人工智能在智慧高速中的應(yīng)用探索

鄒曉明 榮美 蔣成龍

【摘 要】為了探索人工智能在智慧高速中的應(yīng)用，提升高速公路建設(shè)及運營的智能化水平。文章基于高速公路建設(shè)運營企業(yè)視角，采用PEST方法，分析了高速公路融合人工智能的宏觀環(huán)境;提出了目前人工智能與高速公路融合發(fā)展的主要思路;基于服務(wù)品質(zhì)的提升及建設(shè)水平的提高，有針對性地提出了具體的實施措施，為人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和智慧高速建設(shè)提供技術(shù)參考。

【關(guān)鍵詞】人工智能;高速公路;大數(shù)據(jù);自動作業(yè);智慧養(yǎng)護

【中圖分類號】U495 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）02-0120-03

0 引言

隨著我國高速公路網(wǎng)路的逐漸完善，智能交通在高速公路領(lǐng)域得到快速發(fā)展。根據(jù)高速公路ITS系統(tǒng)的服務(wù)功能[1-2]，可將高速公路智能交通系統(tǒng)劃分為以下5類：一是先進的交通監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng);二是集成的信息服務(wù)系統(tǒng);三是電子收費系統(tǒng);四是運輸管理系統(tǒng);五是安全保障系統(tǒng)。人工智能的實現(xiàn)是通過計算機程序模擬人類智力活動，從而使機器表現(xiàn)出智能化運行。人工智能系統(tǒng)主要包括智能感知、精確性計算、智能反饋控制等環(huán)節(jié)，其分別體現(xiàn)人類活動過程中的感知、思考及行動的層次關(guān)系[3-4]。

將人工智能與高速路網(wǎng)結(jié)合，是未來智能高速的發(fā)展趨勢[5]。隨著機動車數(shù)量快速增長，交通擁擠、交通管理、事故救援等問題已成為交通發(fā)展中的重要難題，同時，交通智能化也成為重點突破的對象。智能交通系統(tǒng)的運用可以有效提高交通效率、緩解交通壓力、降低交通事故率，提供更人性化的服務(wù)，從而使高速公路網(wǎng)路建設(shè)更加完整與全面。

1 人工智能與高速公路融合的宏觀分析（PEST）

1.1 政策環(huán)境分析

我國已經(jīng)把智慧交通、數(shù)字中國上升為國家戰(zhàn)略高度，交通部等部委下發(fā)了《智慧交通讓出行更便捷行動方案（2017—2020年）》《關(guān)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》等多個相關(guān)文件，旨在推動智慧交通出行信息服務(wù)體系建設(shè)。同時，地方也大力推進數(shù)字化產(chǎn)業(yè)，如廣西2018年成立大數(shù)據(jù)管理局，并下發(fā)了《廣西數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展三年行動計劃（2018—2020年）》等，旨在推進數(shù)字化建設(shè)，統(tǒng)籌重要信息系統(tǒng)等建設(shè)。

1.2 經(jīng)濟環(huán)境分析

當(dāng)前，我國經(jīng)濟環(huán)境變化大，尤其是改革開放40年以來，各個方面都發(fā)生了根本性的改變，我國經(jīng)濟發(fā)展進入了新常態(tài)[6]。第一，國民GDP增長由1978年0.149 5萬億美元，上升到2019年13.6萬億美元，穩(wěn)居世界第二位，改革開放至今中國經(jīng)濟總額增長超過80倍。第二，車輛多，機動車保有量飛速增長。據(jù)公安部交管局統(tǒng)計，截至2016年底，全國機動車保有量達2.9億輛，其中汽車1.94億輛;機動車駕駛?cè)?.6億人，其中汽車駕駛?cè)顺^3.1億人。第三，隨著生活品質(zhì)提升，外出旅游、自駕游等多形式出行迅速增長，旅游日益成為國民美好生活的重要組成部分，同時也對高速路網(wǎng)的服務(wù)和保障體系提出了更高的要求。

1.3 社會環(huán)境分析

隨著社會經(jīng)濟水平的提高，我國機動車保有數(shù)據(jù)快速增長，截至2019年6月，全國機動車保有量達3.4億輛。一方面，交通量的不斷增長導(dǎo)致各種交通問題不斷凸現(xiàn)，如交通擁堵、交通事故數(shù)量上升等，直接影響社會安定及對經(jīng)濟發(fā)展造成巨大的損失。另一方面，由于現(xiàn)代交通運輸逐漸呈現(xiàn)多元化、多層次的特點，交通的安全性、舒適性、快捷性及時效性等有了較高的要求，因此想要建設(shè)高效的綜合運輸體系，發(fā)展智能交通系統(tǒng)是交通信息化建設(shè)的大趨勢。

智能交通系統(tǒng)通過對大數(shù)據(jù)信息進行挖掘、分類，為出行者提供最優(yōu)路徑選擇，保證了交通網(wǎng)絡(luò)的均衡性，確保路網(wǎng)負荷均勻。同時配合現(xiàn)有的實時監(jiān)測系統(tǒng)、交通信號系統(tǒng)、不停車收費系統(tǒng)等一系列ITS子系統(tǒng)，降低了行車延誤，即可高效利用道路資源，緩解交通擁擠、減少交通事故、提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)生經(jīng)濟效益。由此，中國發(fā)展ITS已經(jīng)成為必然，并且十分緊迫。

1.4 技術(shù)環(huán)境分析

大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等信息通訊技術(shù)在交通運輸領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，線上線下結(jié)合商業(yè)模式蓬勃發(fā)展。一是“云計算”與智能交通。通過“云計算”技術(shù)，可以有效降低對個人硬件配置的依賴，使用“云計算機”的強大配置，可進行高速的數(shù)據(jù)處理和分析，以適應(yīng)億萬計的計算量[7]。“云計算”的特性十分適合“大路數(shù)、高清化、智能化”的智能交通服務(wù)功能需求。首先，智能交通服務(wù)需要對道路交通狀況、交通流信息、交通違法行為等信息進行全面監(jiān)測，其中涉及大量的數(shù)據(jù)采集、分析及處理工作，需要進行實時數(shù)據(jù)運算及展現(xiàn);其次，智能交通服務(wù)信息需要具有較好的時效性，要求服務(wù)信息及時發(fā)布至不同需求的主體;同時，需要保證系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。二是物聯(lián)網(wǎng)與智能交通。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要是采用射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[8-9]。而RFID是實現(xiàn)智能交通、車—路信息協(xié)同等的重要手段，其已經(jīng)應(yīng)用于多種交通監(jiān)管領(lǐng)域，例如高速公路的收費系統(tǒng)、車輛證照信息管理和移動式/固定式稽查系統(tǒng)等，RFID可對車輛行車軌跡及車輛物理信息進行詳細記錄，以此判斷車輛是否在運營范圍，同時記錄路段的車流量數(shù)據(jù)，為后期規(guī)劃提供依據(jù)。

1.5 產(chǎn)業(yè)鏈分析

智能交通產(chǎn)業(yè)鏈的上下游分別為算法/芯片、集成電路/數(shù)據(jù)提供商、軟件/硬件產(chǎn)品提供商、咨詢服務(wù)/系統(tǒng)集成商、運營服務(wù)商和終端客戶。智能交通產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在當(dāng)前大環(huán)境下，隨著人工智能研發(fā)持續(xù)投入、新技術(shù)突飛猛進、國家政策大力支持等，智慧高速具有較好的政策和技術(shù)環(huán)境。

2 基于人工智能的智慧高速發(fā)展思路

2.1 數(shù)據(jù)庫統(tǒng)籌規(guī)劃，數(shù)據(jù)分塊積累

人工智能離不開大數(shù)據(jù)的積累，特別是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫的搭建。基于高速公路數(shù)據(jù)量龐大、數(shù)據(jù)分散這一現(xiàn)狀，建議在進行數(shù)據(jù)庫統(tǒng)籌規(guī)劃和統(tǒng)建的同時，制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)管理制度，注重數(shù)據(jù)的分塊積累，為后期數(shù)據(jù)統(tǒng)籌入庫、人工智能的實施提供基礎(chǔ)。

2.2 公路建設(shè)手段智能化，過程留痕化

一是開展仿真化設(shè)計。利用BIM等技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)計的動態(tài)連續(xù)、可視化及對實施環(huán)節(jié)的指導(dǎo)，并最終形成數(shù)字化仿真圖紙檔案，為高速公路養(yǎng)護管理及應(yīng)急管理提供基礎(chǔ)資料。如服務(wù)區(qū)的設(shè)計，可將功能區(qū)域仿真做成多種模塊，然后再拼裝，實現(xiàn)快捷、標(biāo)準(zhǔn)、可視化設(shè)計。二是推行模塊化智造。基于公路產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計模型的定制化、工廠化、自動化，結(jié)合3D打印技術(shù)、模塊及工序化拼裝等先進技術(shù)，推進公路建設(shè)設(shè)施的模塊化制造和安裝，如橋梁、排水、防護等預(yù)制件的工程化、模塊化智造。三是開展自動化作業(yè)。結(jié)合目前主流的人工智能、大數(shù)據(jù)分析、BIM虛擬施工推演等先進技術(shù)，在公路數(shù)字化模型的基礎(chǔ)上，逐步實現(xiàn)材料的定制化生產(chǎn)、設(shè)備裝置的合理分配、施工工序自動開展、施工過程無縫對接、施工安全技術(shù)保障、施工質(zhì)量自動評定等。四是統(tǒng)一信息化管理。統(tǒng)一推廣使用項目建設(shè)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)項目從工可等前期工作、設(shè)計、施工、驗收等全過程信息化管理，提高效率，數(shù)據(jù)留痕。五是實現(xiàn)數(shù)字化“建管養(yǎng)”。公路“建管養(yǎng)”是以公路實體+數(shù)字化管理方式，依靠先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)及信息化技術(shù)。依據(jù)現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，實現(xiàn)從規(guī)劃到竣工全過程資料的數(shù)字化歸檔，主要采用二維、三維、實景、航拍、CAD、BIM等技術(shù)，對包括立項資料、設(shè)計圖紙、施工圖紙、施工記錄、材料清單、質(zhì)監(jiān)記錄、檢測數(shù)據(jù)、設(shè)施檔案、養(yǎng)護建議等內(nèi)容構(gòu)建的數(shù)字化模型，可為后續(xù)數(shù)據(jù)共享、信息安全、管養(yǎng)多元化應(yīng)用等提供數(shù)據(jù)支撐。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)施實體+數(shù)字模型化

利用高精度地圖、高分遙感等技術(shù)，建立公路基礎(chǔ)數(shù)字化模型。這是開展智慧高速、無人駕駛的基礎(chǔ)性工作。

2.4 基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)測智能化

利用物聯(lián)網(wǎng)及信息傳輸技術(shù)，對橋梁、隧道、高危邊坡、高填方路基等安全風(fēng)險性較大的基礎(chǔ)設(shè)施進行實時或者周期性監(jiān)測，并建立檔案。一是為實時監(jiān)測道路運營安全;二是為養(yǎng)護決策和應(yīng)急處理提供依據(jù);三是為無人駕駛建立安全預(yù)警信息傳輸渠道。

2.5 構(gòu)建全景化道路感知體系，實現(xiàn)養(yǎng)護決策智能化

在新一代物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)基礎(chǔ)上，建立完善的路網(wǎng)環(huán)境感知體系、基礎(chǔ)設(shè)施狀況感知體系、道路車輛運行狀態(tài)體系，實現(xiàn)人、車、路信息共享，再配合固定監(jiān)測、移動監(jiān)測相結(jié)合的方式，實時或周期性獲取道路路網(wǎng)信息，構(gòu)造全景化的公路信息感知體系。通過全景化感知體系獲取的數(shù)據(jù)，進行精準(zhǔn)的技術(shù)和智能化的推演，實現(xiàn)養(yǎng)護決策智能化、養(yǎng)護作業(yè)自動化、養(yǎng)護質(zhì)量檢測及評定自動化。

2.6 無人駕駛、車路協(xié)同等前沿技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及準(zhǔn)備工作

目前無人駕駛中，車的智能化程度已大大提高，谷歌、百度等企業(yè)搭載的車輛能夠?qū)崿F(xiàn)路上運營。但是道路智能化傳輸設(shè)備等基礎(chǔ)建設(shè)起步較晚，需要基于無人駕駛和車路協(xié)同方面，提前設(shè)計和部署RSU路側(cè)設(shè)備、光纜及無線傳輸設(shè)備等。

3 智慧高速建設(shè)措施

3.1 加強頂層設(shè)計，宏觀規(guī)劃

基于智慧高速公路數(shù)據(jù)化及智能化的發(fā)展，分類調(diào)研需求和發(fā)展規(guī)劃，明確牽頭主管部門和企業(yè)牽頭責(zé)任人，做好大數(shù)據(jù)和人工智能的頂層設(shè)計與宏觀規(guī)劃。

3.2 以制度保障信息化、智能化的執(zhí)行

出臺大數(shù)據(jù)及智慧高速相關(guān)管理制度，明確數(shù)字化、信息化管理、人工智能相關(guān)技術(shù)的推廣使用、管理機構(gòu)等方面的管理。

3.3 加強高速公路建養(yǎng)企業(yè)主要負責(zé)人的培訓(xùn)與宣貫

重點對高速公路主管部門、建設(shè)及運營企業(yè)主要負責(zé)人加強人工智能及大數(shù)據(jù)方面的集中培訓(xùn)，從思想上引起重視。

3.4 以系統(tǒng)性科研課題牽引交通建設(shè)及運營轉(zhuǎn)型升級

圍繞公路工程建設(shè)、營運效率、安全及服務(wù)品質(zhì)的提升，公路資產(chǎn)的保值增值，大力支持科技研發(fā)，推進集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新。

3.5 打造智慧高速示范路、試驗路，做好項目示范引領(lǐng)作用

以項目為依托，打造智慧高速公路示范路，做好示范引領(lǐng)作用。

4 結(jié)語

人工智能與高速公路融合是未來路網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，如何系統(tǒng)地將人工智能應(yīng)用于高速路網(wǎng)建設(shè)，本文主要從以下3個方面進行探索：{1}基于PEST方法，分析了人工智能與智慧高速融合的宏觀環(huán)境，提出了機遇與挑戰(zhàn)并存的智慧高速發(fā)展觀點。{2}從6個不同方面深入分析了基于人工智能的智慧高速發(fā)展思路，為智慧高速路網(wǎng)發(fā)展提供建設(shè)性意見和方法。{3}在發(fā)展思路的基礎(chǔ)上，從高速公路建設(shè)及運營企業(yè)的角度，有針對性地提出可操作性措施。

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