智能高速建設(shè)方案的探索與思考

文

交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點是大力推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、人工智能與產(chǎn)業(yè)的深度融合，發(fā)展智能設(shè)計、智能建設(shè)、智能管理、智能養(yǎng)護(hù)等技術(shù)，引領(lǐng)交通基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)更高層次的智能化，從而實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

智能高速公路的發(fā)展前景

公路行業(yè)的建設(shè)發(fā)展趨勢，呈現(xiàn)出智能交通應(yīng)用發(fā)展比較迅速，政府扶持力度不斷加大，智能交通的體系不斷完善，傳統(tǒng)行業(yè)和新興技術(shù)不斷融合等特點。這些都為智能交通的發(fā)展提供了很好的機遇。

智能交通和高速公路建設(shè)發(fā)展緊密相關(guān)，目前在高速公路整個建設(shè)投資中，國內(nèi)交通所占的比例比較小，據(jù)統(tǒng)計占2%至3%的比例，國外已經(jīng)達(dá)到10%至15%的比例。從這個市場分析來看，智能交通的發(fā)展空間很大。

目前，未來智能交通發(fā)展方向備受關(guān)注，主要方向有全面感知的交通基礎(chǔ)設(shè)施、綜合交通管控、綜合交通智能化協(xié)同與服務(wù)、安全運行智能化保障、合作式的智能交通和自動駕駛、開放共享的交通智能化服務(wù)等。

政策引領(lǐng)方面，從2013年交通運輸部提出“四個交通”的理念，“智慧交通”占據(jù)一席之地。另外，2016年的“十三五”信息化發(fā)展規(guī)劃里明確提出，各個省要開展智能公路的示范工程的建設(shè)；2017年1月，在推進(jìn)智能交通發(fā)展三年行動計劃里，又進(jìn)一步明確建設(shè)的思路、目標(biāo)和重點任務(wù)；2017年7月，確定了吉林、北京、河北、河南、江西、江蘇、浙江、廣東、福建9個省份。為防止9省份建設(shè)時同質(zhì)化或碎片化，2018年2月，交通運輸部明確了6個重點方向，每個省都有2個至3個不同的方向發(fā)展。在2019年全國交通運輸工作會議上，2019年10個重點任務(wù)，其中之一是要加快推動智能交通的發(fā)展。

框架系統(tǒng)在兩條高速應(yīng)用

如何建設(shè)智能高速公路？目標(biāo)是什么？目前國家還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)?；谝酝慕?jīng)驗，建設(shè)智能高速公路的定義和內(nèi)涵可梳理為，需要運用互聯(lián)網(wǎng)的思維，并使用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、LTE-V/5G通信技術(shù)及人工智能等新技術(shù)，使高速公路“可知、可測、可控、可決策”。建設(shè)目標(biāo)是讓路網(wǎng)運行更安全高效、公眾出行更便捷舒適、交通管理更科學(xué)智能、智能道路更綠色經(jīng)濟(jì)。

智能高速公路建設(shè)的框架共分為4層。最底層泛指互聯(lián)的智能感知層，可以通過視頻感知、交通流感知、交通事件感知、交通環(huán)境感知，還有其他基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測，實現(xiàn)高速公路的全面感知。感知的信息如何向上傳遞？這要依靠第三層通訊網(wǎng)。通訊網(wǎng)的作用比較重要，其要求也相應(yīng)較高，需要建立有線、無線，天、地、空立體化的高效融合的通信網(wǎng)。把數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)往上傳遞，一定要有大數(shù)據(jù)管理平臺，一體化大數(shù)據(jù)平臺類似于高速公路的大腦，即構(gòu)架的第二層。大腦決定思考，最終為了智能的服務(wù)和應(yīng)用，即構(gòu)架的最頂層。智能服務(wù)和應(yīng)用可以提煉出4點，即智能管控、智能服務(wù)、智能決策、示范應(yīng)用。

智能高速公路的框架系統(tǒng)

智能高速公路基于智能感知設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，通過人工智能、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，構(gòu)建高速公路決策支持系統(tǒng)，為交通管理者提供智能輔助決策。

北京新機場高速公路被譽為“新國門第一路”，是連接北京大興國際機場與北京市中心之間的快速專用高速公路，是北京市交委、市科委的智能高速公路示范工程，也是北京市智能網(wǎng)聯(lián)建設(shè)的示范工程。新機場高速公路全線采用雙向八車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)；高速公路與軌道交通共構(gòu)段，長度約7.9公里；橋梁占比約87%。

延崇高速公路是2019年世園會和2022年冬奧會的重要交通保障通道，具有重要的政治意義。同時，延崇高速公路是交通運輸部綠色公路、智慧公路、品質(zhì)工程三項示范工程。全線采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，特點是路線比較復(fù)雜，平原段的橋梁比約90%，山區(qū)段的橋隧比約95%。同時，延崇高速公路還有一個突出特點，根據(jù)規(guī)劃在冬奧會期間，所有私家車都要停在服務(wù)區(qū)，轉(zhuǎn)乘奧組委提供的觀賽車直達(dá)賽場。結(jié)合北京智慧公路建設(shè)的試點方向，延崇高速公路提出4個目標(biāo)，即打造全要素的基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、支持“自動駕駛與車路協(xié)同”的智能化創(chuàng)新示范路、智能化綠色示范服務(wù)區(qū)、信息服務(wù)示范路。

兩條高速公路的建設(shè)都離不開智能高速公路的框架體系。

提供全面、精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的智能感知層

首先是最底層智能感知，通過視頻感知、交通特征感知、交通事件感知、交通環(huán)境感知、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測等方面實現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化（運行狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)等），為平臺分析、服務(wù)與應(yīng)用提供全面、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

通過設(shè)置高清固定攝像機、紅外透霧攝像機、全景攝像機等精準(zhǔn)視頻采集，實現(xiàn)無盲區(qū)監(jiān)視交通狀態(tài)；通過微波檢測器和全斷面卡口對交通特征采集，實現(xiàn)交通流（交通流量、平均車速、車型及車道占用率）特征的全面感知；通過對沿線固定攝像機圖像的分析采集交通事件，實現(xiàn)智能化的視頻事故檢測；通過氣象檢測器、能見度檢測器、全要素的氣象站、路面狀態(tài)監(jiān)測器等，對交通環(huán)境情況實時檢測和預(yù)警。通過橋梁、隧道、邊坡健康監(jiān)測實現(xiàn)精準(zhǔn)感知與預(yù)警，為養(yǎng)護(hù)決策提供依據(jù)。

此外，為支持車路協(xié)同場景，外場感知擬增加毫米波雷達(dá)，實現(xiàn)行駛車輛的精準(zhǔn)定位。同時，集合ETC自由流收費方式，擬增加DSRC采集手段，實現(xiàn)對區(qū)間交通運行狀態(tài)的實時監(jiān)測。

高效融合的通信網(wǎng)

第三層通信網(wǎng)的重要部分是光纖通訊網(wǎng)，其為信息傳輸提供了專用通道。北京新機場高速公路、延崇高速公路的服務(wù)區(qū)，均設(shè)置了Wi_Fi，提升旅客出行的體驗；ETC的覆蓋率比較高，省內(nèi)站已經(jīng)達(dá)到100%，匝道站也已經(jīng)達(dá)到80%以上，通過ETC實現(xiàn)不停車收費；站區(qū)、路段廣播是應(yīng)急疏散的重要手段，這些設(shè)施都可以加以利用。

隨著LTE-v技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷成熟，目前車路協(xié)同的通信主要采用該技術(shù)。近年來，5G技術(shù)迅速發(fā)展，其低時延、高可靠的特性，更適用于車路協(xié)同及自動駕駛。同時，為保證應(yīng)急通信，這兩條高速公路都增加了衛(wèi)星通信應(yīng)用。

一體化的大數(shù)據(jù)平臺

基于人工智能和大數(shù)據(jù)的一體化平臺在智能高速公路中，發(fā)揮聰明的“大腦”的作用，將會是各個項目很有亮點和特色的內(nèi)容。

北京大部分高速公路由北京市首都公路發(fā)展集團(tuán)有限公司（簡稱“首發(fā)集團(tuán)”）運營，新機場高速公路的投資主體是北京市基礎(chǔ)設(shè)施投資公司，因為投資主體不同，又是新國門的“第一路”，需要建立獨立的數(shù)據(jù)中心平臺。因此，新機場高速公路采用獨立運營模式，大數(shù)據(jù)平臺在設(shè)計方面采用了完備的“145”平臺架構(gòu)，即1個交通云數(shù)據(jù)中心，4個運營功能群組，5大支撐體系。同時還為民航、城際、地鐵、機場大巴、出租車等綜合交通數(shù)據(jù)共享預(yù)留了接口。

在原有云平臺的架構(gòu)上，采用分布式的交通運行平臺，對數(shù)據(jù)、信息、視頻分布式存儲，提高信息的可用性和可靠性。同時采用分布式的架構(gòu)，利于后期的擴展。

以延崇高速公路為例，它沿用首發(fā)集團(tuán)原有平臺架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上采用分布式的交通運行云平臺。云平臺是將數(shù)據(jù)分散存儲在多臺獨立的設(shè)備上，采用可擴展的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用多臺存儲服務(wù)器分擔(dān)存儲負(fù)荷，利用位置服務(wù)器定位存儲信息，不但提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和存取效率，還易于擴展。

提高出行服務(wù)水平的智能服務(wù)和應(yīng)用

第四部分也是重點環(huán)節(jié)——智能服務(wù)和應(yīng)用。首先是智能管控，管控目標(biāo)是安全可靠，新機場高速公路和延崇高速公路設(shè)置主動發(fā)光標(biāo)志，能提高夜間視認(rèn)距離，在重點路段沿線，每30米左右的距離安裝智能安全誘導(dǎo)燈。未來，大流量快速通行是新機場高速公路的特征之一，為此，沿線設(shè)置了動態(tài)限速、匝道控制和分合流預(yù)警系統(tǒng)。

其次是智能服務(wù)，服務(wù)目標(biāo)是便捷、舒適。新機場高速公路的出行者對道路通行時間的準(zhǔn)確性要求較高，建設(shè)方通過與互聯(lián)網(wǎng)公司數(shù)據(jù)共享，實時數(shù)據(jù)交互，精準(zhǔn)發(fā)布出行時間，提高了服務(wù)的水平。同時，交通運輸部提出要大力發(fā)展ETC用戶，多建立ETC車道。同時，可針對用戶采用多種收費方式，如支付寶、微信等移動支付，還有銀行卡綁定等。

再次是智能決策，智能高速公路基于智能感知設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，通過人工智能、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，構(gòu)建高速公路決策支持系統(tǒng)，為交通運營管理者提供智能輔助決策。決策主要應(yīng)用于4個領(lǐng)域，即應(yīng)急指揮調(diào)度、機電智慧運維系統(tǒng)、公路養(yǎng)護(hù)決策系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)。

應(yīng)急指揮調(diào)度主要通過專網(wǎng)、公網(wǎng)、衛(wèi)星通信等空地一體化的全方位網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)語音、視頻、數(shù)據(jù)多業(yè)務(wù)融合的應(yīng)急指揮調(diào)度功能，從而滿足高速公路在應(yīng)急事件過程中的處置需求。

機電智能運維系統(tǒng)主要包括智能運維管理平臺、前端感知設(shè)備，以及運維管理智庫3個部分。其中，前端感知設(shè)備是通過在高速公路機電設(shè)備上增設(shè)監(jiān)測傳感器，自動上傳設(shè)備運行狀態(tài)，實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警功能，為機電系統(tǒng)智能運營提供了全面的信息支撐。

公路養(yǎng)護(hù)決策系統(tǒng)主要包括養(yǎng)護(hù)管理平臺、“養(yǎng)路通App”及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫3個部分。通過公路智能養(yǎng)護(hù)決策系統(tǒng)，可以實現(xiàn)道路的全壽命周期養(yǎng)護(hù)，大大節(jié)省后期的運維成本。

車路協(xié)同與自動駕駛的示范應(yīng)用主要圍繞車路協(xié)同、自動駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)車道。2018年年底，延崇高速公路平原段通車時，其中4公里路段，實現(xiàn)了時速80公里的情況下，車路協(xié)同自動駕駛。

2019年年底，從服務(wù)區(qū)到賽場之間的16公里的路段，要建設(shè)真正的車路協(xié)同自動駕駛的測試場地，需要新設(shè)施和原有設(shè)施的結(jié)合。

安全、效率、服務(wù)、經(jīng)濟(jì)是未來智能高速的目標(biāo)

智能高速公路的建設(shè)應(yīng)結(jié)合項目本身的特點和功能定位，同時要注重前瞻性、先導(dǎo)性。示范工程應(yīng)用的技術(shù)需要具有持久性，建設(shè)智能高速公路不是簡單的新技術(shù)堆積。

智能高速公路要提高出行服務(wù)水平，以出行者的需求為驅(qū)動。另外，對管理者的科學(xué)管理、智能管理提出了新的要求。建設(shè)智能高速公路要從國家整個發(fā)展大局考量，實現(xiàn)真正的經(jīng)濟(jì)、綠色。

未來，智能高速公路的建設(shè)要實現(xiàn)安全是第一要素、效率是發(fā)展必需、服務(wù)是優(yōu)質(zhì)體驗、經(jīng)濟(jì)是效益提升的終極目標(biāo)。

在智能高速公路的實施過程中，不能僅是新技術(shù)的堆積，應(yīng)在新技術(shù)、功能、造價3個方面尋求最優(yōu)匹配。