基于航天系統工程的智慧路網工程管理與實踐

劉 震，侯 偉，單華偉

(1.航天恒星科技有限公司，北京 100086；2.哈爾濱航天恒星數據系統科技有限公司，黑龍江 哈爾濱 150028)

1 引 言

按照我國加快建設交通強國建設要求，“十四五”期間將進一步開展“交通設施數字感知，信息網絡廣泛覆蓋，運輸服務便捷智能，行業治理在線協同，技術應用創新活躍，網絡安全保障有力”的數字交通體系建設。如何科學、有效的開展智慧化路網工程建設，加速構建數字交通體系成為亟需研究和解決的問題[1]。針對智慧路網信息化工程的主要問題及特征，提出基于系統工程方法的智慧路網工程管理模式，推動智慧化路網建設的科學化、系統化和規范化發展，為新時代下的智慧化路網建設管理提供參照，其管理方法和實踐經驗對交通強國戰略信息化建設具有借鑒意義。

2 智慧路網信息化工程主要特征

“十三五”期間，交通運輸行業以數據為關鍵要素，加快行業信息化重點工程和示范試點工程建設，交通運輸信息化數字化發展不斷提升水平。目前，基礎設施電子地圖基本全覆蓋，視頻等動態監測范圍不斷擴大，高速公路視頻監控和電子不停車收費系統(ETC)廣泛覆蓋，以不同形式的智慧化路網信息化建設取得長足發展[1]。但是還存在數據基礎薄弱，數據采集及動態感知的范圍較窄、深度不夠；應用協同性不強，不同方式和領域之間發展不平衡，縱向一體化協同應用較少，橫向綜合性應用整合不充分；先進信息技術與交通運輸的融合深度、廣度仍顯不足，可規模化復制推廣的模式和標準尚未形成等諸多問題[2]。綜合“十三五”期智慧化路網建設情況及《數字交通“十四五”發展規劃》，未來智慧路網信息化工程將呈現如下特征：

復雜性日益提升。包括建設需求考核指標復雜、應用技術復雜、研制過程復雜、集成難度復雜、管理復雜、跨部門跨領域跨學科協同復雜、工作環境復雜、涉及科學問題復雜等多個特征。

巨型性愈加顯現。新時代智慧化路網建設不僅涉及到前期工程的融合，也涉及到智慧化項目建設子任務數量巨大，各子系統之間的跨領域、跨系統協同，多專業協作廣泛等特征。

風險性越來越高。由于項目建設復雜性高、實施內容廣泛導致項目風險項較高，包括對多需求、多目標應用的高技術風險以及由于跨部門、跨學科帶來的管理風險。

方案設計、技術攻關、工程實施、協同創新、應用驗證、管理保障、工程運維之間的高動態緊耦合越來越強。

3 基于航天系統工程的智慧化路網管理模式

3.1 航天系統工程方法

航天系統工程方法是從需求出發，綜合多種專業技術，通過分析、綜合、試驗的反復迭代過程，開發出一個滿足使用要求、整體性能優化的系統。該方法在航天項目管理中得到廣泛應用，并在實際應用中不斷延伸發展[3，4]。航天系統工程作為系統工程理論、方法與技術在航天領域的具體應用，其成功實踐證明了系統工程的科學性和有效性。坐標系每一點都對應著某一研制階段、認識階段和某項專業技術，代表一種工作狀態。每一點(即每一個工作狀態)都無法脫離管理。

3.2 基于航天系統工程的智慧路網設計

基于航天系統工程方法，以黑龍江某高速公路為研究對象，建立基于航天系統工程的智慧路網系統工程架構，從邏輯維、時間維及專業維三個不同維度對智慧路網實施進行設計。在建設邏輯維度自上而下進行需求分解，以新時期交通強國戰略對智慧路網的建設要求為導向，對路網監管與決策需求逐級分解，建立科學的需求分解體系，指導系統構建及要素建設。同時，在專業維度開展自下而上的要素建設對應、對各建設內容、技術進行分解對應，最終進行專業技術集成確定系統的整體功能和性能指標。在此基礎上，從時間維度上建立從項目設計、實施、驗證到運維進行一體化管理應用，確定項目整體的各階段及進度基準。

3.3 基于航天系統工程的智慧路網管理體系

基于系統工程方法，可將智慧路網項目管理體系劃分為四個層次、共計十二個管理子體系，各管子體系實現智慧化工程在時間維度、邏輯維度及專業維度的有機統一，保障項目最終達到初始戰略[5]。

(1)戰略管理體系

戰略層統籌謀劃、指導，實現全局目標，主要包括戰略管理子體系。戰略管理系統以《交通強國建設綱要》《數字交通“十四五”發展規劃》為宏觀指導，以數字化、網絡化、智能化為主線，以先進信息技術賦能交通運輸發展，強化路網治理養護，推動路網監測服務智能化，有效提升精準感知、精確分析、精細管理、精心服務能力，促進綜合交通高質量發展為整體戰略。

(2)項目層管理體系

項目層側重于項目實施過程中的項目全過程全要素管理，主要包括技術管理子體系、計劃管理子體系、質量管理子體系、成本管理子體系、組織管理子體系、風險管理子體系，這6個子體系分別圍繞進度、質量、成本等要素進行綜合管控，支撐項目系統工程按時、保質、高效實施。

技術管理子體系——是對智慧化工程建設的方案設計、技術攻關、產品研制、技術集成等進行計劃、組織、協調和控制等一系列管理活動的總稱。

計劃管理子體系——是對智慧路網工程在計劃期內各任務、系統、模塊應達到的產品品種、質量、產量和產值等生產活動指標，生產進度及相應安排的管理，是項目管理的主要依據。

質量管理子體系——是以整體績效提升為目標、一體化運營、開放融合和可持續發展的組織質量管理體系。包括面向持續應用的質量戰略與質量文化，面向組織的基礎質量管理，面向應用的質量方法與工具以及面向產品的產品質量保證。

成本管理子體系——是項目組織在成本方面指揮、控制、協調等活動。通常包括制定成本方針和成本目標，開展成本控制與成本保證，進行成本分析和成本改進。

組織管理子體系——對相關利益主體所構成的全團隊的組織與管理，包括技術組織機構、管理機構的設立，運行模式的選擇以及評估等促進跨部門、跨系統之間的協同，使項目用戶主體、實施團隊、后續運維團隊之間形成縱橫有序、銜接緊密、運籌科學的有機整體。

風險管理子體系——以降低或消除事件的不確定性對項目產生的消極影響、提升組織應對不確定事件的能力等為目標的相關管理要素集合，包括技術風險、成本風險、進度風險、法律風險及管理風險等。

(3)支撐層理體系

支撐層強調項目的全方位保障，主要包括知識管理子體系、供應鏈管理子體系、人力管理子體系，支撐層管理體系圍繞知識、供應鏈、人力資源等管理要素進行指揮與控制，為基于系統工程的智慧路網建設實施提供基礎保障。

知識管理子體系——圍繞實現“分散的知識集中化，個體的知識組織化，隱形的知識顯性化，孤立的知識共享化”這一目標，系統梳理標準規范和專利，開展隱性知識挖掘，強化內外部知識協同，逐步建立支撐項目持續運維應用的特色知識體系；以知識的獲取、共享、應用為主線，以知識管理信息化系統建設為抓手，構建全面的知識管理體系。

供應鏈管理子體系——聚焦在供應商管理、外協外包、采購管理，包括零部件、原材料的選擇評價，是在區域交通一體化體系框架之下，通過成熟的供應鏈管理方法和理論，采取有針對性的管控措施，確保供應質量、效益、效率的有機平衡，有力支撐各生產任務，打造以供應質量為核心，兼顧效益與效率，快速響應實施需求的供應鏈管理體系。

人力管理子體系——突出“以價值創造者為本”的價值導向，以推動組織能力提升和員工價值增長為核心任務，以提升人力資源效能為目標，以推進人力資源管理工作轉型為手段，發揮人力資源政策與規則的導向作用，加強核心人才隊伍建設，為項目的持續化應用、跨部門系統協同提供人才保證和智力支持。

(4)基礎層管理體系

基礎層提升項目工程管理效率，是確保戰略層、項目層及支撐層各管理子體系落地的重要一環，主要包括制度、流程和信息化三個方面。各管理子體系的落地實施，都需要按照問題導向和發展導向，及時將管理子體系中的有效經驗固化為流程、制度，并通過信息化手段進一步提高效率，這也是精細化管理的要義所在。

4 實踐情況及展望

4.1 應用實施情況

為進一步對基于航天系統工程的智慧化路網建設內容、管理體系進行驗證，借助黑龍江省北斗高分綜合應用示范項目的實施，選取某高速路網開展應用示范及體系建設驗證工作，具體實踐情況如下：

在邏輯維度上，圍繞《交通強國建設評價指標體系》要求，以路網交通設施利用率、綜合交通智慧化水平、交通基礎設施空間資源集約化水平等3項關鍵指標開展自上而下的需求分解，形成路網宏觀動態監測、智慧管理決策、路網智能養護調度等核心需求12項，建設形成智慧路網系統，制定道路養護決策模型、數據感知模型，設計路網無人機值守巡護作業方案、路網車輛巡護采集方案，實現高速公路路網的科學化、精細化作業，提升高速公路路網養護管理及作業任務效率60%以上。

在專業維度上，充分利用北斗導航定位、深度學習及大數據應用技術，發揮北斗三號全天時、全天候、高精度的技術特點，支撐無人機路網智能巡護及養護人員、車輛動態感知調度；發揮深度學習技術在視頻圖像解譯感知上的獨特優勢，集成無人機、路網攝像頭等各類資源動態感知路網狀態；發揮大數據技術對海量數據的分析處理優勢，實現路網各類數據的集成分析共享應用。

在時間維度上，采用全生命周期的設計模式將項目劃分為項目設計、實施、集成驗證、運維管理4個階段，并開展針對各個階段的產品分解結構(PBS)、工作分解結構(WBS)、組織分解結構(OBS)及資源分解結構(RBS)劃分，制定全階段計劃流程。項目最終進度績效指數優于0.8、成本績效指數優于1.12，實現了項目的協調建設和有序銜接。

4.2 后續應用展望

隨著交通強國戰略的進一步推進，以及各前沿技術的不斷發展，智慧路網建設的復雜性、巨型性、高風險性及各階段的高動態緊耦合特征將愈發凸顯，后續將持續結合《交通強國建設評價指標體系》不斷優化項目工程管理體系，持續為交通強國戰略信息化工程項目實施提供服務。