我國智慧公路發(fā)展戰(zhàn)略研究

傅志寰，翁孟勇，張曉璇，孫虎成，孫靜，付振茹

（1. 中國國家鐵路集團(tuán)有限公司，北京 100080；2. 中國公路學(xué)會(huì)，北京 100011）

一、前言

經(jīng)過30多年的大規(guī)模建設(shè)，我國公路網(wǎng)規(guī)模超過5×106km（含高速公路里程約1.7×105km）。我國公路網(wǎng)規(guī)模雖然居于世界首位，但面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)：道路安全事故頻發(fā)，氣候和欠養(yǎng)護(hù)導(dǎo)致的限制通行時(shí)有發(fā)生，智能化信息服務(wù)水平不高，用戶出行體驗(yàn)欠佳；道路交通在交通全行業(yè)中的碳排放占比較高，綠色發(fā)展壓力較大[1]。相關(guān)學(xué)術(shù)研究和國際經(jīng)驗(yàn)均表明，積極且高效地建設(shè)智慧公路是解決上述問題和矛盾、構(gòu)建智慧交通體系、踐行交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的主要途徑[2]，有助于切實(shí)提升道路安全保障、運(yùn)行效率、服務(wù)管理、綠色發(fā)展水平。

就智能交通技術(shù)發(fā)展看，以人工智能（AI）、第五代移動(dòng)通信（5G）、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等數(shù)字化技術(shù)主導(dǎo)的世界新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革風(fēng)起潮涌，逐漸從導(dǎo)入期轉(zhuǎn)向拓展期[3]，成為推動(dòng)傳統(tǒng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵因素；相對地，傳統(tǒng)要素的邊際效益明顯減弱。可以認(rèn)為，科技創(chuàng)新為交通運(yùn)輸高質(zhì)量發(fā)展帶來了廣闊空間[4]。圍繞新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（“新基建”）、數(shù)字中國等重大部署，積極發(fā)展智慧公路，成為公路交通高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，也在《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》中得到進(jìn)一步明確。

目前，已有不少關(guān)于智慧公路建設(shè)的理論探討與地區(qū)性政策文件，如14個(gè)省份發(fā)布了智慧公路建設(shè)指南。然而，已有成果側(cè)重高速公路、聚焦具體場景 / 工程 / 地區(qū)，在智慧公路建設(shè)的全局性、長期性方面存在局限，缺乏全國智慧公路發(fā)展的總體研究；較多關(guān)注近期建設(shè)，缺乏全國智慧公路中長期的前瞻研究。也要注意到，地方性的建設(shè)指南缺乏對智慧公路的基本共識(shí)，導(dǎo)致智慧公路的定義、技術(shù)架構(gòu)、建設(shè)內(nèi)容等存在表述差異。整體上，我國智慧公路發(fā)展的頂層設(shè)計(jì)及中長期路徑規(guī)劃缺失，局部成體系、發(fā)展不協(xié)同的問題較為突出。

為了促進(jìn)我國智慧公路總體研究的深化以及交通行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，中國工程院咨詢項(xiàng)目“智慧公路發(fā)展戰(zhàn)略研究”著重開展相關(guān)頂層設(shè)計(jì)與系統(tǒng)規(guī)劃；貫徹新發(fā)展理念、倡導(dǎo)可持續(xù)交通，協(xié)調(diào)目標(biāo)導(dǎo)向與現(xiàn)實(shí)需求，融合理念突破與科技創(chuàng)新，力求提出中國特色、世界領(lǐng)先的智慧公路體系方案。本文是相關(guān)項(xiàng)目研究的學(xué)術(shù)性成果，剖析智慧公路的內(nèi)涵特征并提出總體架構(gòu)，梳理發(fā)展現(xiàn)狀與面臨挑戰(zhàn)，進(jìn)而論證中長期建設(shè)目標(biāo)并闡明重點(diǎn)任務(wù)。相關(guān)內(nèi)容可為推動(dòng)我國智慧公路建設(shè)、深化智慧公路理論研究提供基礎(chǔ)參考。

二、智慧公路的內(nèi)涵特征與總體架構(gòu)

（一）智慧公路的內(nèi)涵特征

智慧公路指著眼安全、高效、創(chuàng)新、可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、AI等信息技術(shù)，智能裝備、新材料、新能源等工程技術(shù)，構(gòu)建全域感知、泛在互聯(lián)、融合計(jì)算、自主決策、智能協(xié)同、服務(wù)觸達(dá)等能力，實(shí)現(xiàn)建設(shè)、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)、服務(wù)全壽命期智慧化的新一代公路系統(tǒng)。在智慧公路的目標(biāo)要求中，安全是交通發(fā)展的核心和根本；高效是對交通供給效率的根本要求；創(chuàng)新是智慧化發(fā)展的內(nèi)生要求，主要依托科技創(chuàng)新和理念創(chuàng)新，提升公路體系的現(xiàn)代化水平；可持續(xù)要求公路發(fā)展與環(huán)境生態(tài)和諧、資源節(jié)約且可循環(huán)利用，具有綠色低碳和經(jīng)濟(jì)可負(fù)擔(dān)的特征，體現(xiàn)人文精神和服務(wù)至上的理念。

本研究認(rèn)為，智慧公路主要有6個(gè)功能特征。① 全域感知。整合多種信息采集手段，具備“人 -車 - 路 - 環(huán)境 - 事件”鏈條中多要素或全要素的實(shí)時(shí)、連續(xù)信息獲取能力。② 泛在互聯(lián)。從公路與公路之間、公路與路域環(huán)境、路網(wǎng)與其他“三網(wǎng)”（運(yùn)輸服務(wù)網(wǎng)、信息網(wǎng)、能源網(wǎng)）3個(gè)角度，全面實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域公路基礎(chǔ)設(shè)施之間的信息互聯(lián)、道路基礎(chǔ)設(shè)施與車及路域環(huán)境之間的信息互聯(lián)，公路與“三網(wǎng)”之間的互聯(lián)互通。③ 融合計(jì)算。以云計(jì)算能力為主要特征，基于行業(yè)云、公共云等形成對多類型數(shù)據(jù)的處理、融合、挖掘能力，實(shí)現(xiàn)多模態(tài)數(shù)據(jù)的綜合處理，海量、多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合計(jì)算和開發(fā)利用。④ 分析決策。綜合采用計(jì)算仿真、數(shù)字孿生等技術(shù)，基于海量數(shù)據(jù)、豐富的模型算法、充裕的算力資源，實(shí)現(xiàn)預(yù)判及預(yù)警、解決方案比選等智慧分析能力，支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)輔助決策、預(yù)決策、自主決策。⑤ 智能協(xié)同。以公路設(shè)計(jì)、建造、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營、管理、服務(wù)各環(huán)節(jié)的智能協(xié)同，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域業(yè)務(wù)協(xié)同和車路協(xié)同，形成智慧公路業(yè)務(wù)智能協(xié)同的管理和服務(wù)能力。⑥ 服務(wù)觸達(dá)。綜合利用車載終端、路側(cè)及路面設(shè)施、交通廣播、地圖導(dǎo)航等應(yīng)用程序和服務(wù)設(shè)施，提供實(shí)時(shí)、方便、準(zhǔn)確、可觸達(dá)的用戶出行服務(wù)，涵蓋預(yù)報(bào)及預(yù)警、在途信息、應(yīng)急救援、服務(wù)區(qū)保障、一站式出行、車路協(xié)同等場景。

（二）智慧公路總體架構(gòu)

本研究立足感知、通信、計(jì)算、控制等技術(shù)底層邏輯，論證并構(gòu)建了智慧公路總體架構(gòu)（見圖1）。融合應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、AI等信息技術(shù)，具備“人 - 車 - 路 - 云”信息交互能力，保障公路智慧建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營管理、服務(wù)的具體業(yè)務(wù)需求，為行業(yè)主管部門、建設(shè)單位、養(yǎng)護(hù)運(yùn)營單位、社會(huì)公眾、車輛用戶等各類型、各層級的用戶提供服務(wù)。智慧公路總體架構(gòu)“自下而上”分為4個(gè)層次：物理資源、操作系統(tǒng)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、用戶。物理資源是基礎(chǔ)層，基于感知、通信等設(shè)施獲取“人 - 車 - 路 - 環(huán)境 - 事件”信息。物聯(lián)中臺(tái)和操作系統(tǒng)用于信息交互，公路原有的信息系統(tǒng)、外部平臺(tái)數(shù)據(jù)等通過數(shù)據(jù)交換的形式與操作系統(tǒng)進(jìn)行交互；所有接入的原始數(shù)據(jù)在操作系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行處理、融合、分析等；操作系統(tǒng)向下管理物理資源、向上支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用和服務(wù)，應(yīng)對不同的服務(wù)需求，為社會(huì)公眾提供的信息服務(wù)可以直接發(fā)布到電腦端、智能終端等[5]。智慧公路采用云（中心云） - 邊（邊緣云） - 端（路端和車端）協(xié)同運(yùn)行的分布式云部署架構(gòu)（見圖2），適應(yīng)公路網(wǎng)分層管理、跨層級數(shù)據(jù)交換等專門需求，支持多形態(tài)（公有云 / 分布式云 / 專有云)、多位置（區(qū)域 / 路段 / 節(jié)點(diǎn) / 終端）部署，開展多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的大規(guī)模挖掘，保障全天候管理與服務(wù)。

圖1 智慧公路總體架構(gòu)

圖2 智慧公路分布式云部署架構(gòu)

值得指出的是，智慧公路總體架構(gòu)是開放式平臺(tái)，具有可持續(xù)擴(kuò)展、迭代、演進(jìn)的基本特征；智慧公路建設(shè)應(yīng)以實(shí)際需求為導(dǎo)向，在總體架構(gòu)下合理配置功能模塊及所需資源，不宜過度超前建設(shè)。此外，相較于普通國（省）干線、農(nóng)村公路，高速公路的應(yīng)用基礎(chǔ)良好，應(yīng)用場景和服務(wù)類型更加豐富，因而智慧高速公路是率先開展的智慧公路建設(shè)類型。在智慧公路總體架構(gòu)下，增加適應(yīng)高速公路應(yīng)用場景的建養(yǎng)平臺(tái)、管控平臺(tái)、車路協(xié)同平臺(tái)等能力要素，即形成智慧高速公路總體架構(gòu)，以匹配高速公路系統(tǒng)中智能建造、智慧工地、智慧養(yǎng)護(hù)、收費(fèi)稽核、路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控、主動(dòng)交通管控、全天候通行、伴隨式信息服務(wù)、車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛等典型應(yīng)用需求。

三、我國智慧公路發(fā)展現(xiàn)狀與面臨的挑戰(zhàn)

（一）我國智慧公路發(fā)展現(xiàn)狀

智慧公路建設(shè)與發(fā)展得到各級行業(yè)主管部門的高度重視，各地區(qū)也在加快推進(jìn)。自《關(guān)于加快推進(jìn)新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)的通知》（2018年）發(fā)布以來，已有北京、浙江、廣東等9個(gè)省份開展了智慧公路建設(shè)試點(diǎn)示范，配套發(fā)布了《智慧高速公路建設(shè)指南（暫行）》（浙江省，2020年）、《江蘇省智慧高速公路建設(shè)技術(shù)指南》（2020年）、《智慧高速公路建設(shè)指南（試行）》（山東省，2020年）等地方性文件。此外，在國家推動(dòng)“新基建”、數(shù)字中國等重大戰(zhàn)略的背景下，《關(guān)于推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》（2020年）、《數(shù)字交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》（2021年）、《交通運(yùn)輸部關(guān)于服務(wù)構(gòu)建新發(fā)展格局的指導(dǎo)意見》（2021年）等指導(dǎo)性文件都提出建設(shè)智慧公路。

在行業(yè)主管部門的積極引導(dǎo)下，各地加快推進(jìn)智慧公路的建設(shè)。緊扣公路高效通行、安全保障、管理水平提升等核心發(fā)展目標(biāo)，圍繞智能建造、交通流精準(zhǔn)監(jiān)測、全天候通行、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、智能養(yǎng)護(hù)、準(zhǔn)自由流收費(fèi)、伴隨式信息服務(wù)、車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛等開展技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用實(shí)踐，推進(jìn)信息技術(shù)與高速公路深度融合。例如，江蘇省的五峰山、滬寧智慧高速公路，山東省的京臺(tái)智慧高速公路，浙江省的杭紹臺(tái)、杭紹甬智慧高速公路[6]，四川省的成宜智慧高速公路，廣東省的機(jī)荷智慧高速公路，河北省的京雄、延崇智慧高速公路等先后建成，充分驗(yàn)證了智慧賦能公路安全、效率、通過能力、服務(wù)水平等的有效性。

（二）我國智慧公路發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

1. 有關(guān)智慧公路的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)和整體規(guī)劃缺乏

交通行業(yè)對智慧公路建設(shè)的必要性和迫切性已有共識(shí)，但對智慧公路的內(nèi)涵理解存在較大差異，沒有形成共識(shí)，存在“為智慧而智慧”的不良發(fā)展勢頭[7]。從14個(gè)省份發(fā)布的智慧公路建設(shè)指南等指導(dǎo)性文件來看，各地對智慧公路的發(fā)展目標(biāo)、總體框架、建設(shè)內(nèi)容、分級分類等具有不盡相同的認(rèn)識(shí)和追求。有關(guān)智慧公路建設(shè)的發(fā)展理念、指導(dǎo)文件等參差不齊，造成智慧公路規(guī)劃建設(shè)缺乏系統(tǒng)性，難以發(fā)揮公路網(wǎng)的整體效益，也易產(chǎn)生重復(fù)建設(shè)、鋪張浪費(fèi)等情況，亟待成體系研究和完善智慧公路發(fā)展建設(shè)策略[8]。

2. 智慧公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系不健全

整體上，智慧公路建設(shè)仍處于探索階段，沒有形成完整的標(biāo)準(zhǔn)框架體系。當(dāng)前，智慧公路涉及的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范集中在基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)層面，而智慧公路建設(shè)所需的諸多設(shè)施 / 設(shè)備仍處于研究和試驗(yàn)階段，導(dǎo)致促進(jìn)新技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)明顯缺失。同時(shí)，智慧公路建設(shè)普遍存在“一地一方案”“一路一方案”的情況，全國統(tǒng)一的智慧公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系框架仍為空白。數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間、設(shè)施 / 設(shè)備之間的銜接與融合存在困難，難以實(shí)現(xiàn)高效的互聯(lián)互通[9]。

3. 支持智慧公路發(fā)展的創(chuàng)新性政策規(guī)章缺失

智慧公路建設(shè)需要建設(shè)單位、運(yùn)營管理部門、用戶部門、政府部門等多元主體參與，但智慧公路的投資主體、投融資模式、服務(wù)內(nèi)容以及收費(fèi)定價(jià)、收費(fèi)方式等都未以政策規(guī)章的形式予以明確。由于上位法律法規(guī)的支持缺失，導(dǎo)致創(chuàng)新性政策規(guī)章滯后于實(shí)際發(fā)展需求，制約了智慧公路的可持續(xù)發(fā)展。例如，需要深化階段性法律法規(guī)、各級管理政策、社會(huì)共識(shí)、人文倫理等研究，才能明晰并探討解決車路協(xié)同自動(dòng)駕駛商業(yè)運(yùn)行面臨的責(zé)任歸屬、市場監(jiān)管、成本分?jǐn)偂r(jià)值分配、商業(yè)保險(xiǎn)等諸多復(fù)雜因素。

4. 跨部門協(xié)同治理機(jī)制尚未理順

實(shí)現(xiàn)智慧公路的功能價(jià)值，需要跨行業(yè)、跨區(qū)域、跨部門的協(xié)同治理。除了交通主管部門，還需氣象部門開放技術(shù)數(shù)據(jù)、公安部門完善安全通行標(biāo)準(zhǔn)、工信部門研究車輛設(shè)備前裝準(zhǔn)則等。目前，我國缺乏多部門協(xié)同推進(jìn)智慧公路發(fā)展的機(jī)制，規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營等方面的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)力度不夠，造成信息不共享、政策不完善、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一[9]。

四、我國智慧公路建設(shè)目標(biāo)

我國智慧公路建設(shè)主要分為近期（到2028年）、中期（到2035年）、遠(yuǎn)期（到2050年）3個(gè)階段。近期，完善頂層設(shè)計(jì)，構(gòu)建發(fā)展框架，解決突出問題，建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，深化示范試點(diǎn)，確保取得初步成效。中期，全面提升相應(yīng)技術(shù)的路網(wǎng)應(yīng)用范圍、數(shù)智驅(qū)動(dòng)管理服務(wù)能力，建成區(qū)域級智慧路網(wǎng)，基本建成智慧公路網(wǎng)絡(luò)體系。遠(yuǎn)期，關(guān)鍵技術(shù)全面自主可控，支持公路全要素、全流程、全場景、全天候應(yīng)用，全面建成智慧路網(wǎng)，以產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提高對國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)度。

（一）近期建設(shè)目標(biāo)

1. 重點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)“保安全、疏擁堵、強(qiáng)服務(wù)”

在長江三角洲城市群、珠江三角洲城市群、京津冀城市群、成渝城市群，重點(diǎn)針對主干道、易擁堵道路提升精準(zhǔn)感知、精準(zhǔn)管控、應(yīng)急響應(yīng)能力，建設(shè)區(qū)域級智慧路網(wǎng)，實(shí)施跨路段、跨區(qū)域、跨部門的協(xié)同管控和整體服務(wù)。面向易受惡劣天氣影響、位于災(zāi)害多發(fā)區(qū)域、歷史事故多發(fā)的高風(fēng)險(xiǎn)路段，采用智慧化監(jiān)測、預(yù)警、引導(dǎo)手段提升安全保障能力。針對高速公路的城市出入口、城鎮(zhèn)過境和主通道的擁堵路段，以智慧擴(kuò)容等形式提升通行能力10%以上。

2. 重要通道實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)銜接、重配套、優(yōu)功能”

對于國家綜合立體交通網(wǎng)主骨架中的公路通道，新建項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)全壽命周期建筑信息模型（BIM）應(yīng)用，改擴(kuò)建項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)“改擴(kuò)建 - 運(yùn)營養(yǎng)護(hù)”全鏈條的數(shù)字化運(yùn)行管理與服務(wù)以確保道路通暢，在役公路有序推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施全要素、全周期的數(shù)字化改造。重點(diǎn)運(yùn)輸通道實(shí)現(xiàn)全天候、全要素、全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測，綜合采用車道級管控、特別通行管理、惡劣天氣安全保障等管控方式支持實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)全天候通行；部分具備條件的繁忙通道提供車路協(xié)同安全提醒和信息服務(wù)；主骨架高速公路快充網(wǎng)絡(luò)有效覆蓋；重點(diǎn)區(qū)域及若干主通道實(shí)現(xiàn)出行服務(wù)的智能化、個(gè)性化、便利化。此外，推動(dòng)數(shù)字化、智能化設(shè)施 / 設(shè)備的跨地區(qū)統(tǒng)籌布局，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、同步建設(shè)，形成全國性的協(xié)同管理和服務(wù)能力。

3. 重大構(gòu)造物實(shí)現(xiàn)“全測、全控、全防”

以跨江、跨海、跨峽谷橋梁為重點(diǎn)的重要橋梁，全面實(shí)現(xiàn)設(shè)施健康狀況、交通運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，強(qiáng)化安全隱患排查和風(fēng)險(xiǎn)管控，形成關(guān)鍵信息主動(dòng)安全預(yù)警能力。有條件的長大隧道建成智能監(jiān)控及運(yùn)行、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急處置能力，高邊坡、支擋結(jié)構(gòu)等構(gòu)造物應(yīng)用結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控措施。

4. 消除路網(wǎng)的共性突出問題

采用應(yīng)急指揮智能協(xié)同，全天候通行保障，準(zhǔn)自由流收費(fèi)，重點(diǎn)車輛精準(zhǔn)監(jiān)控，數(shù)字化、智能化養(yǎng)護(hù)管理等技術(shù)，使高速公路、具備條件的國道 /省道有序提供“全天候、秒過站、快響應(yīng)”的道路通行保障服務(wù)，人性化的服務(wù)區(qū)服務(wù)，經(jīng)濟(jì)高效的養(yǎng)護(hù)管理。完善“兩客一危”車輛安全監(jiān)控能力，建成部、省兩級的智慧路網(wǎng)云控平臺(tái)，覆蓋監(jiān)測、調(diào)度、管控、應(yīng)急、服務(wù)等綜合功能。

（二）中期建設(shè)目標(biāo)

1. 數(shù)字化轉(zhuǎn)型成效凸顯

在長江三角洲城市群、珠江三角洲城市群、京津冀城市群、成渝城市群，全面建成智慧路網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同管控和服務(wù)。新建國家公路基本實(shí)現(xiàn)全壽命周期數(shù)字化，在役干線公路數(shù)字化覆蓋率大幅提升，重大橋梁和隧道具備基于數(shù)字孿生的智能運(yùn)行及安全事件應(yīng)急處置能力。建成部、省兩級聯(lián)網(wǎng)的公路行業(yè)大數(shù)據(jù)中心，聚集行業(yè)數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)深度融合和智能分析。在公路全壽命周期各環(huán)節(jié)普及大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用，優(yōu)化并完善設(shè)計(jì)、建造、管理、養(yǎng)護(hù)、服務(wù)全過程。BIM設(shè)計(jì)、智能建造、路網(wǎng)云控平臺(tái)、全壽命周期預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、自由流收費(fèi)、伴隨式出行服務(wù)、車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛等智慧化場景得到推廣應(yīng)用，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)及交通行業(yè)生產(chǎn)方式變革。

2. 科技創(chuàng)新應(yīng)用全面增強(qiáng)

大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星導(dǎo)航等信息技術(shù)，自助設(shè)施、智能服務(wù)終端、自動(dòng)化作業(yè)、無人機(jī)、AI/ 虛擬現(xiàn)實(shí)、無人駕駛等智能裝備實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。BIM設(shè)計(jì)、智能建造、自由流收費(fèi)、車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛、新能源、衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)等方向的關(guān)鍵核心技術(shù)全面實(shí)現(xiàn)自主可控。國產(chǎn)化設(shè)施 / 設(shè)備普及應(yīng)用，部分國內(nèi)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上升為國際標(biāo)準(zhǔn)，具備較強(qiáng)的國際市場影響力。

3. 公路網(wǎng)運(yùn)行效率顯著提升

在具備條件的城市群，高速公路擁堵路段全面實(shí)施智慧擴(kuò)容，使通過能力提升20%以上。重點(diǎn)區(qū)域及國家高速公路主通道實(shí)現(xiàn)車道級管控，顯著提升車輛通行速度；具備條件的重要運(yùn)輸通道實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同輔助駕駛，大幅提升通行安全和效率水平；個(gè)別通道實(shí)現(xiàn)貨車自動(dòng)駕駛運(yùn)行。大規(guī)模實(shí)施快速化、集約化、自動(dòng)化、智能化養(yǎng)護(hù)作業(yè)，精準(zhǔn)開展養(yǎng)護(hù)決策，使道路擁堵情況明顯緩解，因養(yǎng)護(hù)或天氣原因封路次數(shù)大幅減少，顯著降低養(yǎng)護(hù)的時(shí)間、人力、資金等成本。

4. 安全應(yīng)急能力顯著增強(qiáng)

全國干線公路網(wǎng)基本形成準(zhǔn)全天候的通行保障能力，具備條件的通道實(shí)現(xiàn)全天候通行。綜合應(yīng)用智能化應(yīng)急響應(yīng)及災(zāi)害救援技術(shù)、“一路多方”協(xié)同平臺(tái)，大幅提升對突發(fā)事件尤其是重大事故的應(yīng)急處置效能。基于公路基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測預(yù)警體系、自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)建“公路綜合風(fēng)險(xiǎn)一張圖”，實(shí)現(xiàn)全部高速公路、重點(diǎn)國道 / 省道的路網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及應(yīng)急管理智能化。

5. 經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值更為突出

國家公路基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)與運(yùn)輸服務(wù)網(wǎng)、信息網(wǎng)、能源網(wǎng)的融合更為深入，智慧公路相關(guān)的數(shù)字產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)形成規(guī)模，有效提高在國家數(shù)字產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)中的占比。在具備條件的地區(qū)全面實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)自由流收費(fèi)，智慧服務(wù)區(qū)功能完備、服務(wù)便利；豐富信息服務(wù)的渠道數(shù)量和內(nèi)容質(zhì)量，提高社會(huì)公眾對公路服務(wù)水平的滿意度。

6. 治理效能大幅提升

省級路網(wǎng)云控平臺(tái)建設(shè)覆蓋率達(dá)到100%，全部實(shí)現(xiàn)部、省兩級聯(lián)網(wǎng)，全面形成全國高速公路、普通國道 / 省道運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)監(jiān)測與管控調(diào)度能力。全面部署不設(shè)站的新一代智能收費(fèi)系統(tǒng)，提供對公路里程稅的技術(shù)支持。部、省兩級公路綜合養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)建成并投入運(yùn)行，支持路網(wǎng)資產(chǎn)養(yǎng)護(hù)管理的全面管控與科學(xué)部署。部、省兩級農(nóng)村公路數(shù)字化綜合監(jiān)管體系初步建成，形成農(nóng)村公路“一張圖”管理能力，支持實(shí)現(xiàn)農(nóng)村公路“四好”建設(shè)目標(biāo)。

（三）遠(yuǎn)期發(fā)展目標(biāo)

到2050年，我國全面建成智慧公路網(wǎng)絡(luò)體系，智慧化能力實(shí)現(xiàn)全要素、全場景、全天候、全周期覆蓋。車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛普及化應(yīng)用，智慧公路工程廣泛實(shí)施，關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)自主可控，通道運(yùn)輸能力及運(yùn)行效率、路網(wǎng)安全水平均大幅提升。智慧建造、智慧養(yǎng)護(hù)、智慧運(yùn)營、智慧服務(wù)發(fā)展水平進(jìn)入國際前列，智慧公路綜合技術(shù)水平達(dá)到世界領(lǐng)先。

智慧公路服務(wù)“人民滿意交通”，在構(gòu)建綜合運(yùn)輸體系、保障國家發(fā)展安全中發(fā)揮關(guān)鍵作用，形成良好發(fā)展生態(tài)，驅(qū)動(dòng)公路行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，支持實(shí)現(xiàn)交通強(qiáng)國建設(shè)。

五、我國智慧公路建設(shè)的重點(diǎn)任務(wù)

（一）公路智慧化建造

公路智慧化建造追求“智能化設(shè)計(jì)、自動(dòng)化作業(yè)、工廠化建造、精細(xì)化管理、數(shù)字化交付”，主要分為智能化設(shè)計(jì)、智能建造。公路智能化設(shè)計(jì)利用對地遙感、地理信息系統(tǒng)、BIM等技術(shù)，提升勘測、設(shè)計(jì)、成果交付等環(huán)節(jié)的可視化、數(shù)字化和智能化水平，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型與實(shí)際地形的交互，支持開展創(chuàng)新設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和高效設(shè)計(jì)。公路智能建造獲得信息技術(shù)賦能，通過技術(shù)和管理創(chuàng)新對公路建造過程進(jìn)行有效改進(jìn)，以智能化手段提高建造過程管理水平，改善公路工程建設(shè)效率、安全水平和質(zhì)量，提升施工資源優(yōu)化配置能力，降低工程建設(shè)成本、能耗、碳排放，確立公路全壽命周期數(shù)字化的基礎(chǔ)。

（二）基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化

基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化面向全路網(wǎng)，圍繞公路全部資產(chǎn)設(shè)施、全周期業(yè)務(wù)展開。以數(shù)據(jù)為生產(chǎn)要素，以信息技術(shù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型為支撐，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、信息全面、融合共享的公路全壽命周期數(shù)據(jù)體系；推動(dòng)公路建設(shè)、管理、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營全過程業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)化、在線化、協(xié)同化，提升業(yè)務(wù)效率與質(zhì)量、優(yōu)化資源配置、支撐科學(xué)決策。公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化的實(shí)施路徑是，按照“整合資源、統(tǒng)籌集約、數(shù)字增能”的理念，加速新一代信息技術(shù)與實(shí)體業(yè)務(wù)的融合應(yīng)用創(chuàng)新，全面推進(jìn)公路建設(shè)、管理、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)化、在線化、協(xié)同化；構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、信息全面、融合共享的公路數(shù)據(jù)體系，開展公路行業(yè)大數(shù)據(jù)治理與應(yīng)用，支撐跨部門、跨層級、跨區(qū)域數(shù)據(jù)交換共享，全面提升公路行業(yè)管理和公共服務(wù)水平。

（三）車路協(xié)同自動(dòng)駕駛

車路協(xié)同自動(dòng)駕駛系統(tǒng)以單車智能自動(dòng)駕駛為基礎(chǔ)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)車 - 車、車 - 路、車 - 人的信息交互與共享；依托蜂窩車聯(lián)網(wǎng)（C-V2X）技術(shù)，形成以“聰明的車+智慧的路+協(xié)同的云”為基礎(chǔ)架構(gòu)，高精地圖、衛(wèi)星導(dǎo)航定位等產(chǎn)業(yè)為支撐，融合信息安全、大數(shù)據(jù)、AI等關(guān)鍵技術(shù)，面向交通參與者提供安全和高效出行服務(wù)的“車路云”一體化系統(tǒng)。針對智慧公路，通過自動(dòng)駕駛云控平臺(tái)、交通感知設(shè)施、交通控制與誘導(dǎo)設(shè)施等，聯(lián)合或獨(dú)立實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同自動(dòng)駕駛功能。面向車路協(xié)同自動(dòng)駕駛需求，智慧公路著重建設(shè)路側(cè)協(xié)同感知融合、路側(cè)協(xié)同決策、路側(cè)協(xié)同控制、C-V2X通信、高精度定位、與基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合的智能決策及規(guī)劃等關(guān)鍵技術(shù)。

（四）新一代公路智能稅費(fèi)征收系統(tǒng)

新能源汽車發(fā)展迅速，燃油汽車的市場占有率持續(xù)下降，導(dǎo)致建立在燃油汽車基礎(chǔ)上的“燃油稅”覆蓋率急速降低。論證提出了新一代公路智能稅費(fèi)征收系統(tǒng)開發(fā)方案（見圖3），旨在基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)量車輛行駛里程，合理征收車輛“里程稅”以替代“燃油稅”。采取“用路者付費(fèi)”原則，將單車稅收與車輛行駛里程掛鉤，反映車輛對公路的磨損和損害程度；征稅體系透明、公平、合理，適用所有類型車輛、全國公路網(wǎng)（含城市道路），是構(gòu)建新的公路稅費(fèi)制度的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用“云 - 端”技術(shù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)“里程稅”的計(jì)費(fèi)、收費(fèi)功能，無需新建收費(fèi)站及附屬設(shè)施，具有開放性、全網(wǎng)絡(luò)、無感自由流收費(fèi)、快速通行、高信用、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控等技術(shù)特征。對于收費(fèi)公路，系統(tǒng)可以取代現(xiàn)有的收費(fèi)技術(shù)來征收通行費(fèi)；對于普通開放道路、城市擁堵路段，可收取（必要的）擁堵費(fèi)、城市道路停車費(fèi)。通過差異化收費(fèi)、擁堵收費(fèi)等策略，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)路網(wǎng)擁堵路段的交通流、優(yōu)化高速公路網(wǎng)與普通公路網(wǎng)資源配置的目的。

圖3 新一代公路智能收費(fèi)系統(tǒng)開發(fā)方案

（五）智慧養(yǎng)護(hù)

基于公路的全壽命周期數(shù)據(jù)，在智慧養(yǎng)護(hù)管控平臺(tái)上開展多源感知、融合分析、決策支持等的集成運(yùn)用。應(yīng)用智慧化養(yǎng)護(hù)裝備、材料和技術(shù)，對公路及其附屬設(shè)施開展全領(lǐng)域、全過程、全周期、全要素、全天候，科學(xué)化、智能化、主動(dòng)式、預(yù)防性的維護(hù)和提升，實(shí)現(xiàn)全壽命周期理念凸顯、基礎(chǔ)信息在線管理、巡查管理智能閉環(huán)、養(yǎng)護(hù)決策科學(xué)精準(zhǔn)、工程實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)、后期評估及時(shí)有效的公路養(yǎng)護(hù)新模式。

（六）智慧服務(wù)區(qū)

面向公共服務(wù)、運(yùn)營管理、經(jīng)營管理、產(chǎn)業(yè)服務(wù)、應(yīng)急保障、社會(huì)治理等智慧服務(wù)區(qū)的主要業(yè)務(wù)場景，基于“服務(wù)區(qū)操作系統(tǒng)”構(gòu)建新型基礎(chǔ)設(shè)施管理模式，具備科技智能、高效安全、綠色舒適、顧客滿意的基本特征，實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)“一本賬管理、一張網(wǎng)管控、一站式瀏覽、一平臺(tái)調(diào)度、一體化生產(chǎn)、一標(biāo)準(zhǔn)保障”。采取多級管控、多方連通形式的全國高速公路智慧服務(wù)區(qū)總體架構(gòu)，建設(shè)部級綜合管理平臺(tái)，與省級、管理公司級、服務(wù)區(qū)級平臺(tái)實(shí)現(xiàn)垂直貫通，與公共數(shù)據(jù)平臺(tái)、高速監(jiān)控中心、高速集團(tuán)公司、行業(yè)監(jiān)管，第三方出行信息服務(wù)平臺(tái)等保持?jǐn)?shù)據(jù)的互聯(lián)互通。

（七）智慧安全應(yīng)急

融合應(yīng)用信息技術(shù)、智能裝備技術(shù)，構(gòu)建智慧公路安全應(yīng)急保障系統(tǒng)，形成精準(zhǔn)感知、快速反應(yīng)、主動(dòng)管控、協(xié)同聯(lián)動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)公路事故“預(yù)防 - 反應(yīng) - 處置 - 反饋”全過程的智慧化。智慧公路安全應(yīng)急保障系統(tǒng)具有“1+M+N”的總體架構(gòu)：“1”為基礎(chǔ)支撐，包括數(shù)字化采集、網(wǎng)絡(luò)化傳輸、智能化應(yīng)用；“M”為配套體系，包括產(chǎn)業(yè)生態(tài)、網(wǎng)絡(luò)安全、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、管理制度；“N”為應(yīng)用場景，建立在“1+M”之上，包括伴隨式信息服務(wù)、車道級誘導(dǎo)管控、自動(dòng)派單救援、突發(fā)事件智能誘導(dǎo)、多部門應(yīng)急聯(lián)動(dòng)、主動(dòng)安全管控。

（八）智慧公路“四網(wǎng)融合”

著眼智慧公路基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)、通信網(wǎng)、能源網(wǎng)、服務(wù)網(wǎng)的“四網(wǎng)融合”，以服務(wù)公路用戶為根本目標(biāo)，以公路基礎(chǔ)設(shè)施、能源基礎(chǔ)設(shè)施、信息基礎(chǔ)設(shè)施為載體，形成交通、能源、信息、服務(wù)一體化的新型公路基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。在公路基礎(chǔ)設(shè)施空間通道內(nèi)，合理布設(shè)能源和信息基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)互通、資源互補(bǔ)、數(shù)據(jù)互聯(lián)，驅(qū)動(dòng)公路、能源、信息的供給與調(diào)度從粗放管理轉(zhuǎn)向精準(zhǔn)可控、從局部平衡轉(zhuǎn)向全局優(yōu)化。創(chuàng)新利用路域資源發(fā)展新能源和清潔能源，以“交能融合”推進(jìn)近零碳智慧公路、智慧服務(wù)區(qū)、智慧收費(fèi)站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，支持公路行業(yè)綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展。智慧公路支持汽車電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化發(fā)展，適應(yīng)公路交通運(yùn)行及衍生服務(wù)的新模式、新業(yè)態(tài)，從單一的交通運(yùn)行服務(wù)逐步轉(zhuǎn)向公路、能源、信息以及衍生產(chǎn)品的綜合運(yùn)行服務(wù)。

六、我國智慧公路發(fā)展建議

（一）制定行業(yè)指導(dǎo)文件

建議交通運(yùn)輸部門研究并制定智慧公路建設(shè)的指導(dǎo)文件和頂層方案，明確智慧公路的發(fā)展目標(biāo)與實(shí)施路徑。發(fā)布全國統(tǒng)一的智慧公路分級分類建設(shè)指南，兼顧需求導(dǎo)向和目標(biāo)導(dǎo)向，采取因路施策、循序漸進(jìn)的發(fā)展理念，差異化、針對性地指導(dǎo)各類智慧公路有序建設(shè)與穩(wěn)健發(fā)展。發(fā)布體制機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、產(chǎn)業(yè)協(xié)同、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、投融資、人才培育等方面的配套政策，綜合性、全方位推進(jìn)智慧公路建設(shè)。

（二）完善協(xié)同推進(jìn)機(jī)制

建立中央和地方、各部門之間的協(xié)同推進(jìn)機(jī)制，合力解決智慧（高速）公路規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營方面的重大問題。針對車路協(xié)同自動(dòng)駕駛、“車路云”一體化的發(fā)展需求，建立跨部門溝通協(xié)調(diào)機(jī)制，編制中長期發(fā)展戰(zhàn)略，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合與協(xié)同創(chuàng)新。統(tǒng)一制定全國性的智慧公路發(fā)展路線圖、分級分類標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建涵蓋法律規(guī)章、產(chǎn)業(yè)政策、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、效能評價(jià)的整體架構(gòu)。

（三）研制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

及時(shí)開展智慧公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究與制定，形成層次清晰、統(tǒng)一協(xié)調(diào)、框架合理、科學(xué)銜接、先進(jìn)適用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，滿足研發(fā)、建設(shè)、運(yùn)行、示范等重點(diǎn)環(huán)節(jié)發(fā)展需求，支持創(chuàng)新技術(shù)成果的有效轉(zhuǎn)化。針對分級分類的智慧公路制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)指南，兼顧信息技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)，建設(shè)開放、包容、可迭代的智慧公路標(biāo)準(zhǔn)框架及技術(shù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)對智慧公路的建設(shè)亟需，重點(diǎn)研制基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性標(biāo)準(zhǔn)，匹配技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)培育需要。

（四）研究公路里程稅改革，研發(fā)新一代公路智能稅費(fèi)征收系統(tǒng)

近年來新能源車發(fā)展迅猛，未來燃油車市場占有率將持續(xù)下降；在新能源車取代燃油車主體地位不可逆轉(zhuǎn)的趨勢下，“燃油稅”的覆蓋率急速降低，征稅系統(tǒng)的完整性面臨挑戰(zhàn)。建議適時(shí)啟動(dòng)公路里程稅改革，在技術(shù)實(shí)施層面基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、新一代公路智能稅費(fèi)征收系統(tǒng)，精準(zhǔn)計(jì)量車輛行駛里程并據(jù)此對車輛征收使用稅。“里程稅”相較“燃油稅”更具公平性、可持續(xù)性，可為兩個(gè)路網(wǎng)體系（收費(fèi)的高速公路網(wǎng)、不收費(fèi)的普通公路網(wǎng)）融合創(chuàng)造條件，促進(jìn)解決“大車跑小路”問題，使道路資源利用趨向合理。

（五）實(shí)施支持性產(chǎn)業(yè)政策和舉措

建議實(shí)施一攬子支持智慧公路發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策和舉措，解決上位法律支撐、全國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、重大關(guān)鍵技術(shù)、有效的投融資模式等方面的問題。推進(jìn)支持智慧公路發(fā)展的相關(guān)法律規(guī)章研究和制定 / 修訂，適時(shí)設(shè)立國家級政府引導(dǎo)性智慧綠色公路產(chǎn)業(yè)投資基金。建議結(jié)合國家重要公路通道擴(kuò)能改造，加快實(shí)施智慧公路技術(shù)應(yīng)用，形成智慧公路賦能工程示范項(xiàng)目；將在役公路的智慧化建設(shè)納入工程改擴(kuò)建范疇，爭取資金、收費(fèi)政策的支持，總結(jié)形成可復(fù)制推廣的發(fā)展模式，再逐步向全國其他路段、路網(wǎng)推廣應(yīng)用。

利益沖突聲明

本文作者在此聲明彼此之間不存在任何利益沖突或財(cái)務(wù)沖突。

Received date:August 1, 2023;Revised date:October 27, 2023

Corresponding author:Fu Zhihuan is a professor-level senior engineer from China State Railway Group Co., Ltd., and a member of Chinese Academy of engineering. His major research field is railway and comprehensive transportation. E-mail: fuzhihuan138@sina.com

Funding project:Chinese Academy of Engineering project “Strategic Research of Smart Highway Development” (2022-XBZD-19)