公路基礎設施數字化標準體系構建研究

衣倩 王琰

摘 要：本文旨在響應公路基礎設施數字化發展需求，針對當前公路基礎設施數字化標準零散、單一，缺乏科學指導體系的問題，對國內公路交通領域相關標準體系現狀進行調研總結，分析當前公路基礎設施數字化發展存在的問題及標準化需求，提出我國公路基礎設施數字化技術架構，并在此基礎上研究提出公路基礎設施數字化標準體系框架，為公路基礎設施數字化工作指明重點和方向，支撐公路全業務、全周期各要素信息資源的匯聚、融合和創新應用，為公路交通行業智慧化管理和高品質服務提供支持。

關鍵詞：公路基礎設施，數字化，標準體系

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.09.005

基金項目：本文受中央級公益性科研院所基本科研業務費專項資金項目（項目編號：2022-9041）資助。

Research on the Construction of the Digital Standards System of Highway Infrastructure

YI Qian* WANG Yan

（Research Institute of Highway， MOT）

Abstract： This paper aims to respond to the development needs of highway digitalization， and solve the problem of lacking the scientific guidance system. The paper investigates and summarizes the current situation of the relevant standards system in the fi eld of domestic highway transport， analyzes the problems existing in the current development of highway digital standards and the demand for highway digital standards， and puts forward the technical framework of highway digitalization. On this basis， it proposes the framework of the digital standards system of highway infrastructure. The research result points out the focus and direction of highway digitization work， and provides support for the data collection， fusion and innovative applications in the life circle， as well as the intelligent management and high-quality services of the highway transport industry.

Keywords： highway infrastructure， digitallization， standards system

0 引 言

隨著新一輪科技革命和產業變革的蓬勃發展，交通基礎設施、智能載運工具、管理服務系統與人工智能、通信、自動控制等先進技術加速融合，推動了交通運輸系統向智能化加速發展。公路基礎設施數字化作為智慧公路、無人駕駛、智能管控等智能應用的基礎條件，在我國逐步得到行業的認可并迅速發展。為推動公路基礎設施數字化發展，國家發布了一系列宏觀政策，提出了未來發展的方向和任務。國務院印發的《交通強國建設綱要》[1]，提出推進數據資源賦能交通發展，加速交通基礎設施網、運輸服務網和信息網絡融合發展。交通運輸部發布的《數字交通發展規劃綱要》[2]《數字交通“十四五”發展規劃》[3]，均明確了交通基礎設施數字化發展的近期及中期目標。《在役干線公路基礎設施與安全應急數字化試點工作》[4]《“十四五”公路養護管理發展綱要》[5]，均明確提出匯聚融合公路基礎設施靜動態基礎數據，構建標準統一、信息全面、融合共享的公路基礎數據資源體系。

推進公路基礎設施數字化是貫徹落實國家“十四五”發展規劃、加快建設交通強國的內涵要求、實現公路高質量供給的需要、加快公路數字經濟發展的重大需求。而公路基礎設施數字化的建設需要完善的標準體系作為保障，支撐公路建設、管理、養護、運營、服務、全業務、全周期各要素信息資源的匯聚、融合和創新應用，對推動公路交通行業數據由“信息孤島”向信息資源整合、流通、共享轉變，推動數字化轉型、智能化升級，切實提升公路安全、效率和服務水平，具有重要現實意義。

1 公路基礎設施數字化標準現狀

1.1 國外標準化現狀

1.1.1 國際標準化組織（ISO）

現有國際公路基礎設施數字化標準主要集中在建筑信息模型（BIM）相關領域。ISO/TC 59/SC 13是國際標準化組織針對BIM的信息管理領域的技術委員會，該委員會負責制定在建筑和土木工程領域中的組織機構和信息數字化，包括BIM領域中相應標準的制定和維護。自2018年至2022年，ISO/TC 59/ SC 13陸續發布了ISO 19650系列標準《建筑和土木工程工程信息的組織和數字化，包括建筑信息建模（BIM）——使用建筑信息模型的信息管理》第1-5部分[6-10]，明確在建筑資產的全生命周期中，使用BIM進行信息管理。

1.1.2 美國標準

美國長期以來對公路數據的高度重視，積累了豐富的公路數據資源。美國聯邦公路局于2010年發布了《道路元素模型清單（MIRE）1.0版》[11]，提供了道路和交通數據元素及相關數據字典，構建了系統化的道路元素數字模型，支持數據驅動的道路安全改善決策。2017年修訂發布了2.0版本[12]，在MIRE1.0版本的基礎上修改了數據格式，使其與其他數據庫標準更加一致。除此之外，MIRE2.0通過簡化數據類型與數據元素描述實現了從孤立的數據集向現代數據庫環境的轉變。

2 016年，美國高速公路政策資訊辦公室發布《高速公路性能檢測系統現場操作手冊》（HPMS）[13]，明確了高速公路基礎設施數據收集和上報要求，并對所需的數據格式設置了統一標準。各州交通局每年更新上報高速公路數據至數據平臺，由聯邦高速公路管理局進行數據匯總。數據涵蓋美國國家高速公路的范圍、路況、性能、用途和運營特征，用于聯邦高速公路管理局的戰略規劃流程評估和報告高速公路系統的性能。數據還可以提供給各州、國家以及當地的交通決策部門，以分析不同交通方式之間的權衡利弊，服務于城市交通和全州交通的規劃過程。

1.1.3 歐洲標準

歐洲標準對于推動歐盟數字化單一市場的建設發揮著關鍵作用。歐洲標準化委員會（CEN）和歐洲電工標準化委員會（CENELEC）在諸多領域開展標準工作，并與ISO、IEC開展廣泛合作，以制定全球適用的通用標準。

歐洲標準化委員會建筑信息模型技術委員會（CEN/TC 442）與ISO聯合制定了ISO 29481《建筑信息模型—信息傳遞手冊》1、2部分[14-15]、ISO 23387：2020《建筑信息模型（BIM）—建筑資產生命周期中使用的建筑對象的數據模板—概念和原則》[16]、ISO 23386：2020《建筑信息模型和其他數字過程—描述、編寫和維護互聯數據字典中的屬性的方法》[17]等一系列BIM標準，聚焦互連字典中的屬性描述、編寫和維護的方法，數據模板的概念和原則，以及BIM總體框架和適應性指南。這些標準，使建筑師、工程師和建筑專業人士能更高效地規劃、設計和管理建筑項目，從而造福整個歐洲建筑業。

1.2 國內標準化現狀

國內現有公路基礎設施數字化標準主要散布于公路工程標準體系、交通運輸信息化標準體系、智能運輸系統標準體系當中。

1.2.1 公路工程標準體系

為適應公路建設、管理、養護、運營的需要，我國JTG 1001-2017《公路工程標準體系》[18]以公路建、管、養、運各階段的技術應用需求為主體框架，將公路工程標準體系劃分為總體、通用、公路建設、公路管理、公路養護、公路運營六個部分，如圖1所示。

系統分析公路工程標準體系中相關標準與公路基礎設施數字化的關聯關系，結論如下：

（1）通用板塊缺少公路基礎數據庫、數據交換體系、數字底圖等相關技術標準。

（2）建設板塊數字化相關的專用標準較少，且主要為數字化的總體性要求，缺少數字化數據存儲、建設管理信息系統、數字化交付與驗收、智慧工地等相關內容的標準規范。

（3）管理板塊缺少對大件運輸服務與監管的全流程相關技術標準。

（4）養護板塊多數標準只對養護數字化作簡要規定，未明確給出具體建設技術要求。

（5）運營板塊涉及較多機電系統，數字化基礎條件相對較好，但標準規范制修訂明顯滯后。

1.2.2 交通運輸信息化標準體系

交通運輸部科技司于2019年發布交通運輸信息化標準體系[19]。體系按照交通運輸行業在信息化咨詢、設計、建設、實施、運行、維護等活動中產生和制定的信息化標準內容及其內在聯系進行劃分，劃分為100基礎通用，200基礎設施，300數據資源，400信息應用，500網絡安全和600工程規范六個部分，如圖2所示。

系統分析交通運輸信息化標準體系中相關標準與公路基礎設施數字化的關聯關系，結論如下：

（1）基礎通用和數據表示模塊基本涵蓋了當前公路信息系統數據內容與編碼，但數據覆蓋面不全。

（2）數據采集模塊現有標準較少，不足以指導公路智能化的數據采集工作。

（3）數據交換模塊相關要求僅集中在營運車輛和航運領域。

（4）數據管理模塊現有標準較少，不足以指導公路智能化的數據管理工作。

（5）整個體系主要偏重信息化系統，缺少打通數據的統一、共性技術要求。

1.2.3 智能運輸系統標準體系

全國智能運輸系統標準化技術委員會于2022年更新了智能運輸系統標準體系[20]，根據智能運輸系統標準化活動的基本要素、業務流程和標準化對象，縱向維度按照標準的類型劃分為五個板塊：100基礎標準、200服務標準、300技術標準、400產品標準、900相關標準。橫向維度考慮了交通基礎設施數字化、智慧出行、智慧物流、自動駕駛與車路協同、交通運輸信息安全等重點發展方向，縱橫結合劃分了子版塊內容，如圖3所示。

智能運輸系統標準體系中相關標準與公路基礎設施數字化的關聯關系，結論如下：

（1）基礎標準模塊缺少公路數據庫分類編碼、公路基礎設施感知數據、公路數據治理相關標準，已有的數據字典也多聚焦于服務，覆蓋面不全。

（2）服務標準模塊主要圍繞客貨運服務及交通管理與應急，不涵蓋公路養護相關標準。

（3）信息采集技術模塊標準較少，不足以指導公路智能化的數據采集工作。

（4）平臺系統模塊主要圍繞客貨運服務及管理平臺，缺少公路網管理平臺相關技術標準。

（5）整個體系不涵蓋公路工程信息模型、公路工程建設、設計、施工、測試、交付等數字化相關標準。

2 公路基礎設施數字化標準需求分析

2.1 亟待解決的問題

客觀上講，公路交通信息化基礎能力還相對薄弱，多地針對高速公路運營階段開展的數字化、智能化應用場景仍主要以試點示范形式開展研究探索，實際效果尚需進一步驗證。當前公路基礎設施數字化遇到的問題主要聚焦于以下三點：

一是地理信息測繪、工程地質勘察、施工質量檢測等公路建管養運業務數據采集和感知能力不足，導致業務真實數據無法直接獲取。

二是公路建管養運全周期涉及到大量業務軟件和數據采集設備，數據多源、格式多樣，缺乏統一數據交換標準，絕大部分數據停留在業務實施階段，缺乏整合和再利用。

三是公路建管養運數據交換及融合應用不足。一方面，由于工程實體業務信息化起步較晚，致使數據與業務明顯脫節。另一方面，公路建管養運涉及大量數據與生產、管理及服務部門交換，交換能力不足致使數據價值遠未發揮出來。

2.2 標準化需求

當前，公路行業對數字化標準的迫切需求主要體現在以下方面：

（1）數據采集和感知層面：例如數字測繪、地質勘察、工程質量智能檢（監）測、工地安全智能監控、智能巡檢、自動化檢測、安全監測、環境氣象監測、交通事件智能識別等。

（2）基礎設施層面：數據中心、監測感知設施、電力能源設施、網絡通信設施、電子地圖、信創設施等。

（3）數據治理層面：基礎數據庫建設、多源數據處理、數據中臺、編目編碼規則、數據字典、數據交換、數據挖掘、數據可視化等。

（4）業務應用層面：公路三維正向設計、勘察設計數字集成交付、建設協同管理、智能建造、智慧工地、數字驗收、綜合養護管理、養護智能決策、安全應急指揮、路網運行監測、云控平臺、出行信息服務等。

（5）信息安全層面：等保測評、數字證書應用、安全接口、網絡安全運維服務等。

3 公路基礎設施數字化技術架構

公路基礎設施要實現數字化的對象是公路基礎設施建管養運服產業鏈條上的具體業務，技術手段是信息通信技術的集成應用，即用信息通信技術解決傳統公路行業的業務問題。雖然不同業務應用場景的工作對象和解決問題各不相同，但從技術實現角度上看，數字化的技術架構基本相似，如圖4所示。

公路基礎設施數字化技術架構包括四大體系：支撐技術體系、業務應用體系、制度標準體系和信息安全體系。支撐技術體系包含信息基礎設施（電、網、邊緣工作站、數據中心等）和信息集成技術（人工智能、數據中臺、數字簽章、PaaS或SaaS開發平臺等）；業務應用體系指的是公路基礎設施建管養運服產業鏈條上具體的業務應用場景；同時，配套制度標準體系和信息安全體系。由圖4可知，公路基礎設施數字化的本質就是信息通信技術與公路基礎設施建管養運服業務融合應用并創造價值的過程。

4 公路基礎設施數字化標準體系

4.1 標準體系構建方法

標準體系構建是運用系統論指導標準化工作的一種方法。根據GB/T 13016-2018《標準體系構建原則和要求》[21]的規定，標準體系的構建應遵循目標明確、全面成套、層次適當、劃分清楚的原則。構建方法步驟為：確定標準化方針目標、調查研究、分析整理、編制標準體系表、動態維護。

4.2 標準體系框架

依照上述標準體系構建方法步驟，以公路基礎設施數字化技術架構為基礎，溯源數字公路信息全鏈條的邏輯過程，結合公路基礎設施數字化標準需求分析結果，構建出公路基礎設施數字化標準體系，主要包括基礎通用、支撐技術、工程應用、信息安全四個版塊，如圖5所示。

4.3 標準體系內容

（1）基礎通用

基礎通用板塊主要包含術語及符號、分類與編碼、數據字典、通用規則四部分。

術語及符號主要規范公路數字化技術與應用涉及相關術語類、定義、符號類技術標準。分類與編碼主要規范公路數字化技術與應用涉及的分類標準、編碼標準。數據字典主要規范公路數字化技術與應用涉及的數據字典標準。通用規則主要包含公路數字化領域具有廣泛適用范圍的基礎性或通用條款的標準。

（2）支撐技術

支撐技術板塊主要包含基礎設施、數據資源、產品與平臺、算法模型、測試評價五部分。

基礎設施主要規范公路監控感知設施、電力基礎設施、網絡通信設施等的技術標準。數據資源主要規范公路數字化主數據、數據表達與管理、數據共享與交換和數據指標等的技術標準。產品與平臺主要規范公路數字化產品與平臺的標準。算法模型主要規范公路數字化算法模型的技術標準，包括數據治理、數據評估、數據評價等技術標準。測試評價主要規范公路數字化測試評價的相關技術要求，包括設施性能測試、數字化指標評價等標準。

（3）工程應用

工程應用主要包含建設、養護、運營、管理四部分。

公路建設主要規范公路建設數字化相關的技術標準，包括項目管理、勘測、設計、施工、造價、驗收等技術標準。公路管理主要規范公路數字化管理相關的技術標準，包括信息系統、執法等技術標準。公路養護主要規范公路養護數字化相關的技術標準，包括養護綜合、檢測評價、養護決策、養護設計、養護施工、養護造價等技術標準。公路運營主要規范公路數字化運營相關的技術標準，包括運行監測、收費服務、應急處置、出行服務和車路協同等技術標準。

（4）信息安全

信息安全主要包含安全技術、安全管理、網絡信任、安全服務四部分。

安全技術主要包含公路數字化領域的數據安全等安全技術標準。安全管理主要包含公路數字化領域的交易安全、身份認定等安全管理標準。網絡信任主要包含公路數字化領域的網絡信任安全標準。安全服務主要包含公路數字化領域的安全服務相關標準。

5 結 論

數據交換能力不足是信息通信領域的傳統痼疾，非公路交通行業獨有，但客觀上引起生產及管理效率下降，造成實體資源的無效耗損。數字化的技術紅利在于充分利用信息交換低廉的邊際成本帶來實體世界的資源優化配置。公路基礎設施數字化根本途徑在于數據采集體系數字化、數據傳輸體系網聯化、數據應用體系智能化。雖然近年來數字化相關標準研制數量有所提升，但仍存在標準零散分布、體系化不強、內容規定不全面以及重要業務板塊標準缺失等問題。本文基于當前公路基礎設施數字化發展存在的問題，對公路基礎設施數字化標準開展了需求分析，結合公路基礎設施數字化技術架構，提出了涵蓋公路數字化表達、數據的采集、處理、共享與交換、業務應用、支撐技術、信息安全、測試評價等方面的公路基礎設施數字化標準體系框架，能夠有效支撐公路基礎設施數字化的研究，支撐智慧公路建設、智能駕駛研究及智能管控應用。

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作者簡介

衣倩，通信作者，碩士研究生，副研究員，研究方向為智能交通系統。

王琰，博士研究生，研究員，研究方向為智能交通系統。

（責任編輯：袁文靜）