公路智能化提升舉措研究

李現實，秦玉霞

（1.山東鐵路投資控股集團有限公司，山東 濟南 250102；2.濟南理工中等職業學校，山東 濟南 250022）

引言

2019年9月，中共中央、國務院印發了《交通強國建設綱要》，提出了構建安全、便捷、高效、綠色、經濟的現代化綜合交通體系，大力發展智慧交通，推進數據資源賦能交通發展，加速交通基礎設施網、運輸服務網、能源網與信息網絡融合發展。智能化是走向交通強國的重要切入點和關鍵因素，作為實現交通強國的重要基礎和支撐，智能交通在交通強國實現中具有關鍵性的作用。

公路的智能化改造可以提高公路管理模式的科學化，實現公路管理手段的高效化，提高管理效率。智能交通運輸系統被認為是提高公路交通的可靠性、安全性的有效手段之一，通過公路的智慧化改造，及時準確地獲取公路運行狀態，提高公路高效管理水平，使交通管理部門實時掌握公路的真實狀況，實現交通系統快捷、安全、高效的運轉。

1 發展現狀及存在的問題

1.1 發展現狀

1.1.1 國內發展現狀

隨著智能交通技術發展，新技術的應用日趨廣泛。云計算、大數據、移動互聯等新技術在交通領域的研究和應用取得實際成效，智能交通系統的基礎理論方法得到進一步的豐富和完善，在智能車路協同、大城市區域交通協同聯動控制、交通狀態感知與交互、車聯網、綜合交通樞紐智能化管控等關鍵技術領域取得了多項技術突破，形成了一系列技術成果。

我國進行大規模的智能交通系統建設，建立了智能信號控制系統、智能研判分析系統、智能高點視頻監控系統、可視化集成指揮調度系統、一站式出行服務系統、道路貨運車輛公共平臺等一系列智能化平臺及系統。我國智能交通管理系統集合大數據、云計算和人工智能技術，拓展新的服務和應用，大部分高速公路及多個城市已經建成了集接處警、信息采集、交通控制等功能于一體的智能化交通指揮控制中心，在城市交通中實現了交通信號自適應控制和主次干道“綠波”控制。

針對新一代交通運營控制管理理論體系以及車車交互、車路協同等前沿技術也開展了相關研究。例如國家973計劃項目中的綜合交通信息感知集成與多式協同誘導研究，國家863計劃項目中的車車交互式協同控制系統關鍵技術研究、車路協同系統仿真測試與驗證關鍵技術研究、車路協調系統交通協調控制關鍵技術研究等。

1.1.2 國外發展現狀

美國、日本及英、法、德等發達國家將智能交通作為交通發展的重要戰略方向之一，均從不同角度提出了對未來智能交通系統發展的展望和判斷。發布了建設大數據的國家戰略，并將數據開放共享作為大數據發展的基礎戰略推出；同時制定了大數據發展計劃。

美國各州已經建設路網管理中心，并啟動了全國性實時交通管理系統的建設工作。美國東部地區的I-95號州際高速公路形成了I-95通道聯盟，實現相互學習及信息共享、信息管理、方便跨轄區和跨交通模式的部署及管理。英國、荷蘭、日本等發達國家建立了國家級路網管理中心，對公路實施網絡化管理并提供豐富的信息服務功能。

針對面向車路協同的公路基礎設施的智能化提升，國內外都做了或正在開展大量的研究和實踐，取得了顯著的效果，例如在重大橋梁、隧道健康監測、邊坡等重點基礎設施自動監測，隨著智能技術的進一步發展，公路交通基礎設施智能化已開始從橋、隧節點拓展到高等級公路全線。

1.2 存在的問題

（1）由于缺乏充分溝通機制，智能交通的建設并沒有形成一個體系，各個系統相互獨立、分散建設，交通資源分散，數據散亂，孤立應用的問題仍然存在，信息孤島現象較為普遍，信息化發展的集約性、體系化不夠充分，基礎性、通用性的軟硬件資源難以共享，數據資源在部門間、區域間、層級間流動相對緩慢，互聯互通、共享開放、應用深入的發展格局尚未形成。（2）智能技術的應用不夠全面深入，存在多個口徑的數據結構不一致，接口標準不統一等問題，多種交通感知方式缺乏融合協同，缺乏對交通事件的實時分析、預警和實時響應，缺乏對交通信息的全面融合和深度應用。

2 發展需求

隨著自動駕駛等尖端技術的發展與應用，未來在車路協同環境下，交通運行會更加順暢，擁堵得到有效改善，公眾在旅途、運輸過程中的舒適感、便捷感會有著質的提升，然而這些關鍵技術的實現仍有著基礎設施層面的阻礙。山東有著規模龐大的高等級公路，但感知、監控設備的覆蓋水平低，通信網、傳感網及監控網遠未成型，并且還存在著信息不共享、數據標準不統一、管理混亂、數據應用不夠等制約高等級公路通行效率的因素，車與路的交互、共享、融合還很遙遠。

為無縫銜接且安全的交通服務，建立一個可智能反饋循環的生態系統，需要將先進的信息和通信技術整合到交通基礎設施和車輛中來提高交通性能，打造安全、智能、高效的基礎設施，提高整個運輸系統的安全性、便捷通暢性。

借助于物聯網、大數據和云計算等新一代信息技術在對交通運輸體系中的各種要素全面感知、泛在互聯的基礎上，實現系統協同運行、高效服務和可持續發展，推動提升基礎設施數字化和智能化水平，全面提升基礎設施品質。（1）要構建高集成度的智能路測系統，路側系統將內置多種通信方式，提供多種傳感器接口（信號機、檢測器）和局部地圖服務，并提供信號配時信息和周邊運動目標信息服務。（2）要實現基礎設施和工具全方位共享，運輸市場更加開放，平臺信息服務共享共用，共同遵守相同規則，充分發揮資源的最大效用。（3）推進交通運輸領域大數據應用，深入開展智慧公路建設，構建全生命周期一體化的智能公路基礎設施，推動管理模式向主動化、網絡化、智能化發展。

3 推動公路交通智能化的舉措

以科技引領，大力推動互聯網技術、移動智能終端技術等現代信息技術，在公路基礎設施效率提升、客運出行、貨運物流、管理決策等領域的應用。逐步實現交通運輸基礎設施“全要素”數字化，提升基礎設施感知性和智能化水平，建設與智能、綠色交通裝備協同的新一代交通基礎設施，增加基礎設施的可靠性、安全性、經濟性和保障能力。

3.1 構建行業信息化平臺

以“互聯網+路網”為導向，以大數據、云計算為基礎，整合省、市公路系統信息資源，引入動態感知、資產管理、路網運行效能綜合評估、安全提升和智能擴容等新的管理理念，構建“公路智慧管理系統”平臺，逐步實現公路基礎設施數字化、行業管理智慧化、公共服務精準化。并在建設公路智慧感知體系的基礎上，構建基于自身及外部數據的主題及應用數據庫，實現公路運行狀態的動態可知可測、資產數字化管理及技術狀況動態評價，在進行路網運行效能綜合評估的基礎上給出路網運行缺陷分析結果，在引入改善決策建議方案的基礎上對建議方案進行仿真模擬，最后得出最優改善方案。

3.1.1 構建智慧養護投資和資產管理體系

以公路養護管理的科學決策模式為主線，融合公路健康實時監測技術、路況快速檢測技術、公路資產養護需求分析、路面長期使用性能預測、養護資金優化分配、投資效益綜合分析等技術。建設公路智慧養護投資和資產管理系統。并結合公路建設養護歷史、路況檢測資料，公路交通動態流量、車型指標，動態稱重系統獲取的軸載數據、軸載譜數據，輔助投資預算和養護科學決策，結合資金分配模型及優先級排序，優化資金分配，建立養護效果預測模型，確定養護方案，實現公路養護管理的科學化、規范化和現代化，見圖1。

圖1 公路養護科學決策體系

3.1.2 公路智慧管理系統

打造“一網、一圖、一庫、一平臺”的智慧化的與其他交通方式信息共享交互的普通國省道綜合管理系統，見圖2。其中，“一網”是全省路網，“一圖”是基于GIS的、屬性與空間數據融合的、業務可視化綜合應用與展現數字化地圖，“一庫”是統一數據交換標準、多源數據資源共享的綜合數據庫，“一平臺”是實現資源互聯互通、全部管理業務協同應用的綜合業務應用平臺，平臺包括基于行業大數據體系下的智慧決策、路網監測、公眾服務、業務監管等設施資產管理及評價、路網運行效能綜合評估、效能提升決策等三大業務系統及下掛的若干業務子系統。

圖2 公路智慧管理系統

3.1.3 完善路網智能管理

構建普通國省道巡維網絡化智能管理系統，以移動終端設備為搭載平臺，結合路面信息管理軟件路況采集系統，提供數據采集、路政和養護業務的輔助處理、養護人員工作監管等功能，實現路況的及時上傳、病害及時維修、養護工程質量及時上報，使公路養護信息的傳遞更加及時和便捷。針對交叉路口、上坡路段路面車轍發展嚴重的路段，安裝車轍智能監控系統，定期、定時監測路面車轍發展，并根據車轍橫向發展狀態，輸出多指標的車轍評價指標，總結車載發展規律，為車轍病害養護提供針對性的處理方案，解決車轍病害發展問題。

3.1.4 路橋隧智能監測/檢測

對于特大橋梁、特長隧道、高邊坡、地質災害路段的交通運行情況，利用基于物聯網技術、移動終端和人工智能技術實時采集、監測并進行聯網管理，同時利用高分遙感干涉測量技術，進行周期性的數據采集，研究數據規律，開展構造物健康狀態的預測預判研究。

3.1.5 公路風險智能管控

推進交通基礎設施路面環境、結構健康、隧道環境、機電系統等全方位智能感知的研究，建立三維運營狀態動態可視化分析系統進行風險評估，建立實時在線識別系統，進行數據解析、模態識別、損傷評估，以實現風險的實時評估和精準自主管控。

3.1.6 完善路網預警與應急指揮系統

推動監測數據分析研究、自主動態評價，基于公路基礎數據評估全市路網服務能力，支撐公路規劃、建設、養護、管理等決策，構建以公路技術狀況、服務能力水平等監測評價數據為主導的管理決策體制，打造集收集、匯總、發布路網信息，指揮、協調、處置路網事件，跟蹤、評估、分析路網運行狀態于一體的綜合型研究管理機構。

3.2 推進智能公路建設

3.2.1 交通大數據處理技術

深化數據融合、數據挖掘、數據可視化等技術在交通運輸中的應用，通過對分析后的數據構建用戶、路網和車輛的統一視圖，為用戶安全便捷出行和路網管理決策提供支撐，為出行者提供導航、定位、公告、引流等服務。

3.2.2 加快公路基礎設施數字化發展

推進基礎設施全要素數字化和全過程數字化管理，構建基礎設施運行監測體系，全面提升路網調度智能管理服務水平。運用多源智能感知技術等，加強關鍵基礎設施的智能實時監控，跨江大橋、水下長隧道實現全覆蓋，一般性基礎設施提高覆蓋率，為基礎設施在役能力保存與提升提供關鍵支撐。優化完善交通基礎設施資源資產管理系統，提升基礎設施智能管養水平，全面實現養護精細化。

3.2.3 加快建設公路地理信息數據資源庫

引入三維成像激光掃描技術和數字照相技術，對普通國省道沿線基礎設施數據進行采集，建立空間模型，實現基礎設施可視化，并對數據進行分類和標準劃分，實現數據空間分析和應用，對道路的健康和性能情況進行合理評估，對道路進行動態監測，為養護決策提供數據支撐，為普通國省道改造建設、運營和管理提供準確的數據和精準的服務。

3.2.4 建立基于物聯網和數據技術的感知系統

以前端交通設施標準布設、多源監測、智能分析為重點，對人流、物流、車流、資金流、基礎設施、自然環境等所有與交通相關的社會生產生活要素進行全面數字化，并對各要素的時空演化軌跡進行全鏈條跟蹤采集，打造覆蓋全對象和全時空的新一代智慧公路感知體系。

3.2.5 車路協同技術

結合未來自動駕駛、無人駕駛技術需求，構建車路協同路域基礎設施網絡，推動超高速無線局域網（EUHT）、移動互聯網、物聯網等先進技術在公路和城市道路上的應用。

綜合運用信息技術、通信技術、電子控制技術、計算機技術以及智能駕駛技術等，通過在重要道路上覆蓋路況傳感器，構建智能汽車系統、智能道路系統、車路協同系統，改變車路分離的現狀，在車路之間、車車之間建立有效的信息溝通，從而使人車路協同交互技術更完備，提高車輛與道路資源使用效率，減少交通安全事故的發生。

利用無線通信、探測傳感等技術手段，獲得道路交通信息和車輛運行信息，利用無線通信設備與其他車輛和道路設施通信，并對交通信息進行實時分析和處理。通過車車、車路通信的方式，將信息交互傳遞，通過語音警告、數據發布等形式，實現盲點警告、碰撞預警、前車緊急制動提醒、交叉口輔助駕駛、禁行提醒、車速預警等功能。達到優化利用系統資源、提高道路交通安全、提高單位能耗的運輸效率、緩解交通擁堵的目標，在滿足交通運輸需求的條件下，達到節能、環保的目的，同時也為改善公路通行效率提供了技術基礎和支持條件。

開展車路協同應用示范，建立智能車路協同系統測試驗證環境，研發并構建精確定位與高可靠通信、車輛-駕駛員-環境實時感知的智能車載系統、多通道交通狀態信息辨識與采集的一體化智能路側系統、高速移動狀態下的可信可靠的車路/車車信息交互與控制系統、大規模跨平臺開放式一體化車路協同仿真測試系統，實現關鍵技術與系統的仿真測試驗證，建立車路協同技術框架體系，為智能交通系統產業升級提供技術保障。

3.2.6 智能基礎設施建設

打造與智能交通裝備協同的新一代交通基礎設施，提升基礎設施智能化水平，實現基礎設施和載運工具數字化、網絡化，運營運行智能化，構建覆蓋全省、支撐智慧公路發展的高精度數字化基礎地圖和交通基礎設施信息庫。

3.2.7 提升公路安全智能化水平

提高路網監控基礎，進一步完善普通國省道路網監測與應急處置平臺功能，充分利用大數據，以智能化為手段，全面提高交通安全的感知、預測、研判、預警與預防能力；通過智能技術與圍繞人、車、路、環境的交通安全系統對策的深度融合，自動生成交通安全智能方案，大幅提升交通安全水平。

開發多源數據的信息采集、數據挖掘、事故演化預測及預防技術，構建基于交通大數據的安全智能診斷、監測預警、情景推演、數據發布、輔助決策、智慧管控和應急保障系統平臺。提升安全預防準備、安全監測、風險預警、態勢研判、分析決策、應急救援處置、安全保障能力和水平，實現運行指標全天候、全領域動態管控，突發事件應急預案全覆蓋。

圖3 系統總體技術框架

針對不同的場景如道路交通事故多發點、養護路段及極端惡劣天氣，布設安裝不同的前端采集設備，通過建設車地/車車雙向實時無線通信網，形成由無線通信、手機移動通信、衛星通信、光纖通信及Internet網構成的高質量、大容量、高速率的網絡傳輸體系；構建公路安全預警云平臺，面向安全及人車路協同開發五大應用及服務：行人過街自動警示系統、匯/會車提前預警系統、養護作業預警系統、惡劣天氣預警系統及路況信息實時發布系統，見圖3。

3.2.8 實施公路全天候通行工程

針對公路自身，通過消除公路的地質災害點、事故盲點、矯正不合理線位等措施，提升公路自身的安全屬性；利用智能化技術，針對惡劣天氣及突發事故等情況，通過采用車路協同技術、與氣象部門合作提前預警、智能交通誘導技術、抗凝冰技術“可變限速系統”等多種技術手段，實現公路的全天候通行。

4 結語

信息化技術對提升公路交通基礎設施的智能化水平具有關鍵性的作用，通過信息化技術的應用可提升公路的安全性和暢通性。隨著新業態的成長，需要進一步做好智能交通發展的頂層設計，調整完善或出臺智能交通領域相關政策、法律，完善智能交通基礎標準體系建設，制定智能交通相關標準，健全智能交通科技創新與科技人才培養制度。