普通國省道智慧公路建設研究與應用

陳 昱

（南通市公路事業發展中心路網分中心，江蘇南通 226007）

近年來，以5G、云計算、大數據等前瞻技術為核心的交通科技和產業革命浪潮不斷涌現，智慧城市、人工智能等產業高速發展，為智慧交通提供良好的發展機遇。普通國省道在公路網中占據主干地位，但尚未發布統一的建設指導文件，亟須多元探索普通國省道新發展思路與模式，推動智慧交通高質量發展。

1 國內智慧公路發展現狀

目前我國智慧公路建設重心主要聚焦智慧高速公路，據相關數據統計，已有10多個省份、40多余路段已經完成或正在建設智慧高速公路，代表性試點工程包括北京延崇智慧高速、江蘇五峰山高速、浙江杭紹臺、杭紹甬智慧高速等示范工程。浙江、山東、江蘇發布《智慧高速建設指南》，將試點成果轉化為建設標準經驗，指導高速公路智慧化、體系化建設。

普通國省道智慧公路受到覆蓋范圍廣、交通參與者復雜、資金來源單一等多方面因素限制，僅在江蘇省、山東省及河南省試點先行。代表性試點工程包括南通G204智慧公路、G524常熟段、無錫S342、青島智慧公路、煙臺普通國省道智慧公路建設項目、鄭州市示范項目等[1]。其中，G524常熟段、南通G204智慧公路入選多項江蘇省重點建設項目，科技示范效果明顯。

高速公路是智慧公路的建設重點，但普通國省道智慧公路建設的頂層設計與深入挖掘尚不全面，試點工程少且大部分仍處在方案探索階段。亟須探索普通國省道智慧公路建設規范，創新未來公路的新發展思路與模式，從安全、效率、服務三大方面提升普通國省道交通體驗。

2 普通國省道智慧公路建設需求

普通國省道是連接市際間、區域內關鍵節點的重要橋梁，具有良好的連接與集散作用，具有路網結構錯綜復雜、交通參與種類多元豐富、路口交通事故頻發等特點。

普通國省道建設重點需聚焦于保障交通安全、提升通行效率、升級交通服務三方面。保障普通國省道能夠智能化預防交通事故，減少交通事故發生頻次及傷亡程度；通過智能化手段提高路段通行能力，減少“全出行鏈”交通延誤、應急處置時間，強調整體出行效率與品質。相關單位發布的智慧公路建設指導文件中，多次反復強調應提升交通服務水平，強伴隨式服務體驗和群眾出行獲得感與滿足感。

建設需要加強對數據資源的采集與融合應用。要求存儲、備份普通國省道公路基本屬性、便民服務設施和基礎設施設備等數據，為后續公路管理、升級提供數據支撐。依托高精尖的公路監測感知能力，可以精準地采集公路運行動態數據，掌控宏觀運行情況、天氣等參數變化，提升公路行業安全治理水平[2]。應積極推進大數據支撐應用，構建統一規范、共享兼容的大數據中心，推動大數據跨層級、跨部門、跨行業的協同聯動，編織公路數據體系一張網，高效分析挖掘采集的數據信息，分析公路潛在安全隱患、輔助公路管控決策。隨著普通國省道智慧公路建設的持續推進，研發的系統需具備可拓展性，確保能夠滿足日后功能開發升級以及信息資源共享的內生需求，提升服務器的并發處理能力及硬件穩定性，支撐處理應急事件和大數據分析，優化網絡環境，確保信息安全，滿足國家信息安全防護標準。

3 普通國省道智慧公路總體框架

依托現有智慧高速公路建設試點經驗，融合智慧公路內涵及普通國省道功能[3]，整合形成普通國省道智慧公路總體框架。框架基于新技術應用及安全運維保障，聚焦全方位服務、全業務管理、云控平臺及基礎設施四大內容，打造數字化公路管控及服務體系，逐步升級普通國省道可視、可測、可控、可服務水平。

普通國省道智慧公路總體框架如圖1所示。

圖1 普通國省道智慧公路總體框架

3.1 基礎設施建設

基礎設施建設主要涉及感知設施體系建設、通信設施體系建設及綠色能源設施體系建設。

道路感知設施體系建設主要針對公路主體及附屬設施監測、公路交通運行狀態監測、公路路域氣象環境監測三大方面。公路主體及附屬設施狀態監測主要包括對橋梁、隧道、道路及沿線基礎設施的應用狀態監測，公路交通運行狀態監測主要包含行人/非機動車過街、交通運行狀態、路網擁擠程度及突發事件監測，公路路域氣象環境監測主要包含惡劣天氣監測、溫度監測、濕度監測等。

通信設施體系建設主要賦能車、路、中心云三大方面，實現路測通信單元（RSU）、智能車載單元（OBU）及云平臺的廣泛互聯，實現路與路、車與車，車與路、路與中心、車與中心之間的通信。

綠色能源體系建設主要包括綠色能源供給、電動汽車充電服務以及綠色照明服務。具體包括建設光伏項目、利用太陽能等新型能源為車輛及設施提供可持續的充電服務、建設綠色環保的智慧公路等。

3.2 云控平臺

云控平臺利用中心云及邊緣云連接各節點數據，打通感知基礎設施收集到的數據，實現數據共享互通，支撐普通國省道的高精度管控，提高道路通行效率及行車安全。

中心云包含決策模型及數據中心，決策模型結合采集的數據提出路網養護輔助決策、綜合管控策略、事件動態預警、應急調度指揮等，模型具體功能包括主動評估公路主體及附屬設施狀態，生成養護階段計劃和輔助公路養護決策；針對交通流狀態、車輛、路段、氣象環境、擁堵、養護的態勢進行感知和分析決策；圍繞應急事件的事件詳情、影響評估、處理流程進度等制定調度管控策略；對路網運行監測中監測到的危險路段、違規車輛、交通事件等具體事件采取預警。數據中心用于儲存組織交通數據，整合路網運營相關的多方資源，打通既有的系統數據壁壘，打造普通國省道公路運營管理的全量數據庫，具體包括但不限于時空動態數據庫、原始環境數據庫以及交通事件數據庫。

3.3 全方位服務

（1）出行安全。

出行安全圍繞準全天候通行、公路事件預警、車輛匯流預警、行人/非機動車過街提醒功能，具體包括惡劣天氣行車誘導及危險警示、智能公交管控、路面冰雪快速融化；實現人工智能公路交通事件預測預警，提供貨車違規占道提醒及車路協同式安全預警服務；在道路合流區域設置語音提示、黃閃警示等預警誘導裝置；應用太陽能道釘燈、反光標線等安全預警設備提醒機動車禮讓行人/非機動車過街。

（2）出行效率。

出行效率重點面向交通信號燈實時優化控制、區域路網協調聯動；緊急交通事件精準感知、高效決策響應；車路協同試點區域的信號互聯互通，云端管理平臺及自動駕駛專用車道建設、自動駕駛貨車編隊等方面。

（3）出行服務。

出行服務功能主要面向精準實時的地圖導航及交通誘導；宏觀交通道路運行狀況信息、氣象環境信息以及安全輔助駕駛信息交互服務，設置個性化可變情報板；智慧服務區設置智慧停車、智慧餐廳，實現停車誘導、停車管控、新能源充電、線上餐飲點單等功能。

3.4 全方位管理

全方位管理主要面向公路管理人員，依照需求導向，瞄準目標、協同配合、構建可持續發展的“建管養運”一體化系統，具體包括數字建設管理、科學養護管理、智能收費管理、實時應急指揮、路網運行檢測、輔助決策支持。

依托公路建設項目管理子系統，實現公路建設項目全周期閉環管理，實現施工人員、設備、物料、質量、現場環境、施工安全、建設進度全閉環管控，推動基于BIM/CIM的設計建造一體化數字交付，建設公路基礎設施檢測與應用平臺；依托檢測車、無人機等監測設備獲取路面平整度等指標，提供高質量道路、橋梁、隧道日常養護工作，實現不同養護作業類型分類方案布置；在普通國省道收費期間，提高ETC車輛識別精度，打造精準便捷的自由流收費[4]；快速發現緊急事件、并自動備案、靈活調度調動，自動生成事件處置效果分析報告；實現建管養運不同階段的數據統計及綜合分析。

4 南通G204智慧公路示范段工程實踐

4.1 南通G204智慧公路示范段概況

南通G204國省道連接江蘇鹽城與南通市區，是江蘇省境內承載南北交通的主要公路，其日常交通流量大，公路管養水平突出，機非混行、行人過街等特征明顯，匯聚交叉口、橋梁等各類應用場景，是普通國省道的典型代表。

南通G204智慧公路路段融合大數據、數字孿生、車路協同等新一代信息技術，聚焦“精準感知、精細管控、精心服務”三大“靶心”，構建集成科學管理與優質服務的智慧公路示范段。

南通G204智慧公路總體框架如圖2所示。

圖2 南通G204智慧公路總體框架

南通G204智慧公路入選多項江蘇省重點建設項目，現一期工程已順利建成，其試點經驗及創新探索對全國普通國省道智慧公路建設有較強的借鑒意義。

4.2 南通G204智慧公路示范段實踐成果

圍繞“精準感知”，工程在路測周邊加裝雷視一體機、全要素氣象站、行人檢測儀器、球像攝影機等外場感知設備，實現路段沿線人、車、路、環境立體化多維度全息感知。基于機器視覺技術，實現對車輛違停、違法設攤、氣象風險等公路事件的精準定位與秒級響應，有效提高感知的精準、全面、及時、便捷程度。

圍繞“精細管控”，工程依托“南通G204智慧公路系統”，將“精準感知”收集得到的視頻監控數據、公路實時路況、氣象風險等級、公路主體及附屬設施指標等多元數據進行可視化綜合展示及匯總分析，融入“南通公路輔助決策平臺”，統一南通數字公路建設業務應用，實現公路資產數字管理、數據永久性溯源、路網實時監測預測，深化南通公路高質量管控效能。

圍繞“精心服務”，工程重心集中在行人過街預警系統建設、車路協同系統建設以及智慧情報板聯動服務系統建設三方面。行人過街安全預警系統安裝在人流密集區域，動態監測預警沖突，降低車流與人流通行的矛盾，打造安全舒適的交通環境。車路協同系統率先試點15個典型場景并創新應用4種數據發布手段，超視距感知路口交通信息。創新智慧情報板聯動服務機制，提供出行智能誘導等服務，讓出行更加智慧。

示范段的“智慧”建設讓公眾通過數字感受便捷的交通服務，為管理者提供更加科學、精細的決策支持。

5 結語

我國各省份的普通國省道公路建設仍處在不斷探索及試驗階段，缺少系統的普通國省道智慧公路建設指導性文件，可能造成盲目建設、資源浪費等系列問題。本研究基于已有智慧公路試點經驗，總結普通國省道建設框架，通過融合數字孿生等新型技術加快智慧公路建設與規劃，實現全生命周期閉環，實現公路路網科學管理、高效運行及優質服務，對指導后續普通國省道智慧公路建設具有一定借鑒意義。