智慧公路发展现状、趋势分析及对策

■文/沙锐 梁德建（科技部高技术研究发展中心）

智慧公路是以5G、物联网、高精度导航定位技术为基础的新型公路系统。在“新基建”的带动下，智慧公路迎来了属于自己发展的黄金时代，成为我国近期发展的热点和交通运输增长的新动力。本文对智慧公路的概念、体系结构和功能，以及国内外发展现状和技术发展重点进行了梳理，提出了我国智慧公路发展的对策建议。

一、关于智慧公路

（一）智慧公路的概念

智慧公路是以5G、物联网、高精度导航定位技术为基础，由感知和收集、网络通信、决策和处理以及服务提供等系统构成，具有道路信息高效采集、泛在控制诱导、智慧决策以及个性化服务等功能的新一代公路基础设施。

智慧公路可以通过感知基础设施与多网融合的通信设施，实现海量公路数据的超低时延、超高可靠、超大带宽的实时动态采集和传输，从而全面、准确掌握每段路、车、结构物的状况，协助智能车辆实现环境感知和运动行为控制，最终显著提升交通系统的安全水平、通行效率和服务水平，是交通行业与人工智能、新能源产业深度融合的“黑科技”。

（二）智慧公路的体系结构及功能

智慧公路以人-车-路全面精准感知以及智能决策为核心，通过人-车-路互联与协作，构建整个路网的协同管控与服务，其系统构成及主要功能为：

感知及传输系统。传统智能交通系统的信息采集手段单一，高速公路均采用固定的交通流采集设施，由于只在关键路段定点布设，覆盖范围受限。而智慧公路除固定交通流采集设施之外，还可通过导航数据、移动终端数据等获取信息，从而具备多维信息感知能力，实现车-路、车-车间的信息互联互通，并与交通参与者协同联动，实时主动检测路网运行情况和道路拥堵、匝道流量、设备故障等信息，为公路交通安全和高效通行提供数据支撑，实现车路协同和区域路网统筹协调功能。除具备多维感知能力之外，智慧公路还采用信息双向传输共享技术，以形成人-车-路多方协作机制，对路网的车辆进行诱导，使路网车辆更加均衡。

智能管控决策系统。传统智能交通由于感知和决策能力受限，无法实现全路段的管控，难以完成全路段车辆合理分流。随着动态数据的接入、云计算以及边缘计算等新技术的应用，可以满足智慧公路实时、复杂的计算需求，通过统一数据标准、多维数据接入，构成智慧公路的大脑，大大提高智慧公路反应决策能力，以减少人工操作和误判，实现主动预测、快速响应的智能化日常运维管理。

智慧服务系统。传统公路服务仅限于数字广播、大屏显示，无法实现个性化、即到即享。智慧公路系统可通过人-车-路互联互通，及时发布跨区域的交通信息及事故信息，延展信息传递范围；通过对车流和车辆的实时监测，实现应急信息提示、路况预判、应急救援、分流预案、定位等功能，提供个性化、定制化、门到门的全链条服务，提高了公路信息服务水平和质量。

二、国内外智慧公路发展现状

（一）国外智慧公路发展情况

20 世纪80 年代美国联邦公路管理局（Federal Highway Administration，FHWA）开展有关自动公路系统（Automated Highway Systems，AHS）的研究。随着技术的发展，AHS 逐步朝着智能化的方向发展，智慧公路的概念也从其中演化而来。目前，发达国家正相继开展支撑自动驾驶车辆的智慧公路示范建设与试验验证。

为了推进智慧公路技术的发展，美国威斯康辛州和科罗拉多州正在筹建智慧公路。其中，威斯康辛州拟投入近5 亿美元，对94 号州级高速公路进行长度约30 公里的改造，将其中一个车道改建为能用于支持富士康无人自动驾驶项目的实验车道。该车道将部署“联网和自动驾驶车辆”相关设备，包括监控摄像头、光纤通讯系统、微波传感器等，以能够实时报告紧急状况和车流情况。改造计划将于2021 年完工，并可根据技术发展更新升级。

欧盟通过“荷兰—奥地利—德国”泛欧（跨国）高速公路信息服务走廊建设，积极探索公路基础设施未来的发展方向，并已提出“第五代道路”的概念，旨在打造Forever Open Road，服务未来，所强调的高度自主适应性和协同服务能力是其中的关键。

日本通过“车载信息及通信系统”“电子收费系统”和“智能公路系统”等系列项目，持续推进车路协同互联的信息交互系统的研发、建设与规模化应用，并统一了信息传输和接口标准。

（二）我国智慧公路发展状况

2018 年2 月，交通运输部组织开展了新一代国家交通控制网和智慧公路试点示范工程项目，确定了北京等9 个省（市）承担第一批试点任务，示范构建支撑新一代国家交通控制网和智慧公路技术体系。项目将基础设施数字化、路运一体化车路协同、北斗高精度定位综合应用、基于大数据的路网综合管理、“互联网+”路网综合服务、新一代国家交通控制网等6 个方向作为重点，在9 个省（市）分别开展重点实施。

目前，我国首条智慧高速公路已在浙江省开始建设，预计2022年杭州亚运会前通车。公路起点位于杭州绕城下沙枢纽，终点位于宁波穿山疏港柴桥枢纽，全长约161公里，规划双向6 车道。该公路将具备智能、快速、绿色、安全四大要素。安全预警、实时诱导、专用车道、编队行驶、自由流收费、全天候通行、精准管控调度等创新服务将得以实现。预计通行能力将提升20%到30%，可为现有社会存量车辆提供精准信息服务和安全提醒，为驾驶车辆提供安全预警辅助和决策辅助。此外，这条智慧高速公路的设计将为无人驾驶提供安全的驾驶环境，通过智能化和容错设计，来提升道路系统的安全性，将事故危害程度降到最低，实现全天快速通行车辆以及零死亡。

此外，作为新基建的重要组成部分，5G 网络为智慧公路的建设提供了基础和保障。五峰山过江通道公路是江苏首条5G 网络全覆盖的高速公路。在五峰山过江通道及南北公路接线工程实施交通运输基础设施和公共通信基础设施中，同步规划、同步设计、同步施工、同步验收5G 基础设施。待公路建成通车时，将成为江苏省首个5G 网络全覆盖的公路交通设施，为进一步的智慧公路建设奠定了基础。

三、智慧公路技术发展重点和方向

以“信息轨（数字化、信息化的道路形成的虚拟导航轨道）+车路网（车-路互联形成的信息交互与实时反馈控制物联网）+控制脑（由前端边缘计算和后台中心计算系统构成的交通统筹调度与协同控制中心）”为核心，按照应用维度和技术维度相结合的技术路线，智慧公路技术进一步发展重点和方向为：

感知和辨识技术。重点推动泛在传感、多传感融合、环境理解、高影响度对象辨识等技术的研究，为网联汽车多车协同决策和规划提供基础。

交互和干预技术。重点推动边缘计算、多方式通信组网、交互信息内容标准化、复杂决策规划、车群编队与运动控制、新型交通信号系统、新型交通指挥控制系统等技术的研究，建立无缝连接的道路车辆信息化网络系统。

新技术及新装备。重点推动高精度数字地图快速生成技术、信息安全防护技术、公路线形与行车道结构参数调节等技术的研究，以及雷达和视觉处理装备、低功耗高可靠泛在传感设备、云控平台、路侧边缘计算设备、新型交通流诱导、综合测试评估等装备的研制。

四、我国智慧公路发展对策建议

一是加强标准建设支撑智慧公路健康发展。我国智慧公路正处于高速发展阶段，相关技术创新迭代迅速。应以创新为牵引，加强相关技术标准建设。坚持标准与技术发展、用户需求相结合，标准与质量提升相结合，国家标准与行业标准、企业标准等各层级标准相结合，国内标准与国际标准相结合的原则，建立有利于支撑智慧公路技术发展的标准体系。

二是形成自主可控的核心技术装备链。创新发展要依托源头技术和核心装备突破。以“信息轨+车路网+控制脑”为核心，按照应用维度和技术维度相结合的技术路线，明确智慧公路产业源头技术的重点领域和突破方向。

三是促进车路协同的自动驾驶技术规模化应用。公路系统的发展与载运工具的发展具有高度相关性，自动驾驶现已成为当前汽车和信息产业发展的焦点，智慧公路的发展将不可避免地面对不同技术等级的自动驾驶车辆的逐步规模化应用，应进一步加强对公路线形和横断面参数，以及沿线新型监测、交互、诱导、干预和控制手段的研发、部署与集成运用。

四是通过示范验证加快技术落地和产业生态形成。智慧公路集成人工智能、大数据、物联网、云计算等多项新技术，具有学科交叉、产业协同、升级迭代迅速、牵动面广等突出特征，必须要走集成创新、协同验证的发展道路。应依托重点实体试验基地和战略区域重大示范工程，开展各类技术装备集成应用示范和持续效果评估、性能提升与技术组合优化，加强“产学研用金”结合，打通产业链上下游，充分调动和发挥各方优势资源及力量，聚力推动技术落地，加强产业布局，尽快推出新一代智慧公路落地实体，并不断优化升级。