)周邊城市道路信號控制信息、車輛GPS數(shù)據(jù)、路網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，感知全路網(wǎng)狀態(tài)，基于交通分配模型進行路網(wǎng)分流誘導，合理控制匝道處的駛?cè)腭偝隽髁?，?yōu)化周邊城市道路信號配時，形成全路網(wǎng)協(xié)同聯(lián)動，實現(xiàn)節(jié)點級匝道控制和網(wǎng)絡級分流誘導，提升交通管控手段的科學有效性。
圖3基于短時預測的主動交通管控模式
圖4全路網(wǎng)綜合調(diào)控
4.3全天候安全通行：基于云邊協(xié)同的重點車輛、重點區(qū)域危險應對能力
針對隧道、橋梁、邊坡、盲區(qū)、合流等危險路段，加強監(jiān)測裝置和邊緣計算單元的布設，自動收集道路交通信息和天氣數(shù)據(jù)，基于云邊協(xié)同技術對重點車輛和重點區(qū)域運行狀態(tài)進行實時風險研判。對重點車輛運行狀態(tài)、運行軌跡進行實時監(jiān)測，當出現(xiàn)頻繁加減速、頻繁變道、車道偏離等異常狀態(tài)時進行緊急提醒。結(jié)合云端海量數(shù)據(jù)在統(tǒng)計上的趨勢表征對重點區(qū)域?qū)崟r的交通流狀態(tài)進行研判，提升事故前兆鑒別率并進行及時預警。
同時，針對冰雪天、霧霾天氣等惡劣環(huán)境，通過主動消冰融雪、主動發(fā)光標志、可變限速控制等技術和管理辦法，提高霧天、冰雪等惡劣天氣下通行安全性。
主動消冰融雪：依托邊端感知設備實時監(jiān)控橋面坡路的結(jié)冰情況，出現(xiàn)預警信息可聯(lián)動自動噴淋系統(tǒng)，實現(xiàn)快速消除冰雪，確保大下坡路段行車安全。
可變限速控制：針對異常天氣信息可上報至云控平臺，基于溫度、濕度、路面狀況、能見度等因素推薦合理的限速值，通過可變限速標志、可變情報板、車路協(xié)同裝置對車輛進行車速引導。
主動發(fā)光標志：通過主動發(fā)光標志大幅提高夜間、惡劣天氣、逆光等情況下的標志視認性能，打造夜光公路。
4.4伴隨式立體服務：全線數(shù)據(jù)、全時服務多終端、精準化、個性化
提供互聯(lián)網(wǎng)+位置精準信息服務，精確識別車輛所處高速公路位置點，發(fā)送出行時間、路況信息、實時天氣、道路事件等定制化信息。通過移動APP、車路協(xié)同設施、廣播、可變情報板等方式提供等多元化的信息服務，打造一體化便捷出行體驗。充分考慮服務區(qū)所在交通區(qū)位、交通流量、場地特征等因素，完善服務區(qū)服務功能設施、監(jiān)控管理設施，建設服務區(qū)水平評價和感知系統(tǒng)，提供智能停車、餐飲休閑、功能導視、加油指引等功能服務，豐富高速公路沿線服務資源。
4.5全生命數(shù)字管養(yǎng)：以“建、管、養(yǎng)、運”為出發(fā)點，打造全壽命周期體系
以高精度矢量地圖與BIM技術平臺為基礎，通過建設交通基礎設施聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，覆蓋道路、橋梁、隧道、邊坡等重點狀態(tài)采集，對道路設施的關鍵構(gòu)件和部位布設物聯(lián)傳感設備，對運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測與風險預判，并自動識別隧道積水、邊坡塌方、橋梁位移等異常事件，實現(xiàn)高速基礎設施日常運營、監(jiān)測、管養(yǎng)、預警等全生命周期日常監(jiān)測與應急管控。
圖5高速公路智能運維平臺
4.6全棧式車路協(xié)同：打造開放的、安全的行駛環(huán)境，讓聰明的車“跑”聰明的路
開展基于5G的車路協(xié)同應用示范，將實現(xiàn)人、車、路、環(huán)境的全面感知和協(xié)同，將5G公網(wǎng)信息發(fā)布與車路協(xié)同相結(jié)合，實現(xiàn)更大范圍、更多場景、更低時延的信息服務；在車路協(xié)同系統(tǒng)未覆蓋區(qū)域，通過5G公網(wǎng)發(fā)布交通事件信息、道路施工信息、服務區(qū)信息等沒有超低時延需求的信息；在車路協(xié)同系統(tǒng)覆蓋區(qū)域，通過車路協(xié)同的直連通信發(fā)布分合流預警、隧道安全預警、高架橋梁預警等有超低時延需求的信息。
結(jié)語與展望
有感覺、能思考、能說話的路，就是未來的智慧高速。智慧的路與聰明的車最終將達到人、車、路、環(huán)境的和諧統(tǒng)一。打造安全、高效、綠色的高速公路體系，通過主動的感知、自動的解析、自主適應和動態(tài)交互，讓路更加協(xié)同、更聰明、更快捷、更貼心。
