大數據背景下的智慧公路泛在建設探討與研究

陸全民

（甘肅省公航旅通定高速公路管理有限公司，甘肅 定西 743099）

智慧公路的概念其實早已有之，只不過被刻上了深深的時代烙印。基于新基建規劃、“十四五”遠景規劃及“碳中和碳達峰”目標的發布，作為全新的國家發展戰略，智慧公路在當代社會的定義可以闡述為：集成式的應用5G+通信信息技術、光伏與風電等新能源技術、環保減碳材料、可持續發展的新型結構、物聯網、聯通云端大數據、區塊鏈及Ai等先進技術，搭建的一項綜合性工程。智慧公路依托于交通運輸行業的頂層設計，充分串聯現有的信息孤島，全方位打造面向未來的智慧化、信息化集成公路，是典型的量變引發質變的具體表現。

根據行業目前的現狀來看，公路建設的發展通過上述新技術、新材料的融合，部分公路已經可以在概念上實現智慧公路基礎的功能與作用，包括譬如：車況與路況的監測、結構的穩定性檢測與預警、交通事故與惡劣天氣的預警、合理路線的規劃、應急調度、云端視頻監控、智慧ETC服務等方面。智慧公路更深層次的意義不僅在于運營維護階段，而是囊括最初的設計、規劃與施工階段，涵蓋智慧公路發展的全產業鏈，綜合提升了行業整體的轉型升級能力，為公路運輸在新時代的發展提供了更為廣闊的平臺。

1 國內外智慧公路建設分析

智慧公路在國外的建設與發展最早始于20世紀90年代的歐洲。當時的瑞典政府修建了一段搭載有光導傳感器、事故擁堵報警器、路面不良狀況報警器等裝置的智慧公路。上述裝置的工作原理為：利用光導傳感器連接各個報警裝置，通過聲音與光源的交互傳遞，就路面的即時狀況對車輛駕駛員進行提示報警。同期的美國，也在加利福尼亞州修建了一條智慧公路，該路段搭建有當時最為先進的計算機控制系統、顯示裝置以及向導式反饋系統，能夠較為準確地為決策者及時提供道路車輛運營信息。國外智慧公路的建設研究早、發展快，進入21世紀，荷蘭境內的一條高速公路，甚至在路面上涂飾了動態溫度反應漆，使得駕駛員在夜間行駛時，可以準確地分辨清楚路面上的結冰地帶，提前做出規避，極大地增加了駕駛員在夜間的安全行車系數。

在我國，已有北京、河北、廣東等多地相繼開展了智慧公路的試點建設，試點的主要方向在于圍繞我國自主研發的北斗導航系統，搭載物聯網數字化技術，推進車路一體化的協同管理應用。北京大興機場的附屬高速公路，建設方已在其路面上設置了“冰雪防滑”的實用功能，在重慶，一條全國規模最大、路線最長、路況最復雜、場景最全的集智慧高速公路已經投入使用，該路段具備人與車與路的信息互通、云端大數據信息同步、智慧管理平臺一體化調度的集成化應用，并搭配有智慧ETC服務、全路段信息記錄、智慧養護信息服務等功能，在我國智慧公路的發展上具有十分重要的領航意義[2]。

2 智慧公路的建設探究

2.1 實現智慧公路建設的要素分析

智慧公路相比于傳統公路的優勢要素主要區別于以下幾個方面：

（1）智慧研判能力

傳統的交通方式可以說是幾乎沒有智慧的判決能力，僅依靠于沿途的一些視頻監控或是人工的輔助管控，遠遠無法滿足呈遞增態勢的公路交通流量，為行業的決策者帶來了巨大的管理壓力。而智慧公路的建設，則需要借助區塊鏈、云計算、5G大數據等新型的信息化技術與公路交通行業進行深度的交融，構建云端模型庫，實現交通信息數據的共享及雙向反饋。這樣，公路管理人員可以隨時掌控自己所管轄路段的每一輛車輛的詳細狀況，而駕駛員也可以隨時掌握路況以及提前規避前方的障礙與危險。決策者也可依靠數據信息，宏觀上對道路整體的規劃布局進行調整建設，實現社會效益的最大化，真正實現公路交通在數據信息上的準確錄入、及時報告、自動處理、快捷響應、預測報警、提高效率，全方位體現智慧公路的智慧研判能力。

（2）智慧管控能力

基于智慧公路的研判能力，智慧公路可以實現公路、車輛、人員以及道路一切附屬設施的監控與管理，最短的時間內發現路網營運異常并派遣工作人員進行處理，及時消除安全隱患與潛在的威脅。智慧公路的管控往往體現在道路交通的分流以及高速公路速度的控制上，通過對公路車輛信息的錄入，生成未來時段速度及流量模擬趨勢曲線分布圖，再根據公路實況對后來車輛進行限速或者提速通告，從而控制并誘導不同時段的車流，杜絕堵車事件的發生。智慧公路的相關技術一旦得到大規模的應用，我國高速公路120 km/h的限速或許會成為歷史，人、車、路的一體化管控，可以實現智慧公路限速突破120 km/h。

（3）智慧執法能力

智慧公路的研判能力與管控平臺搭建好之后，就需要運營期間的智慧執法能力上線了。傳統執法一般通過交通管制人員在現場的執法以及通過視頻監控的方式進行管制，智慧公路的智慧執法，可通過升級改造現有的電子監控設施，將記錄的信息上傳至全國通用的信息共享平臺，全面監控擅闖紅燈、逆向行駛、超速行駛、違章停車等違反交通規則的行為，甚至可以聯通車內信息系統，對貨車駕駛員進行疲勞駕駛提醒、行車間距提示、服務區位置提示以及前方加油站信息提示。還可采集前后幾十公里的車輛路況信息，依據其規律性的數據差異，實時對智能信號燈進行調控，可避免道路無車卻存在漫長等待等待、部分區域堵車而部分區域無車等現象的發生，體現公路交通執法的人性化。

（4）智慧服務能力

未來智慧公路卓越的服務能力具體體現在，公路沿線均布置有傳感器，傳感器終端與智慧管理平臺串聯，平臺會將終端反饋的路況信息通過手機發送至管理人員，譬如路面塌陷、雨雪大霧、防護缺失等危及行車安全的種種現象，管理人員通過具體位置、具體事故原因進行定點捕捉，擬定救援或者維護方案，再進行下一步工作，能夠及時排除隱患，修復漏洞，實現高效有序的工作方式。依托于未來新能源技術的發展，新能源車輛上路的數量也將急劇提升，較為先進的智慧化公路可以在路面下埋設類似于摩擦應力轉換為勢能的裝置，可以為路燈供電，可以為新能源車充電，可以融化積雪，可以蒸發積水，甚至可以發展為無人駕駛，將道路交通事故率降至最低，實現真正的車路協同，提升公路的安全水平，減少交管部門的工作壓力，推進人與公路環境的和諧工作。

2.2 智慧公路的建設路徑研究

（1）加強智慧公路的規劃設計能力

智慧公路網的建設來自于國家基于民生、經濟以及大戰略發展方向的頂層設計，具有時代脈搏氣息與跨越傳統面向未來的前瞻性。其實質是傳統的公路交通向數字化集成方式的轉變，因此，智慧公路的建設在規劃時，應圍繞信息化、數據化的方向進行規劃建設。這就要求我們的設計行業要緊緊把握黨中央的決議與政策，緊跟時代發展潮流，傾聽數字化產業發展回聲，以敏銳的感知能力和尖銳的洞察能力，在設計中全面串聯行業發展需求，逐步形成維度、廣度、深度兼備的規劃設計方式，全方位提升智慧公路的規劃能力。

（2）研發應用車載信息互聯設施

智慧公路的建設分為人的建設、車輛的建設、公路的建設、環境的建設，其中，車輛的建設應與路面進行相輔相成的設計與建設，車載信息互聯設施的研發與建設尤為重要，因為其關乎智慧公路最終營運的一個統籌能力。研發出與當前技術條件相匹配的車載信息互聯設施，并付諸實踐推廣使用，利用這些設施與路面傳感器、云端大數據平臺形成閉合回路，將“人-車-路-云”等交通要素有機地聯系在一起，充分發揮我國信息通信技術與網絡基礎優勢，對智慧公路產業鏈的每一條要素都進行覆蓋管控，為駕駛員提供可靠真實的信息傳輸。另一方面，駕駛員在充分享受信息服務帶來的便捷時，也應存在義務及時對服務性能進行反饋，方便決策者統籌改進智慧公路的服務性能，在不斷完善中獲得進步，全面提升智慧公路的整體性能。

（3）推進空-地互聯、覆蓋全國的信息共享系統建設

傳統車輛裝配的車載信息系統已逐漸無法滿足未來智能駕駛的需求，因此，一套系統化的、高精度的全國公路信息共享系統就迫在眉睫地需要被建設出來，這是智慧公路可以運行智慧駕駛模式、無人駕駛模式的基準條件。智慧公路的信息體系，端頭要對接我國現有的北斗衛星定位系統，由我國自主研發的北斗，對車輛通信、控制、導航、限速等要素提供統一的計量標準，充分融合智慧公路的信息系統與北斗衛星，最大化地發揮空-地優勢，全面提升智慧公路對車輛整體的信息服務能力，哪怕是在偏遠山區、環境惡劣的高原盆地，都可以傳輸實時精準的網絡訊息。基于上述信息系統的串聯，記錄每一部車輛、每一條公路、每一片區域、每一天的動態行為數據，基于大數據分析計算能力進行沙盤模擬或是模型創建，在“雙碳”政策的統管下，對汽車污染物排放、路面濕度、氣候環境、新能源使用、公路流量承載等狀況進行綜合性的分析，整合全國數據并形成趨勢分析及預測圖表，為決策者進行全國性的布局規劃，為國家進行相關的數據統計，為駕駛員發布前瞻性的信息服務，均提供了強有力的數據支撐。該信息系統還可連接各大汽車廠家、維修部門、加油站等服務設施，為其在不同地形條件下的車輛設計、保養維護等服務提供人性化的支持。

（4）組建智慧公路的大數據云端庫

在信息時代下，各行各業的進步已與其行業數據資源的整合產生了牢不可破的關系，甚至可以說，掌握了數據整合能力，便會在“十四五”的開局之年掌握先機，立于先天不敗之地。傳統的公路交通行業自有的數據資源需及時進行優化整合，開發適于智慧公路發展的欄目，分門別類地進行計算與存儲。云端數據庫應建設標準統一、開放共享的基礎數據中心，側重于邏輯協同及云計算能力，適配自主國產、安全可靠的云控基礎軟件，將分散在各地的系統串聯、數據打通，向上觸及管理部門的決策服務，向下延伸至用戶的終端設施，橫向還可與同行業平臺進行交互共享，全面提升智慧公路的營運能力。

3 智慧公路的發展趨勢分析

我們國家目前的信息化建設在世界上來說，都處于領先地位，各種基于5G信息化技術的研究成功層出不窮，各行各業都在向著智慧化、信息化的方向發展。伴隨著國家、部委層面相關政策的大力支持，結合國家發展日益增長的公路里程數，智慧公路的建設已經成為公路交通行業未來唯一的發展方向。相關數據顯示，近幾年來，河北、河南以及中西部的部分省市已經開始著手智慧公路網的規劃與建設，預計到2023年，全國各省智慧公路建設投資額將達到900億元左右，發展前景極為廣闊。伴隨著智慧公路政策體系的完善，市場規模還將進一步擴大，其中還包含既有道路的加固維護與升級改造。充足的行業內需將會誘發產業的急速發展，市場前景廣闊，未來可期。

但需注意的是，智慧公路運載主體的無人駕駛技術，在全世界范圍而言，還未全方位的研發成功并加以應用，基于智慧公路多方主體的安全考慮，無人駕駛尚不能應用于國內的智慧公路建設。拋開無人駕駛技術，可以清晰預見的是，智慧公路在我國的遠景規劃，可使新能源汽車、節能減碳措施落實、5G信息化技術推廣、區塊鏈大數據建設、新能源充電樁建設、人工智能、國有自主芯片研發及應用等，在新基建的推進及公路交通行業的轉型升級中獲得長久而深遠的發展。

4 結語

我國智慧公路的建設已經呈現蒸蒸日上的趨勢，未來，公路交通行業必然是智慧公路的天下，巨大的內需推動著行業整體迅猛地向前發展，牢牢把握這一時代紅利，廣大從業者將會目睹成功，見證歷史，助力公路交通產業的騰飛，為國家“十四五”遠景規劃及“雙碳”目標全面實現的擘畫奉獻自己最有力的回音。