智慧高速建設現狀研究與展望

羅華松 劉志宏

摘要 智慧高速公路是智慧交通和交通強國建設的著力點和發力點，但各省對高速公路的理解和認識尚未在深層次形成統一，影響智慧高速規模化、產業化落地;應進一步深化研究，科學總結制定有利于健康發展的標準體系，推動智慧高速高質量發展。

關鍵詞 智慧高速公路;試點建設;交通強國;數字化;感知設備

中圖分類號 U495 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0007-03

0 引言

智慧高速公路，是在土地資源趨近飽和的條件下，為滿足日益增長的交通需求，充分利用現代技術，包括大數據、云計算、物聯網、區塊鏈、5G、C-V2X、BIM、北斗和人工智能等新技術應用，以大數據為核心，提升多源感知、融合分析、決策支持能力，實現人、車、路、環境的深度融合，實現建設、管理、養護、運營、服務全過程數字化和智能化的高速公路。

1 智慧高速公路發展背景及政策支持

近幾年，在“新基建”等各種政策的推動下，我國已經對智慧高速建設的必要性形成共識，特別是為早日實現《國家綜合立體交通網規劃綱要》提出的“交通基礎設施質量、智能化與綠色化水平居世界前列”[1]的宏偉目標，智慧高速作為交通運輸行業信息化、智能化發展程度最高的領域之一，是建設交通強國的必由之路（如圖1）。

2 新一代國家交通控制網和智慧公路試點建設

交通強國、新一代國家交通控制網等文件指明各地智慧高速試點工作內容，引導提升高速公路在“建、管、養、運、服”方面的智慧化能力，加快技術落地和產業生態形成。從2018年2月智慧公路試點工程正式啟動，首批有北京、河北、河南、江西、吉林、浙江、江蘇、福建以及廣東九個智慧公路試點地區[2]，到現在全國已建/在建智慧高速達到30多條，可謂遍地開花，精彩紛呈。

重點介紹下第一批智慧高速試點工程開展情況。北京、河北依托延崇高速智慧公路試點開展，特色是“利用車路協同實現服務區換乘樞紐和奧運場地信息服務”，延崇高速北京段長33.2 km，2019年12月完成L4級自動駕駛和隊列跟馳測試，河北段長81.6 km，于2021年8月建成通車;河南省新一代國家交通控制網和智慧公路試點工程特色是“物流通道交通要素數字化和綜合管理”，依托全長106 km的機西高速公路，于2021年9月竣工驗收;江西省新一代國家交通控制網和智慧公路示范工程是昌九高速公路，試點特色是“車路協同控制網”“大數據綜合路網管理”“北斗高精度應用”，2019年7月進行無人駕駛編隊形式測試，2019年9月開展北斗衛星收費測試;廣東省依托南沙大橋和樂廣高速公路，突出大灣區路運一體化車路協同試點特色，南沙大橋于2019年4月開通，樂廣高速項目正在開展基于大數據的監管養運綜合監測系統、北斗信號增強系統建設;福建省智慧高速公路示范工程，突出兩個中心（綜合路網指揮信息中心、綜合路網大數據中心）、四大應用（綜合路網運行監測應用、綜合路網應急處置應用、綜合路網公眾服務應用、綜合路網態勢可視化應用），建立基于GIS、路網運行和業務大數據，形成動態、實時、立體的“一路一檔”的道路交通系統;吉林省依托琿烏高速公路，正在建立基于“精準地形+影像+GIS”基礎設施信息數字化管理體系，建立集高速公路建設管理、路網管控、養護監測、運行管理、服務業務于一體的管理平臺;江蘇省依托常州車路協同封閉測試區開展“打造智能通信網、智能道路網、綠色能源網”“基于車路協同技術集示范、測試、產業帶動功能于一體的線路環境”“探討無人駕駛綜合商用模式”主題內容試點，2021年1月通過驗收，是目前效益最好的試點工程;浙江省智慧高速試點工程是杭州繞城西復線高速公路，試點特色是基于阿里云的大數據路網管理，2020年底全線建成通車，開展了自有管理車輛智能終端安裝工作，嘗試車輛在高速運行狀態下的通信可靠性研究。

3 已建成的典型智慧高速公路

3.1 浙江—杭紹臺高速紹興段

杭紹臺高速公路紹興段全長67 km，是浙江省首條智慧高速，整條高速以“1+N”建設模式，打造了“準全天候通行”“智慧隧道”“智慧服務區”“車路協同”為核心的四大特色場景[3]。打造了全息感知的智慧高速云控平臺，在國內首次實現高速公路主動交通管控服務，支持準全天候通行;基于智慧隧道管控平臺，為隧道提供全面感知、可靠物聯、高效協同、智慧應急，保障安全運行;充分利用服務區、隧道口等現有場地，建設光伏發電系統，構建綠化能源供應體系;智能路側融合感知多源數據與云控平臺的融合，為無人駕駛車輛做好了技術層面的預留和鋪墊，讓高速公路在技術層面上達到具備“無人駕駛”的條件。

3.2 五峰山長江大橋南北公路接線工程

五峰山長江大橋南北公路接線全長33.0 km，以“安全保障全天候、出行服務全方位、運營維護全數字、綠色建管全壽命”為理念，打造了一條面向未來的新一代高速公路，研究成果達到國際先進水平。一是設置了10 km車道級霧天誘導試驗段，在雨雪、霧天實現類似于飛機盲降的效果;二是江蘇省首個準自由流收費試點項目，通過將龍門架前移到高速公路出口匝道，實現了ETC的預收費通行效率提高3倍以上;三是建成全國第一個完備的高速公路車路協同示范應用基地。四是擁有全省新建體量最大的智慧服務區——揚州廣陵服務區。

3.3 京臺高速泰安至棗莊段

山東京臺高速泰棗段智慧高速全長189.5 km，是全國首條全線開通的“改擴建+智慧高速”交通強國試點項目。項目建成全國里程最長的開放式車路協同試驗路段，實現了路側精準感知、車道級精準管控、車流量統計、事件快速響應等服務，有效提升道路行車安全與效率，實現關鍵技術突破。一是通過使用雷視融合技術對路側雷達、視頻監控在時空同步下做精準匹配和數據擬合，形成完全數據時空融合的軌跡信息，解決車牌識別不清、車速車流測試不準、車輛軌跡跳變等問題;二是在毫米波雷達精調、高精度標定的基礎上，通過神經網絡算法、雷達天線邊緣調優算法，實現全域車輛目標軌跡圖像高精度連續感知跟蹤，單MEC設備內目標軌跡連續保持率達到95%以上;三是面對開放路段場景復雜、項目周期短等挑戰，及時總結雷視融合綜合感知調優方法，尤其是高精度標定和雷達調優，保障了京臺智慧高速車路協同試驗段的上線進度。

4 從“十四五”規劃看智慧高速公路發展

2021年是我國“十四五”開局之年，從各省發布的“十四五”規劃來看，智慧高速公路建設赫然在列，各省交通強國試點工程也是建設智慧高速公路。智慧高速將向高質量發展方向邁進，將迎來規模化產業化推進、勢不可擋（部分省市智慧高速公路“十四五”建設目標見表1）。

5 智慧高速公路建設面臨的問題

5.1 經濟效益分析問題

高速公路智慧化的經濟效益分析存在一定的不確定性，目前沒有公認的、統一的效益預測分析方法、模型;建設投資者和運營企業普遍關心的投資回報問題，尚無有效的解決途徑，影響著智慧高速公路向規模化、產業化發展。

5.2 技術標準的制訂

各省市對智慧化的內容、標準在實施中沒有形成統一認識，使得不同高速公路項目智慧化建設和應用模式各不相同，所選擇的智慧化產品更是多樣;需要在試點建設的基礎上進一步凝練、總結技術成果和經驗教訓，形成智慧化技術經濟分析指標，制定相關技術標準，為大范圍推廣提供支撐。

5.3 技術成熟度差異

對于路運一體化車路協同、“互聯網+”路網綜合服務等試點內容，各地采用不同的技術路徑以及實施效果差別不小，無明確的高速公路車路協同場景應用范例;各地智慧化關鍵技術研究水平、實施成熟度存在差異，給高速公路智慧化建設及推廣應用帶來影響。

5.4 內外協同不夠

智慧高速公路需要跨行業、跨區域、跨部門的協同信息管理，行業信息數據開放程度、協作機制達不到深度融合，數據賦能未充分釋放，跨界協同未足夠形成，信息資源交換和共享存在缺陷，影響數據分析和協同應用的效果。

5.5 運營模式的探索

高速公路智慧化內容建設盈利模式不清晰，缺少商業化運作，運營企業缺少對智慧高速公路盈利方向的判斷，阻礙產業化落地實施;需要結合用戶需求，探索可推廣、可持續化發展的運營模式。

5.6 信息安全防護

在數字賦能的同時，前所未有的安全風險隨之而來，網絡攻擊對象及權益進一步擴大，網絡攻擊的影響力指數級暴漲;對關鍵基礎設施信息和關鍵數據資源保護，具有現實的戰略意義，需要主動防護、縱深防御、綜合防范、確保安全。

6 對智慧高速公路發展建議

6.1 頂層設計和因地制宜

頂層設計是開展智慧高速公路建設的先決條件，是確定創新技術方案的關鍵環節[4];應統籌布局做好建設方向、空間布局、建設時序規劃，近期應關注成熟技術的規模化、網絡化應用，遠期應跟蹤前沿科技布置試點研究，并做好對接和預留;要注重實效、因地制宜，結合特定區域、特定階段、特定需求來開展高速公路智慧化建設;新的應用場景應實現連續覆蓋，形成規模化，擴大交通運輸網絡效應。

6.2 統一認識和深化研究

混合交通現象會長期存在，應研究人工駕駛和自動駕駛混行情況下的技術安全問題，自主駕駛與車路協同式自動駕駛方案的技術融合路徑，研究原有公路疊加智慧化設備后新增資產的投資回收問題，研究新的運行方式給各方（設備、網絡、車、路方等）帶來的責任劃分問題。

6.3 科學總結和制定標準

對已開展的智慧高速公路試點工程進行科學評估，總結經驗，研究制定智慧高速公路建設指南，分類制定關鍵性、基礎性標準，及時將試點成果轉化為標準;堅持標準與技術發展、用戶需求相結合，標準與質量提升相結合，國家標準與行業標準、企業標準相結合，建立有利于智慧公路健康發展的標準體系。

6.4 創新驅動和安全問題

智慧高速集成人工智能、大數據、物聯網、云計算等多項新技術，具有學科交叉、產業協同、升級迭代迅速、牽動面廣等突出特征，必須走集成創新、協同驗證之路[5];新的技術應用帶來前所未有的安全風險，一旦發生重大安全風險事故，將阻礙應用進程;在智慧高速公路建設中，應嚴格貫徹總體國家安全觀，推動網絡安全設施與智慧交通同步實施，做好網絡安全防護。

7 結束語

智慧高速公路是智慧交通和交通強國建設的著力點和發力點，“十四五”時期必將是智慧高速蓬勃發展的黃金時期。目前，智慧高速發展如火如荼，智慧高速試點遍地生花，但從整體路網成效來看，對高速公路的理解和認識尚未在深層次形成統一，關鍵技術有待突破，商業模式未建構等問題;應進一步深化研究，遵循需求引導、問題引導，進一步突破智慧高速關鍵技術，探索成功可行的商業模式，注重實效因地制宜，科學總結制定有利于智慧公路健康發展的標準體系，推動智慧高速規模化、產業化落地。

參考文獻

[1]國務院.國家綜合立體交通網規劃綱要[Z].2021年2月.

[2]交通運輸部.交規劃函〔2019〕859號.《關于開展交通強國建設試點工作的通知》[Z].2019年11月22日.

[3]中關村智能網聯研究匯.2020年全國12省市智慧高速示范項目.2020.09.19.

[4]張紀升，李斌，王笑京，等.智慧高速公路架構與發展路徑設計[J].公路交通科技，2018（1）：88-94.

[5]高曉波，叢侃.智慧高速公路建設研究探析[J].公路，2021（7）：209-213.