“公路基礎設施數字化是未來智慧公路發(fā)展的方向及基礎，我國公路的里程數已突破500萬公里，開展公路基礎設施數字化是一個龐大的工程。在這個過程中，行業(yè)不能一擁而上，在很多問題沒有想清楚之前，要慎重的推進后續(xù)的建設工作。”交通運輸部公路科學研究院智能交通研究中心副主任汪林表示。

　　近年來，智慧公路在我國得到了快速發(fā)展，呈現多點開花、百花齊放的態(tài)勢，基礎設施數字化體系的建設逐步得到行業(yè)的認可，智慧管控、車路協同、自動駕駛等新興技術正在加速應用到公路基礎設施網絡中，近期，汪林主任在2021年交通大講堂上，發(fā)表了“智慧公路建設與基礎設施數字化發(fā)展思考及建議”主題演講。

　　汪林主任從新型基礎設施建設、交通強國建設、國家綜合立體交通網規(guī)劃等國家和行業(yè)布局的分析和解讀入手，介紹了新一代國家交通控制網和智慧公路試點工程、交通強國試點工程、公路基礎設施數字化等交通運輸行業(yè)專項工作的最新進展，并通過對典型案例和重點領域工作要點的剖析，探討了未來智慧公路建設和基礎設施數字化的發(fā)展愿景與推進重點。

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　　交通數字化發(fā)展趨勢及內涵

　　隨著“新基建”政策的出臺，以及大數據、人工智能、物聯網等新技術的蓬勃發(fā)展，從一定程度上來說，在未來的10~15年間，交通行業(yè)的發(fā)展，尤其是智能交通方向，都會圍繞基礎設施數字化來展開。

　　2021年國務院印發(fā)的《國家綜合立體交通網規(guī)劃綱要》中提出，在2035年我國交通基礎設施的數字化率要達到90%，在開展新興基礎設施建設的同時，也要求加快既有設施的智能化改造，工作重點在于對路網管控水平的提升，對交通信息智能發(fā)布的優(yōu)化，以及相關的智慧平臺的建設等等。

　　我個人也或多或少參與了相關規(guī)劃的起草和咨詢工作，在這個過程中，我們自己也在思考，什么是數字化？大家都在提設施數字化，具體該怎么做？

　　在科普中國里，數字化是這么定義的：

　　“數字化，即是將許多復雜多變的信息轉變?yōu)榭梢远攘康臄底?、數據，再以這些數字、數據建立起適當的數字化模型，把它們轉變?yōu)橐幌盗卸M制代碼，引入計算機內部，進行統(tǒng)一處理，這就是數字化的基本過程。”實際上數字化就是要在計算機世界中，通過計算機語言，以感知得到的數據作為支撐，構造真實世界的數字化影像。在這個基礎上，我們繼續(xù)思考，什么是公路基礎設施數字化？

　　個人的理解就是：在公路交通系統(tǒng)中深入運用數字技術，利用計算機系統(tǒng)構建一個全感知、全聯接、全場景、全智能的數字公路世界，提升整個公路交通系統(tǒng)的運行水平，對傳統(tǒng)公路交通系統(tǒng)的運營管理模式，服務模式、商業(yè)模式進行創(chuàng)新和重塑，進而實現行業(yè)的轉型升級。在前期的相關課題研究中，我們對交通基礎設施數字化的內涵進行了一些思考，總結為以下幾點：

　　第一，是數字化最本質的內涵，就是交通基礎設施和信息技術的深度融合。通過信息技術去改變現有交通基礎設施的功能，提升設施的運營效率，并融合到日常的業(yè)務中，更好地為交通服務。

　　第二，要針對設施不同的屬性信息進行數字化。將空間屬性、功能屬性、狀態(tài)屬性等復雜多變的信息轉變?yōu)榭梢远攘康奶卣鲾祿?/p>

　　第三，對不同的設施層次建立相適應需求的數字化模型。對公路交通設施，包括路、橋、隧、以及一些附屬設施，根據它們的特點和應用場景建立相應的數字化模型，利用模型在現實中進行計算處理，并采取相應的措施。

　　第四，公路基礎設施數字化就是要推動公路交通基礎設施從他感知、被感知，向可感知、自感知轉變，更便捷更精準地獲取前端數據，再通過數字化平臺和車路協同系統(tǒng)進行發(fā)布，讓道路使用者知道“路上有什么”，讓管理決策者知道“車在干什么”。

　　目前信息采集和信息發(fā)布領域還存在很多不足，對于出行者，上了路就不知道前方的路況，也不知道前方的氣象情況，相關信息全都不知道；對于管理者，雖然每天都進行交通流基礎數據的統(tǒng)計，但微觀層次上的數據，例如，車上有多少人？貨車裝的什么貨？駕駛員是否疲勞？車輛的車況是什么？這些信息也收集不到。所以我們現在的目標就是建立起一整套的數字化體系和配套平臺，有了數字化采集設備，有了交互平臺，將來通過路側設備收集這些數據就會變得容易，從而讓使用者更安全便捷地使用道路，讓管理者更經濟高效地管理。

　　2

　　國外發(fā)展及經驗啟示

　　在基礎設施數字化研究過程中，我們對國外的發(fā)展思路也進行了參考。

　　美國近十年里也取得了一定的進展，2016年發(fā)布的《公路性能監(jiān)測系統(tǒng)實用手冊》中詳細規(guī)定了數據的采集上報，管理分析，應用服務等數據應用流程中各階段的責任主體和相關要求。

　　美國構建了一套路況報送系統(tǒng)，它的數據集不僅包括日常的統(tǒng)計數據，還包括估算數據、元數據、典型路段數據等等，根據數據集中的數據類型，制定了相關的數據元素收集標準，設計了相關的處理模型，并基于GIS搭建了相關的數據平臺。

　　在此基礎上，2017年美國交通部發(fā)布了《道路元素模型清單2.0》，以各州為主體，規(guī)定了37個強制采集的數據元素，目標是支持整個聯邦進行統(tǒng)一數據處理和安全決策。

　　《道路元素模型清單2.0》主要分為6個方面，內容較為細致，比如說雙車道公路的路段寬度，如下圖所示，對于每種元素的采集標準都進行了詳細的規(guī)定。國內每年也會開展公路方面的交通普查，包括一些相關工作的精細分析，但仍與國際先進水平存在一定差距，例如數據采集的規(guī)范程度，數據采集的精度要求等等，還處于比較初級的階段。

　　歐洲方面，2013年，德國把交通建設和城市發(fā)展部更名為德國聯邦交通和數字化基礎設施發(fā)展部，并制定了交通建設與城市發(fā)展和數字化的發(fā)展戰(zhàn)略，即《數字化戰(zhàn)略2025》。

　　按照戰(zhàn)略的總體部署，德國將加快推進數字化基礎設施建設，穩(wěn)步推進車路協同通信技術的研究與應用，鼓勵各方聯合積極開展自動駕駛、數字化出行服務和數字化物流服務等方面的創(chuàng)新技術研發(fā)，從幾個不同的層面將交通和數字緊密結合起來。

　　另外在ERTRAC2019中，將數字化基礎設施分為A~E五個等級。

　　在分級中可以看出，與國內不同，它從前到后都沒有提及自動駕駛的分級，只是在高等級設施中提到了協作駕駛的概念，我個人對此也是比較贊同的。從基礎設施的角度來出發(fā)，設施設備的發(fā)展更新，實際上都是為駕駛服務的，但它并不能主導駕駛，也不能主導運輸工具的發(fā)展?；A設施主要是協助感知，協助駕駛，提供相關信息和建議等，如果能達到這個程度，我認為就已經做的非常好了。

　　作為交通人，可能更多要從基礎設施，從路的角度出發(fā)，去進行交通智能化數字化的相關工作。

　　通過前面對美國和歐洲相關研究工作的總結，我們得到了以下幾點啟示：

　　第一點，數據采集的標準化，是整個數字化建設的基礎；

　　第二點，動態(tài)感知數據的獲取，是數字化的重要標志；

　　第三點，BIM是重要的基礎設施數字化技術和工具。但是這里有很重要的一點，就是現在我們所使用的BIM，包括我們現在用的基于BIM的應用平臺，它詳細記錄了路網數據，設施坐標，關鍵結構物的狀態(tài)等等，如果我們長期使用國外的軟件和平臺進行交通數字化建設，對國家，對我們未來交通的發(fā)展都是一個很危險的事情。對于這方面，我們還需要進行一些國產化的考慮和布局，例如開發(fā)自主化的軟件，或者是建立一套關鍵基礎設施數據的密鑰體系，對核心數據進行加密，否則一旦有突發(fā)的國際事件，將會有非常危險的后果。

　　03

　　公路數字化技術體系的構建

　　通過前期我們的相關研究，結合國內情況，我們也在不斷思考，怎么構建國內的數字化基礎設施體系？實際上要構建這樣的一套技術體系是很難的，我國現有高速公路里程為16.1萬公里，這樣龐大的路網體系要進行數字化，是一個難度非常大的工作。

　　所以我們在進行數字化體系的建設時，可能也會采取分步走的戰(zhàn)略，第一步選擇部分在建的高速公路，或者重點的橋隧工程，進行數字化的試點建設，慢慢積累經驗以后，再逐漸向現有路網的數字化建設上延伸。

　　前期我們在開展相關研究過程中，著重針對公路基礎設施數字化的需求進行了分析，這過程我們會發(fā)現有很多需求，比如說要滿足路網運行監(jiān)測與服務暫行技術要求，要滿足基礎設施統(tǒng)計分析需求，要滿足公路養(yǎng)護及資產管理數據需求，要滿足自動駕駛車輛環(huán)境識別需求，以及將來面對智能化交通，要滿足精細化的管理服務需求，等等。

　　所以在建設體系之前，我們對數字化建設的需求進行了梳理，首先確定一個最高的目標，就是構建面向自動駕駛、精細化管理服務的特征數據集。

　　我們繼續(xù)思考，如果說基礎設施要支持自動駕駛，基礎設施要實現哪些功能？需要提供什么樣的信息？例如需要提供地理信息，也就是國家立體交通綱要中指出的，打造高精度的地理信息系統(tǒng)。沒有這套系統(tǒng)，就無法實現超視距的感知，也無法實現車道級的路線規(guī)劃，自動駕駛也就無從談起。

　　另外，路側端還要實現與自動駕駛車輛的信息交互，比如說對車輛的定位輔助，交通標志標線的視認性優(yōu)化，交通環(huán)境的感知及道路狀態(tài)聯動發(fā)布等等。

　　在對需求進行多目標多層次分析以后，我們根據分析的內容，設計了一套公路交通基礎設施數字化體系。

　　該體系可從全周期，全要素和全業(yè)務三個角度來闡述，比如從全要素的角度來看，在體系建設中，我們重點考慮的就是進行要素的全覆蓋，如道路基礎設施、附屬設施、臨時設施、狀態(tài)信息等內容；從全周期的角度來說，就是要從規(guī)劃，到設計，再到建造、養(yǎng)護、運營，通過數字化的鏈條，把整個周期串聯起來；對于業(yè)務的應用，我們不僅要支持全功能的應用，還要對應用的開發(fā)進行梳理排序，比如面向自動駕駛的應用，我們可以放在10年之后再做，而對于我們現有的管理服務的內容，就要優(yōu)先開展建設。

　　美國的數字化體系建設是在GIS的基礎上，我個人對這個方向比較贊同，但我們不能采用和他們一模一樣的方案，我們可以在BIM+GIS+三維掃描技術的基礎上，融合其他的數字化技術，建設一個國產化的底層平臺，根據交通參與者的不同需求，按不同的層級加載到底層，形成整個的數字化體系平臺。

　　有了這樣的一個平臺以后，我們將來對設施的管理，對于交通運營狀態(tài)的管理，以及對運營車輛和人員的管理等等方面的智能化業(yè)務就便捷了許多，同時對車路協同，自動駕駛等方面的服務也能提供強有力的支持。

　　數字化交通體系建設的最終目的就是根據實際應用需求實現數字化技術在交通行業(yè)中的應用。我們分類別分析了數字化技術應用的實現路徑，比如說空間屬性類中的節(jié)點數據，不僅可以通過路側計算設施將數據傳輸到自動駕駛車輛，也可以通過高精度地圖的定位獲取節(jié)點數據，實現節(jié)點信息的數字化。總體來說，我們數字化體系還在不斷的構建中，要形成一套完整的體系還需要一個漫長的過程。

　　對數字化發(fā)展的思考進行總結，主要在以下幾點：

　　首先在數字化體系的建設上，我們采取的是分步走的戰(zhàn)略，先建成部分示范項目，從高速公路開始，建設高等級公路的數字化體系網絡，再慢慢的向其他等級的路網擴展。另外我們也在考慮，由于路網的逐漸龐大，是不是要把農村公路等低等級路也納入到體系建設中來？

　　第二就是正在進行的公路基礎設施數字化技術規(guī)范編制，以及數據需求強度的分級，是數字化建設工作的前提。希望通過信息化交通工程分會的平臺，能有更多的單位能夠參與到基礎設施數字化建設中來，包括相關的標準規(guī)范的制定，以及后續(xù)的示范工程的建設等等。

　　最后就是體系的建設要慢慢推進，因為這是一個龐大的工程，我們不能一擁而上，在很多問題沒有想清楚之前，還是要慎重的推進后續(xù)的建設工作。

　　未來的一段時間內我們關注的重點大概就集中在上述內容中，沒有數字化，智能交通相關一切內容都無從談起。我今天的報告內容就到這里，謝謝各位的聆聽。

　　作者簡介：汪林，交通運輸部公路科學研究院智能交通研究中心副主任，國家智能交通工程技術研究中心副主任，交通運輸青年科技英才。主要從事智慧公路及大數據、自動駕駛與車路協同、交通信息化等相關研究工作，曾主持多項國家及省部級智能交通重大課題研究工作。獲國家科技進步二等獎1項及多項省部級獎勵；獲得專利多項，其中發(fā)明專利7項；發(fā)表論文20余篇；合編出版物2本。