智慧高速作為新型交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的核心場景之一，集成應(yīng)用5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)，推進(jìn)高速公路傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)升級迭代，是推動交通領(lǐng)域綠色、智能轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)，更是落實交通強(qiáng)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(shè)提出了更高要求，如何推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化、路網(wǎng)運營的精準(zhǔn)化、出行服務(wù)的智能化是當(dāng)下關(guān)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(guān)于加快推進(jìn)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(shè)。截至2019年底，全國高速公路通車?yán)锍桃堰_(dá)14.26萬公里，居世界第一，高速公路建設(shè)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(wù)能力手段單一等問題痛點。

　　痛點1：感知基礎(chǔ)能力薄弱

　　高速公路按建設(shè)規(guī)范已經(jīng)布設(shè)了相當(dāng)數(shù)量和不同功能的感知設(shè)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(jī)電設(shè)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(wù)的需求。交通監(jiān)測以相對被動式為主，對于事故、災(zāi)害報警、求救信息響應(yīng)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(dǎo)交通管理部門科學(xué)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(dǎo)以及擁堵疏散等交通常態(tài)化處置工作，主動精準(zhǔn)的治理能力缺失。

　　痛點3：資產(chǎn)管理手段匱乏

　　高速公路機(jī)電設(shè)備呈現(xiàn)出繁榮發(fā)展之勢，存在種類眾多、功能強(qiáng)大、高集成度等特點。機(jī)電設(shè)備朝智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的方向不斷發(fā)展，不僅增加了機(jī)電設(shè)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(jī)電設(shè)備的需要，管理難度大，手段匱乏。

　　痛點4：服務(wù)能力手段單一

　　日前，出行者和運輸企業(yè)對出行服務(wù)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(zāi)害、天氣等信息供出行者參考。在滿足日常服務(wù)及公眾出行信息服務(wù)的準(zhǔn)確性、時效性、便捷性等方面尚未達(dá)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(chǔ)設(shè)施、融合基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施的新基建范圍，提出智能交通基礎(chǔ)設(shè)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(guān)于推動交通運輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《意見》），對智慧交通基礎(chǔ)設(shè)施、信息基礎(chǔ)設(shè)施、創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施三個層次進(jìn)行規(guī)劃：一是打造融合高效的智慧交通基礎(chǔ)設(shè)施；二是助力信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；三是完善交通行業(yè)創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施。智慧高速作為融合交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要領(lǐng)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)，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(jì)，激發(fā)產(chǎn)業(yè)新動能?！兑庖姟肥菄彝苿有禄ㄔ诮煌I(lǐng)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(jī)，各省市在新基建政策的引導(dǎo)下，加快研究制定智慧高速的頂層設(shè)計，為智慧高速的建設(shè)提供強(qiáng)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(jìn)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(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型升級

　　在助力信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，《意見》明確要推進(jìn)5G、北斗系統(tǒng)、人工智能等新技術(shù)的融合應(yīng)用；新基建的核心抓手5G基建，牽引新一輪技術(shù)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(yīng)用服務(wù)場景；基于北斗系統(tǒng)高精度導(dǎo)航與位置服務(wù)能力，為智慧高速規(guī)劃、監(jiān)測、服務(wù)等提供新的管理手段；人工智能技術(shù)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(yīng)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(wù)等應(yīng)用場景。同時，智慧高速的建設(shè)，將會加速自動駕駛的商業(yè)化進(jìn)程，推動自動駕駛應(yīng)用場景的落地。

　　2.4 促進(jìn)系統(tǒng)要素協(xié)同融合

　　新基建將加強(qiáng)資源整合和共建共享，促進(jìn)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(luò)、多行業(yè)的協(xié)同，可實現(xiàn)異常狀態(tài)下的快速響應(yīng)、動態(tài)處置、柔性運營，提升系統(tǒng)的運行效率和服務(wù)能力。

　　03、新基建背景下智慧高速的建設(shè)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(lǐng)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(chǔ)設(shè)施的信息感知能力、數(shù)據(jù)分析能力、全面服務(wù)能力，在此背景下智慧高速的建設(shè)思路應(yīng)以信息感知為基礎(chǔ)、以數(shù)據(jù)治理為手段、以開發(fā)協(xié)同為抓手、以應(yīng)用服務(wù)為根本，使路網(wǎng)運行更安全高效、交通管理更科學(xué)智能、公共出行更便捷舒適、智慧道路更綠色經(jīng)濟(jì)。

　　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(chǔ)

　　增強(qiáng)隧道、橋梁、附屬設(shè)施等高速公路基礎(chǔ)設(shè)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(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)事件狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測、及時確認(rèn)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(shè)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(yù)測技術(shù)，科學(xué)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(guān)鍵性的指標(biāo)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(yīng)急協(xié)同、應(yīng)急處置、應(yīng)急管控、行業(yè)服務(wù)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(biāo)，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(chǔ)上，推進(jìn)業(yè)務(wù)部門之間資源互通、信息共享，促進(jìn)路網(wǎng)協(xié)同管控。

　　3.4 以應(yīng)用服務(wù)為目標(biāo)

　　新基建進(jìn)一步加大了人車定位的覆蓋范圍及精度，可快速精準(zhǔn)響應(yīng)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(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量，探索與互聯(lián)網(wǎng)的合作模式，拓展豐富服務(wù)資源和內(nèi)容?；诟呔ㄎ患夹g(shù)，提供主動式伴隨式服務(wù)，滿足出行者個性化需求，提升出行資源。

　　04、智慧高速建設(shè)的主要功能方向

　　智慧高速應(yīng)用的建設(shè)將以數(shù)據(jù)為主線，以發(fā)展需求預(yù)測及支撐技術(shù)分析為基礎(chǔ)，依托智能系統(tǒng)從全局視角對交通設(shè)施、服務(wù)資源進(jìn)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(shè)方向內(nèi)容包括一體化綜合監(jiān)測、主動式精細(xì)管控、全天候安全通行、伴隨式立體服務(wù)、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(yù)測

　　通過制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)高速沿線高點視頻、高清卡口、激光雷達(dá)、氣象監(jiān)測、物聯(lián)傳感等設(shè)備的接入，深度集成機(jī)器視覺AI技術(shù)，對異常交通流、交通事件、道路異常狀況等進(jìn)行主動準(zhǔn)確識別；融合重點車輛GPS數(shù)據(jù)、手機(jī)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(yù)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(yù)測，實現(xiàn)多種場景下的交通狀態(tài)發(fā)展趨勢精準(zhǔn)、科學(xué)的預(yù)判。

　　圖2 高速公路一體化綜合監(jiān)測平臺

　　4.2 主動式精細(xì)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(yù)測-知識圖譜-協(xié)同控制四大技術(shù)抓手，支撐智慧化運營管控。通過主動監(jiān)測結(jié)合短時預(yù)測技術(shù)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(guān)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(jìn)行路網(wǎng)分流誘導(dǎo)，合理控制匝道處的駛?cè)腭偝隽髁浚瑑?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(luò)級分流誘導(dǎo)，提升交通管控手段的科學(xué)有效性。

　　圖3 基于短時預(yù)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(yīng)對能力

　　針對隧道、橋梁、邊坡、盲區(qū)、合流等危險路段，加強(qiáng)監(jiān)測裝置和邊緣計算單元的布設(shè)，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(shù)對重點車輛和重點區(qū)域運行狀態(tài)進(jìn)行實時風(fēng)險研判。對重點車輛運行狀態(tài)、運行軌跡進(jìn)行實時監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)頻繁加減速、頻繁變道、車道偏離等異常狀態(tài)時進(jìn)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(jìn)行研判，提升事故前兆鑒別率并進(jìn)行及時預(yù)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(biāo)志、可變限速控制等技術(shù)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(shè)備實時監(jiān)控橋面坡路的結(jié)冰情況，出現(xiàn)預(yù)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(biāo)志、可變情報板、車路協(xié)同裝置對車輛進(jìn)行車速引導(dǎo)。

　　主動發(fā)光標(biāo)志：通過主動發(fā)光標(biāo)志大幅提高夜間、惡劣天氣、逆光等情況下的標(biāo)志視認(rèn)性能，打造夜光公路。

　　4.4 伴隨式立體服務(wù)：全線數(shù)據(jù)、全時服務(wù)多終端、精準(zhǔn)化、個性化

　　提供互聯(lián)網(wǎng)+位置精準(zhǔn)信息服務(wù)，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(shè)施、廣播、可變情報板等方式提供等多元化的信息服務(wù)，打造一體化便捷出行體驗。充分考慮服務(wù)區(qū)所在交通區(qū)位、交通流量、場地特征等因素，完善服務(wù)區(qū)服務(wù)功能設(shè)施、監(jiān)控管理設(shè)施，建設(shè)服務(wù)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(dǎo)視、加油指引等功能服務(wù)，豐富高速公路沿線服務(wù)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(shù)平臺為基礎(chǔ)，通過建設(shè)交通基礎(chǔ)設(shè)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(shè)施的關(guān)鍵構(gòu)件和部位布設(shè)物聯(lián)傳感設(shè)備，對運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測與風(fēng)險預(yù)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(chǔ)設(shè)施日常運營、監(jiān)測、管養(yǎng)、預(yù)警等全生命周期日常監(jiān)測與應(yīng)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(yīng)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(wù)；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(wù)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(yù)警、隧道安全預(yù)警、高架橋梁預(yù)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(dá)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(yīng)和動態(tài)交互，讓路更加協(xié)同、更聰明、更快捷、更貼心。