智能高速建设方案的探索与思考

文

交通产业发展的重点是大力推进“互联网+”、大数据、人工智能与产业的深度融合，发展智能设计、智能建设、智能管理、智能养护等技术，引领交通基础设施实现更高层次的智能化，从而实现高质量发展。

智能高速公路的发展前景

公路行业的建设发展趋势，呈现出智能交通应用发展比较迅速，政府扶持力度不断加大，智能交通的体系不断完善，传统行业和新兴技术不断融合等特点。这些都为智能交通的发展提供了很好的机遇。

智能交通和高速公路建设发展紧密相关，目前在高速公路整个建设投资中，国内交通所占的比例比较小，据统计占2%至3%的比例，国外已经达到10%至15%的比例。从这个市场分析来看，智能交通的发展空间很大。

目前，未来智能交通发展方向备受关注，主要方向有全面感知的交通基础设施、综合交通管控、综合交通智能化协同与服务、安全运行智能化保障、合作式的智能交通和自动驾驶、开放共享的交通智能化服务等。

政策引领方面，从2013年交通运输部提出“四个交通”的理念，“智慧交通”占据一席之地。另外，2016年的“十三五”信息化发展规划里明确提出，各个省要开展智能公路的示范工程的建设；2017年1月，在推进智能交通发展三年行动计划里，又进一步明确建设的思路、目标和重点任务；2017年7月，确定了吉林、北京、河北、河南、江西、江苏、浙江、广东、福建9个省份。为防止9省份建设时同质化或碎片化，2018年2月，交通运输部明确了6个重点方向，每个省都有2个至3个不同的方向发展。在2019年全国交通运输工作会议上，2019年10个重点任务，其中之一是要加快推动智能交通的发展。

框架系统在两条高速应用

如何建设智能高速公路？目标是什么？目前国家还没有统一的标准。基于以往的经验，建设智能高速公路的定义和内涵可梳理为，需要运用互联网的思维，并使用云计算、大数据、物联网、LTE-V/5G通信技术及人工智能等新技术，使高速公路“可知、可测、可控、可决策”。建设目标是让路网运行更安全高效、公众出行更便捷舒适、交通管理更科学智能、智能道路更绿色经济。

智能高速公路建设的框架共分为4层。最底层泛指互联的智能感知层，可以通过视频感知、交通流感知、交通事件感知、交通环境感知，还有其他基础设施的监测，实现高速公路的全面感知。感知的信息如何向上传递？这要依靠第三层通讯网。通讯网的作用比较重要，其要求也相应较高，需要建立有线、无线，天、地、空立体化的高效融合的通信网。把数据通过通信网往上传递，一定要有大数据管理平台，一体化大数据平台类似于高速公路的大脑，即构架的第二层。大脑决定思考，最终为了智能的服务和应用，即构架的最顶层。智能服务和应用可以提炼出4点，即智能管控、智能服务、智能决策、示范应用。

智能高速公路的框架系统

智能高速公路基于智能感知设备采集的数据，通过人工智能、数据挖掘等技术，构建高速公路决策支持系统，为交通管理者提供智能辅助决策。

北京新机场高速公路被誉为“新国门第一路”，是连接北京大兴国际机场与北京市中心之间的快速专用高速公路，是北京市交委、市科委的智能高速公路示范工程，也是北京市智能网联建设的示范工程。新机场高速公路全线采用双向八车道高速公路标准建设；高速公路与轨道交通共构段，长度约7.9公里；桥梁占比约87%。

延崇高速公路是2019年世园会和2022年冬奥会的重要交通保障通道，具有重要的政治意义。同时，延崇高速公路是交通运输部绿色公路、智慧公路、品质工程三项示范工程。全线采用双向四车道高速公路标准建设，特点是路线比较复杂，平原段的桥梁比约90%，山区段的桥隧比约95%。同时，延崇高速公路还有一个突出特点，根据规划在冬奥会期间，所有私家车都要停在服务区，转乘奥组委提供的观赛车直达赛场。结合北京智慧公路建设的试点方向，延崇高速公路提出4个目标，即打造全要素的基础设施数字化、支持“自动驾驶与车路协同”的智能化创新示范路、智能化绿色示范服务区、信息服务示范路。

两条高速公路的建设都离不开智能高速公路的框架体系。

提供全面、精准数据的智能感知层

首先是最底层智能感知，通过视频感知、交通特征感知、交通事件感知、交通环境感知、基础设施监测等方面实现交通基础设施数字化（运行状态、环境状态、基础设施状态等），为平台分析、服务与应用提供全面、精准的数据。

通过设置高清固定摄像机、红外透雾摄像机、全景摄像机等精准视频采集，实现无盲区监视交通状态；通过微波检测器和全断面卡口对交通特征采集，实现交通流（交通流量、平均车速、车型及车道占用率）特征的全面感知；通过对沿线固定摄像机图像的分析采集交通事件，实现智能化的视频事故检测；通过气象检测器、能见度检测器、全要素的气象站、路面状态监测器等，对交通环境情况实时检测和预警。通过桥梁、隧道、边坡健康监测实现精准感知与预警，为养护决策提供依据。

此外，为支持车路协同场景，外场感知拟增加毫米波雷达，实现行驶车辆的精准定位。同时，集合ETC自由流收费方式，拟增加DSRC采集手段，实现对区间交通运行状态的实时监测。

高效融合的通信网

第三层通信网的重要部分是光纤通讯网，其为信息传输提供了专用通道。北京新机场高速公路、延崇高速公路的服务区，均设置了Wi_Fi，提升旅客出行的体验；ETC的覆盖率比较高，省内站已经达到100%，匝道站也已经达到80%以上，通过ETC实现不停车收费；站区、路段广播是应急疏散的重要手段，这些设施都可以加以利用。

随着LTE-v技术标准的不断成熟，目前车路协同的通信主要采用该技术。近年来，5G技术迅速发展，其低时延、高可靠的特性，更适用于车路协同及自动驾驶。同时，为保证应急通信，这两条高速公路都增加了卫星通信应用。

一体化的大数据平台

基于人工智能和大数据的一体化平台在智能高速公路中，发挥聪明的“大脑”的作用，将会是各个项目很有亮点和特色的内容。

北京大部分高速公路由北京市首都公路发展集团有限公司（简称“首发集团”）运营，新机场高速公路的投资主体是北京市基础设施投资公司，因为投资主体不同，又是新国门的“第一路”，需要建立独立的数据中心平台。因此，新机场高速公路采用独立运营模式，大数据平台在设计方面采用了完备的“145”平台架构，即1个交通云数据中心，4个运营功能群组，5大支撑体系。同时还为民航、城际、地铁、机场大巴、出租车等综合交通数据共享预留了接口。

在原有云平台的架构上，采用分布式的交通运行平台，对数据、信息、视频分布式存储，提高信息的可用性和可靠性。同时采用分布式的架构，利于后期的扩展。

以延崇高速公路为例，它沿用首发集团原有平台架构，在此基础上采用分布式的交通运行云平台。云平台是将数据分散存储在多台独立的设备上，采用可扩展的系统结构，利用多台存储服务器分担存储负荷，利用位置服务器定位存储信息，不但提高了系统的可靠性、可用性和存取效率，还易于扩展。

提高出行服务水平的智能服务和应用

第四部分也是重点环节——智能服务和应用。首先是智能管控，管控目标是安全可靠，新机场高速公路和延崇高速公路设置主动发光标志，能提高夜间视认距离，在重点路段沿线，每30米左右的距离安装智能安全诱导灯。未来，大流量快速通行是新机场高速公路的特征之一，为此，沿线设置了动态限速、匝道控制和分合流预警系统。

其次是智能服务，服务目标是便捷、舒适。新机场高速公路的出行者对道路通行时间的准确性要求较高，建设方通过与互联网公司数据共享，实时数据交互，精准发布出行时间，提高了服务的水平。同时，交通运输部提出要大力发展ETC用户，多建立ETC车道。同时，可针对用户采用多种收费方式，如支付宝、微信等移动支付，还有银行卡绑定等。

再次是智能决策，智能高速公路基于智能感知设备采集的数据，通过人工智能、数据挖掘等技术，构建高速公路决策支持系统，为交通运营管理者提供智能辅助决策。决策主要应用于4个领域，即应急指挥调度、机电智慧运维系统、公路养护决策系统、大数据综合管理系统。

应急指挥调度主要通过专网、公网、卫星通信等空地一体化的全方位网络，实现语音、视频、数据多业务融合的应急指挥调度功能，从而满足高速公路在应急事件过程中的处置需求。

机电智能运维系统主要包括智能运维管理平台、前端感知设备，以及运维管理智库3个部分。其中，前端感知设备是通过在高速公路机电设备上增设监测传感器，自动上传设备运行状态，实现设备运行状态在线监测与预警功能，为机电系统智能运营提供了全面的信息支撑。

公路养护决策系统主要包括养护管理平台、“养路通App”及基础数据库3个部分。通过公路智能养护决策系统，可以实现道路的全寿命周期养护，大大节省后期的运维成本。

车路协同与自动驾驶的示范应用主要围绕车路协同、自动驾驶、智能网联车道。2018年年底，延崇高速公路平原段通车时，其中4公里路段，实现了时速80公里的情况下，车路协同自动驾驶。

2019年年底，从服务区到赛场之间的16公里的路段，要建设真正的车路协同自动驾驶的测试场地，需要新设施和原有设施的结合。

安全、效率、服务、经济是未来智能高速的目标

智能高速公路的建设应结合项目本身的特点和功能定位，同时要注重前瞻性、先导性。示范工程应用的技术需要具有持久性，建设智能高速公路不是简单的新技术堆积。

智能高速公路要提高出行服务水平，以出行者的需求为驱动。另外，对管理者的科学管理、智能管理提出了新的要求。建设智能高速公路要从国家整个发展大局考量，实现真正的经济、绿色。

未来，智能高速公路的建设要实现安全是第一要素、效率是发展必需、服务是优质体验、经济是效益提升的终极目标。

在智能高速公路的实施过程中，不能仅是新技术的堆积，应在新技术、功能、造价3个方面寻求最优匹配。