智能高速建設方案的探索與思考

文

交通產業發展的重點是大力推進“互聯網+”、大數據、人工智能與產業的深度融合，發展智能設計、智能建設、智能管理、智能養護等技術，引領交通基礎設施實現更高層次的智能化，從而實現高質量發展。

智能高速公路的發展前景

公路行業的建設發展趨勢，呈現出智能交通應用發展比較迅速，政府扶持力度不斷加大，智能交通的體系不斷完善，傳統行業和新興技術不斷融合等特點。這些都為智能交通的發展提供了很好的機遇。

智能交通和高速公路建設發展緊密相關，目前在高速公路整個建設投資中，國內交通所占的比例比較小，據統計占2%至3%的比例，國外已經達到10%至15%的比例。從這個市場分析來看，智能交通的發展空間很大。

目前，未來智能交通發展方向備受關注，主要方向有全面感知的交通基礎設施、綜合交通管控、綜合交通智能化協同與服務、安全運行智能化保障、合作式的智能交通和自動駕駛、開放共享的交通智能化服務等。

政策引領方面，從2013年交通運輸部提出“四個交通”的理念，“智慧交通”占據一席之地。另外，2016年的“十三五”信息化發展規劃里明確提出，各個省要開展智能公路的示范工程的建設；2017年1月，在推進智能交通發展三年行動計劃里，又進一步明確建設的思路、目標和重點任務；2017年7月，確定了吉林、北京、河北、河南、江西、江蘇、浙江、廣東、福建9個省份。為防止9省份建設時同質化或碎片化，2018年2月，交通運輸部明確了6個重點方向，每個省都有2個至3個不同的方向發展。在2019年全國交通運輸工作會議上，2019年10個重點任務，其中之一是要加快推動智能交通的發展。

框架系統在兩條高速應用

如何建設智能高速公路？目標是什么？目前國家還沒有統一的標準。基于以往的經驗，建設智能高速公路的定義和內涵可梳理為，需要運用互聯網的思維，并使用云計算、大數據、物聯網、LTE-V/5G通信技術及人工智能等新技術，使高速公路“可知、可測、可控、可決策”。建設目標是讓路網運行更安全高效、公眾出行更便捷舒適、交通管理更科學智能、智能道路更綠色經濟。

智能高速公路建設的框架共分為4層。最底層泛指互聯的智能感知層，可以通過視頻感知、交通流感知、交通事件感知、交通環境感知，還有其他基礎設施的監測，實現高速公路的全面感知。感知的信息如何向上傳遞？這要依靠第三層通訊網。通訊網的作用比較重要，其要求也相應較高，需要建立有線、無線，天、地、空立體化的高效融合的通信網。把數據通過通信網往上傳遞，一定要有大數據管理平臺，一體化大數據平臺類似于高速公路的大腦，即構架的第二層。大腦決定思考，最終為了智能的服務和應用，即構架的最頂層。智能服務和應用可以提煉出4點，即智能管控、智能服務、智能決策、示范應用。

智能高速公路的框架系統

智能高速公路基于智能感知設備采集的數據，通過人工智能、數據挖掘等技術，構建高速公路決策支持系統，為交通管理者提供智能輔助決策。

北京新機場高速公路被譽為“新國門第一路”，是連接北京大興國際機場與北京市中心之間的快速專用高速公路，是北京市交委、市科委的智能高速公路示范工程，也是北京市智能網聯建設的示范工程。新機場高速公路全線采用雙向八車道高速公路標準建設；高速公路與軌道交通共構段，長度約7.9公里；橋梁占比約87%。

延崇高速公路是2019年世園會和2022年冬奧會的重要交通保障通道，具有重要的政治意義。同時，延崇高速公路是交通運輸部綠色公路、智慧公路、品質工程三項示范工程。全線采用雙向四車道高速公路標準建設，特點是路線比較復雜，平原段的橋梁比約90%，山區段的橋隧比約95%。同時，延崇高速公路還有一個突出特點，根據規劃在冬奧會期間，所有私家車都要停在服務區，轉乘奧組委提供的觀賽車直達賽場。結合北京智慧公路建設的試點方向，延崇高速公路提出4個目標，即打造全要素的基礎設施數字化、支持“自動駕駛與車路協同”的智能化創新示范路、智能化綠色示范服務區、信息服務示范路。

兩條高速公路的建設都離不開智能高速公路的框架體系。

提供全面、精準數據的智能感知層

首先是最底層智能感知，通過視頻感知、交通特征感知、交通事件感知、交通環境感知、基礎設施監測等方面實現交通基礎設施數字化（運行狀態、環境狀態、基礎設施狀態等），為平臺分析、服務與應用提供全面、精準的數據。

通過設置高清固定攝像機、紅外透霧攝像機、全景攝像機等精準視頻采集，實現無盲區監視交通狀態；通過微波檢測器和全斷面卡口對交通特征采集，實現交通流（交通流量、平均車速、車型及車道占用率）特征的全面感知；通過對沿線固定攝像機圖像的分析采集交通事件，實現智能化的視頻事故檢測；通過氣象檢測器、能見度檢測器、全要素的氣象站、路面狀態監測器等，對交通環境情況實時檢測和預警。通過橋梁、隧道、邊坡健康監測實現精準感知與預警，為養護決策提供依據。

此外，為支持車路協同場景，外場感知擬增加毫米波雷達，實現行駛車輛的精準定位。同時，集合ETC自由流收費方式，擬增加DSRC采集手段，實現對區間交通運行狀態的實時監測。

高效融合的通信網

第三層通信網的重要部分是光纖通訊網，其為信息傳輸提供了專用通道。北京新機場高速公路、延崇高速公路的服務區，均設置了Wi_Fi，提升旅客出行的體驗；ETC的覆蓋率比較高，省內站已經達到100%，匝道站也已經達到80%以上，通過ETC實現不停車收費；站區、路段廣播是應急疏散的重要手段，這些設施都可以加以利用。

隨著LTE-v技術標準的不斷成熟，目前車路協同的通信主要采用該技術。近年來，5G技術迅速發展，其低時延、高可靠的特性，更適用于車路協同及自動駕駛。同時，為保證應急通信，這兩條高速公路都增加了衛星通信應用。

一體化的大數據平臺

基于人工智能和大數據的一體化平臺在智能高速公路中，發揮聰明的“大腦”的作用，將會是各個項目很有亮點和特色的內容。

北京大部分高速公路由北京市首都公路發展集團有限公司（簡稱“首發集團”）運營，新機場高速公路的投資主體是北京市基礎設施投資公司，因為投資主體不同，又是新國門的“第一路”，需要建立獨立的數據中心平臺。因此，新機場高速公路采用獨立運營模式，大數據平臺在設計方面采用了完備的“145”平臺架構，即1個交通云數據中心，4個運營功能群組，5大支撐體系。同時還為民航、城際、地鐵、機場大巴、出租車等綜合交通數據共享預留了接口。

在原有云平臺的架構上，采用分布式的交通運行平臺，對數據、信息、視頻分布式存儲，提高信息的可用性和可靠性。同時采用分布式的架構，利于后期的擴展。

以延崇高速公路為例，它沿用首發集團原有平臺架構，在此基礎上采用分布式的交通運行云平臺。云平臺是將數據分散存儲在多臺獨立的設備上，采用可擴展的系統結構，利用多臺存儲服務器分擔存儲負荷，利用位置服務器定位存儲信息，不但提高了系統的可靠性、可用性和存取效率，還易于擴展。

提高出行服務水平的智能服務和應用

第四部分也是重點環節——智能服務和應用。首先是智能管控，管控目標是安全可靠，新機場高速公路和延崇高速公路設置主動發光標志，能提高夜間視認距離，在重點路段沿線，每30米左右的距離安裝智能安全誘導燈。未來，大流量快速通行是新機場高速公路的特征之一，為此，沿線設置了動態限速、匝道控制和分合流預警系統。

其次是智能服務，服務目標是便捷、舒適。新機場高速公路的出行者對道路通行時間的準確性要求較高，建設方通過與互聯網公司數據共享，實時數據交互，精準發布出行時間，提高了服務的水平。同時，交通運輸部提出要大力發展ETC用戶，多建立ETC車道。同時，可針對用戶采用多種收費方式，如支付寶、微信等移動支付，還有銀行卡綁定等。

再次是智能決策，智能高速公路基于智能感知設備采集的數據，通過人工智能、數據挖掘等技術，構建高速公路決策支持系統，為交通運營管理者提供智能輔助決策。決策主要應用于4個領域，即應急指揮調度、機電智慧運維系統、公路養護決策系統、大數據綜合管理系統。

應急指揮調度主要通過專網、公網、衛星通信等空地一體化的全方位網絡，實現語音、視頻、數據多業務融合的應急指揮調度功能，從而滿足高速公路在應急事件過程中的處置需求。

機電智能運維系統主要包括智能運維管理平臺、前端感知設備，以及運維管理智庫3個部分。其中，前端感知設備是通過在高速公路機電設備上增設監測傳感器，自動上傳設備運行狀態，實現設備運行狀態在線監測與預警功能，為機電系統智能運營提供了全面的信息支撐。

公路養護決策系統主要包括養護管理平臺、“養路通App”及基礎數據庫3個部分。通過公路智能養護決策系統，可以實現道路的全壽命周期養護，大大節省后期的運維成本。

車路協同與自動駕駛的示范應用主要圍繞車路協同、自動駕駛、智能網聯車道。2018年年底，延崇高速公路平原段通車時，其中4公里路段，實現了時速80公里的情況下，車路協同自動駕駛。

2019年年底，從服務區到賽場之間的16公里的路段，要建設真正的車路協同自動駕駛的測試場地，需要新設施和原有設施的結合。

安全、效率、服務、經濟是未來智能高速的目標

智能高速公路的建設應結合項目本身的特點和功能定位，同時要注重前瞻性、先導性。示范工程應用的技術需要具有持久性，建設智能高速公路不是簡單的新技術堆積。

智能高速公路要提高出行服務水平，以出行者的需求為驅動。另外，對管理者的科學管理、智能管理提出了新的要求。建設智能高速公路要從國家整個發展大局考量，實現真正的經濟、綠色。

未來，智能高速公路的建設要實現安全是第一要素、效率是發展必需、服務是優質體驗、經濟是效益提升的終極目標。

在智能高速公路的實施過程中，不能僅是新技術的堆積，應在新技術、功能、造價3個方面尋求最優匹配。