普通国省道智慧公路建设研究与应用

陈 昱

（南通市公路事业发展中心路网分中心，江苏南通 226007）

近年来，以5G、云计算、大数据等前瞻技术为核心的交通科技和产业革命浪潮不断涌现，智慧城市、人工智能等产业高速发展，为智慧交通提供良好的发展机遇。普通国省道在公路网中占据主干地位，但尚未发布统一的建设指导文件，亟须多元探索普通国省道新发展思路与模式，推动智慧交通高质量发展。

1 国内智慧公路发展现状

目前我国智慧公路建设重心主要聚焦智慧高速公路，据相关数据统计，已有10多个省份、40多余路段已经完成或正在建设智慧高速公路，代表性试点工程包括北京延崇智慧高速、江苏五峰山高速、浙江杭绍台、杭绍甬智慧高速等示范工程。浙江、山东、江苏发布《智慧高速建设指南》，将试点成果转化为建设标准经验，指导高速公路智慧化、体系化建设。

普通国省道智慧公路受到覆盖范围广、交通参与者复杂、资金来源单一等多方面因素限制，仅在江苏省、山东省及河南省试点先行。代表性试点工程包括南通G204智慧公路、G524常熟段、无锡S342、青岛智慧公路、烟台普通国省道智慧公路建设项目、郑州市示范项目等[1]。其中，G524常熟段、南通G204智慧公路入选多项江苏省重点建设项目，科技示范效果明显。

高速公路是智慧公路的建设重点，但普通国省道智慧公路建设的顶层设计与深入挖掘尚不全面，试点工程少且大部分仍处在方案探索阶段。亟须探索普通国省道智慧公路建设规范，创新未来公路的新发展思路与模式，从安全、效率、服务三大方面提升普通国省道交通体验。

2 普通国省道智慧公路建设需求

普通国省道是连接市际间、区域内关键节点的重要桥梁，具有良好的连接与集散作用，具有路网结构错综复杂、交通参与种类多元丰富、路口交通事故频发等特点。

普通国省道建设重点需聚焦于保障交通安全、提升通行效率、升级交通服务三方面。保障普通国省道能够智能化预防交通事故，减少交通事故发生频次及伤亡程度；通过智能化手段提高路段通行能力，减少“全出行链”交通延误、应急处置时间，强调整体出行效率与品质。相关单位发布的智慧公路建设指导文件中，多次反复强调应提升交通服务水平，强伴随式服务体验和群众出行获得感与满足感。

建设需要加强对数据资源的采集与融合应用。要求存储、备份普通国省道公路基本属性、便民服务设施和基础设施设备等数据，为后续公路管理、升级提供数据支撑。依托高精尖的公路监测感知能力，可以精准地采集公路运行动态数据，掌控宏观运行情况、天气等参数变化，提升公路行业安全治理水平[2]。应积极推进大数据支撑应用，构建统一规范、共享兼容的大数据中心，推动大数据跨层级、跨部门、跨行业的协同联动，编织公路数据体系一张网，高效分析挖掘采集的数据信息，分析公路潜在安全隐患、辅助公路管控决策。随着普通国省道智慧公路建设的持续推进，研发的系统需具备可拓展性，确保能够满足日后功能开发升级以及信息资源共享的内生需求，提升服务器的并发处理能力及硬件稳定性，支撑处理应急事件和大数据分析，优化网络环境，确保信息安全，满足国家信息安全防护标准。

3 普通国省道智慧公路总体框架

依托现有智慧高速公路建设试点经验，融合智慧公路内涵及普通国省道功能[3]，整合形成普通国省道智慧公路总体框架。框架基于新技术应用及安全运维保障，聚焦全方位服务、全业务管理、云控平台及基础设施四大内容，打造数字化公路管控及服务体系，逐步升级普通国省道可视、可测、可控、可服务水平。

普通国省道智慧公路总体框架如图1所示。

图1 普通国省道智慧公路总体框架

3.1 基础设施建设

基础设施建设主要涉及感知设施体系建设、通信设施体系建设及绿色能源设施体系建设。

道路感知设施体系建设主要针对公路主体及附属设施监测、公路交通运行状态监测、公路路域气象环境监测三大方面。公路主体及附属设施状态监测主要包括对桥梁、隧道、道路及沿线基础设施的应用状态监测，公路交通运行状态监测主要包含行人/非机动车过街、交通运行状态、路网拥挤程度及突发事件监测，公路路域气象环境监测主要包含恶劣天气监测、温度监测、湿度监测等。

通信设施体系建设主要赋能车、路、中心云三大方面，实现路测通信单元（RSU）、智能车载单元（OBU）及云平台的广泛互联，实现路与路、车与车，车与路、路与中心、车与中心之间的通信。

绿色能源体系建设主要包括绿色能源供给、电动汽车充电服务以及绿色照明服务。具体包括建设光伏项目、利用太阳能等新型能源为车辆及设施提供可持续的充电服务、建设绿色环保的智慧公路等。

3.2 云控平台

云控平台利用中心云及边缘云连接各节点数据，打通感知基础设施收集到的数据，实现数据共享互通，支撑普通国省道的高精度管控，提高道路通行效率及行车安全。

中心云包含决策模型及数据中心，决策模型结合采集的数据提出路网养护辅助决策、综合管控策略、事件动态预警、应急调度指挥等，模型具体功能包括主动评估公路主体及附属设施状态，生成养护阶段计划和辅助公路养护决策；针对交通流状态、车辆、路段、气象环境、拥堵、养护的态势进行感知和分析决策；围绕应急事件的事件详情、影响评估、处理流程进度等制定调度管控策略；对路网运行监测中监测到的危险路段、违规车辆、交通事件等具体事件采取预警。数据中心用于储存组织交通数据，整合路网运营相关的多方资源，打通既有的系统数据壁垒，打造普通国省道公路运营管理的全量数据库，具体包括但不限于时空动态数据库、原始环境数据库以及交通事件数据库。

3.3 全方位服务

（1）出行安全。

出行安全围绕准全天候通行、公路事件预警、车辆汇流预警、行人/非机动车过街提醒功能，具体包括恶劣天气行车诱导及危险警示、智能公交管控、路面冰雪快速融化；实现人工智能公路交通事件预测预警，提供货车违规占道提醒及车路协同式安全预警服务；在道路合流区域设置语音提示、黄闪警示等预警诱导装置；应用太阳能道钉灯、反光标线等安全预警设备提醒机动车礼让行人/非机动车过街。

（2）出行效率。

出行效率重点面向交通信号灯实时优化控制、区域路网协调联动；紧急交通事件精准感知、高效决策响应；车路协同试点区域的信号互联互通，云端管理平台及自动驾驶专用车道建设、自动驾驶货车编队等方面。

（3）出行服务。

出行服务功能主要面向精准实时的地图导航及交通诱导；宏观交通道路运行状况信息、气象环境信息以及安全辅助驾驶信息交互服务，设置个性化可变情报板；智慧服务区设置智慧停车、智慧餐厅，实现停车诱导、停车管控、新能源充电、线上餐饮点单等功能。

3.4 全方位管理

全方位管理主要面向公路管理人员，依照需求导向，瞄准目标、协同配合、构建可持续发展的“建管养运”一体化系统，具体包括数字建设管理、科学养护管理、智能收费管理、实时应急指挥、路网运行检测、辅助决策支持。

依托公路建设项目管理子系统，实现公路建设项目全周期闭环管理，实现施工人员、设备、物料、质量、现场环境、施工安全、建设进度全闭环管控，推动基于BIM/CIM的设计建造一体化数字交付，建设公路基础设施检测与应用平台；依托检测车、无人机等监测设备获取路面平整度等指标，提供高质量道路、桥梁、隧道日常养护工作，实现不同养护作业类型分类方案布置；在普通国省道收费期间，提高ETC车辆识别精度，打造精准便捷的自由流收费[4]；快速发现紧急事件、并自动备案、灵活调度调动，自动生成事件处置效果分析报告；实现建管养运不同阶段的数据统计及综合分析。

4 南通G204智慧公路示范段工程实践

4.1 南通G204智慧公路示范段概况

南通G204国省道连接江苏盐城与南通市区，是江苏省境内承载南北交通的主要公路，其日常交通流量大，公路管养水平突出，机非混行、行人过街等特征明显，汇聚交叉口、桥梁等各类应用场景，是普通国省道的典型代表。

南通G204智慧公路路段融合大数据、数字孪生、车路协同等新一代信息技术，聚焦“精准感知、精细管控、精心服务”三大“靶心”，构建集成科学管理与优质服务的智慧公路示范段。

南通G204智慧公路总体框架如图2所示。

图2 南通G204智慧公路总体框架

南通G204智慧公路入选多项江苏省重点建设项目，现一期工程已顺利建成，其试点经验及创新探索对全国普通国省道智慧公路建设有较强的借鉴意义。

4.2 南通G204智慧公路示范段实践成果

围绕“精准感知”，工程在路测周边加装雷视一体机、全要素气象站、行人检测仪器、球像摄影机等外场感知设备，实现路段沿线人、车、路、环境立体化多维度全息感知。基于机器视觉技术，实现对车辆违停、违法设摊、气象风险等公路事件的精准定位与秒级响应，有效提高感知的精准、全面、及时、便捷程度。

围绕“精细管控”，工程依托“南通G204智慧公路系统”，将“精准感知”收集得到的视频监控数据、公路实时路况、气象风险等级、公路主体及附属设施指标等多元数据进行可视化综合展示及汇总分析，融入“南通公路辅助决策平台”，统一南通数字公路建设业务应用，实现公路资产数字管理、数据永久性溯源、路网实时监测预测，深化南通公路高质量管控效能。

围绕“精心服务”，工程重心集中在行人过街预警系统建设、车路协同系统建设以及智慧情报板联动服务系统建设三方面。行人过街安全预警系统安装在人流密集区域，动态监测预警冲突，降低车流与人流通行的矛盾，打造安全舒适的交通环境。车路协同系统率先试点15个典型场景并创新应用4种数据发布手段，超视距感知路口交通信息。创新智慧情报板联动服务机制，提供出行智能诱导等服务，让出行更加智慧。

示范段的“智慧”建设让公众通过数字感受便捷的交通服务，为管理者提供更加科学、精细的决策支持。

5 结语

我国各省份的普通国省道公路建设仍处在不断探索及试验阶段，缺少系统的普通国省道智慧公路建设指导性文件，可能造成盲目建设、资源浪费等系列问题。本研究基于已有智慧公路试点经验，总结普通国省道建设框架，通过融合数字孪生等新型技术加快智慧公路建设与规划，实现全生命周期闭环，实现公路路网科学管理、高效运行及优质服务，对指导后续普通国省道智慧公路建设具有一定借鉴意义。