大数据背景下的智慧公路泛在建设探讨与研究

陆全民

（甘肃省公航旅通定高速公路管理有限公司，甘肃 定西 743099）

智慧公路的概念其实早已有之，只不过被刻上了深深的时代烙印。基于新基建规划、“十四五”远景规划及“碳中和碳达峰”目标的发布，作为全新的国家发展战略，智慧公路在当代社会的定义可以阐述为：集成式的应用5G+通信信息技术、光伏与风电等新能源技术、环保减碳材料、可持续发展的新型结构、物联网、联通云端大数据、区块链及Ai等先进技术，搭建的一项综合性工程。智慧公路依托于交通运输行业的顶层设计，充分串联现有的信息孤岛，全方位打造面向未来的智慧化、信息化集成公路，是典型的量变引发质变的具体表现。

根据行业目前的现状来看，公路建设的发展通过上述新技术、新材料的融合，部分公路已经可以在概念上实现智慧公路基础的功能与作用，包括譬如：车况与路况的监测、结构的稳定性检测与预警、交通事故与恶劣天气的预警、合理路线的规划、应急调度、云端视频监控、智慧ETC服务等方面。智慧公路更深层次的意义不仅在于运营维护阶段，而是囊括最初的设计、规划与施工阶段，涵盖智慧公路发展的全产业链，综合提升了行业整体的转型升级能力，为公路运输在新时代的发展提供了更为广阔的平台。

1 国内外智慧公路建设分析

智慧公路在国外的建设与发展最早始于20世纪90年代的欧洲。当时的瑞典政府修建了一段搭载有光导传感器、事故拥堵报警器、路面不良状况报警器等装置的智慧公路。上述装置的工作原理为：利用光导传感器连接各个报警装置，通过声音与光源的交互传递，就路面的即时状况对车辆驾驶员进行提示报警。同期的美国，也在加利福尼亚州修建了一条智慧公路，该路段搭建有当时最为先进的计算机控制系统、显示装置以及向导式反馈系统，能够较为准确地为决策者及时提供道路车辆运营信息。国外智慧公路的建设研究早、发展快，进入21世纪，荷兰境内的一条高速公路，甚至在路面上涂饰了动态温度反应漆，使得驾驶员在夜间行驶时，可以准确地分辨清楚路面上的结冰地带，提前做出规避，极大地增加了驾驶员在夜间的安全行车系数。

在我国，已有北京、河北、广东等多地相继开展了智慧公路的试点建设，试点的主要方向在于围绕我国自主研发的北斗导航系统，搭载物联网数字化技术，推进车路一体化的协同管理应用。北京大兴机场的附属高速公路，建设方已在其路面上设置了“冰雪防滑”的实用功能，在重庆，一条全国规模最大、路线最长、路况最复杂、场景最全的集智慧高速公路已经投入使用，该路段具备人与车与路的信息互通、云端大数据信息同步、智慧管理平台一体化调度的集成化应用，并搭配有智慧ETC服务、全路段信息记录、智慧养护信息服务等功能，在我国智慧公路的发展上具有十分重要的领航意义[2]。

2 智慧公路的建设探究

2.1 实现智慧公路建设的要素分析

智慧公路相比于传统公路的优势要素主要区别于以下几个方面：

（1）智慧研判能力

传统的交通方式可以说是几乎没有智慧的判决能力，仅依靠于沿途的一些视频监控或是人工的辅助管控，远远无法满足呈递增态势的公路交通流量，为行业的决策者带来了巨大的管理压力。而智慧公路的建设，则需要借助区块链、云计算、5G大数据等新型的信息化技术与公路交通行业进行深度的交融，构建云端模型库，实现交通信息数据的共享及双向反馈。这样，公路管理人员可以随时掌控自己所管辖路段的每一辆车辆的详细状况，而驾驶员也可以随时掌握路况以及提前规避前方的障碍与危险。决策者也可依靠数据信息，宏观上对道路整体的规划布局进行调整建设，实现社会效益的最大化，真正实现公路交通在数据信息上的准确录入、及时报告、自动处理、快捷响应、预测报警、提高效率，全方位体现智慧公路的智慧研判能力。

（2）智慧管控能力

基于智慧公路的研判能力，智慧公路可以实现公路、车辆、人员以及道路一切附属设施的监控与管理，最短的时间内发现路网营运异常并派遣工作人员进行处理，及时消除安全隐患与潜在的威胁。智慧公路的管控往往体现在道路交通的分流以及高速公路速度的控制上，通过对公路车辆信息的录入，生成未来时段速度及流量模拟趋势曲线分布图，再根据公路实况对后来车辆进行限速或者提速通告，从而控制并诱导不同时段的车流，杜绝堵车事件的发生。智慧公路的相关技术一旦得到大规模的应用，我国高速公路120 km/h的限速或许会成为历史，人、车、路的一体化管控，可以实现智慧公路限速突破120 km/h。

（3）智慧执法能力

智慧公路的研判能力与管控平台搭建好之后，就需要运营期间的智慧执法能力上线了。传统执法一般通过交通管制人员在现场的执法以及通过视频监控的方式进行管制，智慧公路的智慧执法，可通过升级改造现有的电子监控设施，将记录的信息上传至全国通用的信息共享平台，全面监控擅闯红灯、逆向行驶、超速行驶、违章停车等违反交通规则的行为，甚至可以联通车内信息系统，对货车驾驶员进行疲劳驾驶提醒、行车间距提示、服务区位置提示以及前方加油站信息提示。还可采集前后几十公里的车辆路况信息，依据其规律性的数据差异，实时对智能信号灯进行调控，可避免道路无车却存在漫长等待等待、部分区域堵车而部分区域无车等现象的发生，体现公路交通执法的人性化。

（4）智慧服务能力

未来智慧公路卓越的服务能力具体体现在，公路沿线均布置有传感器，传感器终端与智慧管理平台串联，平台会将终端反馈的路况信息通过手机发送至管理人员，譬如路面塌陷、雨雪大雾、防护缺失等危及行车安全的种种现象，管理人员通过具体位置、具体事故原因进行定点捕捉，拟定救援或者维护方案，再进行下一步工作，能够及时排除隐患，修复漏洞，实现高效有序的工作方式。依托于未来新能源技术的发展，新能源车辆上路的数量也将急剧提升，较为先进的智慧化公路可以在路面下埋设类似于摩擦应力转换为势能的装置，可以为路灯供电，可以为新能源车充电，可以融化积雪，可以蒸发积水，甚至可以发展为无人驾驶，将道路交通事故率降至最低，实现真正的车路协同，提升公路的安全水平，减少交管部门的工作压力，推进人与公路环境的和谐工作。

2.2 智慧公路的建设路径研究

（1）加强智慧公路的规划设计能力

智慧公路网的建设来自于国家基于民生、经济以及大战略发展方向的顶层设计，具有时代脉搏气息与跨越传统面向未来的前瞻性。其实质是传统的公路交通向数字化集成方式的转变，因此，智慧公路的建设在规划时，应围绕信息化、数据化的方向进行规划建设。这就要求我们的设计行业要紧紧把握党中央的决议与政策，紧跟时代发展潮流，倾听数字化产业发展回声，以敏锐的感知能力和尖锐的洞察能力，在设计中全面串联行业发展需求，逐步形成维度、广度、深度兼备的规划设计方式，全方位提升智慧公路的规划能力。

（2）研发应用车载信息互联设施

智慧公路的建设分为人的建设、车辆的建设、公路的建设、环境的建设，其中，车辆的建设应与路面进行相辅相成的设计与建设，车载信息互联设施的研发与建设尤为重要，因为其关乎智慧公路最终营运的一个统筹能力。研发出与当前技术条件相匹配的车载信息互联设施，并付诸实践推广使用，利用这些设施与路面传感器、云端大数据平台形成闭合回路，将“人-车-路-云”等交通要素有机地联系在一起，充分发挥我国信息通信技术与网络基础优势，对智慧公路产业链的每一条要素都进行覆盖管控，为驾驶员提供可靠真实的信息传输。另一方面，驾驶员在充分享受信息服务带来的便捷时，也应存在义务及时对服务性能进行反馈，方便决策者统筹改进智慧公路的服务性能，在不断完善中获得进步，全面提升智慧公路的整体性能。

（3）推进空-地互联、覆盖全国的信息共享系统建设

传统车辆装配的车载信息系统已逐渐无法满足未来智能驾驶的需求，因此，一套系统化的、高精度的全国公路信息共享系统就迫在眉睫地需要被建设出来，这是智慧公路可以运行智慧驾驶模式、无人驾驶模式的基准条件。智慧公路的信息体系，端头要对接我国现有的北斗卫星定位系统，由我国自主研发的北斗，对车辆通信、控制、导航、限速等要素提供统一的计量标准，充分融合智慧公路的信息系统与北斗卫星，最大化地发挥空-地优势，全面提升智慧公路对车辆整体的信息服务能力，哪怕是在偏远山区、环境恶劣的高原盆地，都可以传输实时精准的网络讯息。基于上述信息系统的串联，记录每一部车辆、每一条公路、每一片区域、每一天的动态行为数据，基于大数据分析计算能力进行沙盘模拟或是模型创建，在“双碳”政策的统管下，对汽车污染物排放、路面湿度、气候环境、新能源使用、公路流量承载等状况进行综合性的分析，整合全国数据并形成趋势分析及预测图表，为决策者进行全国性的布局规划，为国家进行相关的数据统计，为驾驶员发布前瞻性的信息服务，均提供了强有力的数据支撑。该信息系统还可连接各大汽车厂家、维修部门、加油站等服务设施，为其在不同地形条件下的车辆设计、保养维护等服务提供人性化的支持。

（4）组建智慧公路的大数据云端库

在信息时代下，各行各业的进步已与其行业数据资源的整合产生了牢不可破的关系，甚至可以说，掌握了数据整合能力，便会在“十四五”的开局之年掌握先机，立于先天不败之地。传统的公路交通行业自有的数据资源需及时进行优化整合，开发适于智慧公路发展的栏目，分门别类地进行计算与存储。云端数据库应建设标准统一、开放共享的基础数据中心，侧重于逻辑协同及云计算能力，适配自主国产、安全可靠的云控基础软件，将分散在各地的系统串联、数据打通，向上触及管理部门的决策服务，向下延伸至用户的终端设施，横向还可与同行业平台进行交互共享，全面提升智慧公路的营运能力。

3 智慧公路的发展趋势分析

我们国家目前的信息化建设在世界上来说，都处于领先地位，各种基于5G信息化技术的研究成功层出不穷，各行各业都在向着智慧化、信息化的方向发展。伴随着国家、部委层面相关政策的大力支持，结合国家发展日益增长的公路里程数，智慧公路的建设已经成为公路交通行业未来唯一的发展方向。相关数据显示，近几年来，河北、河南以及中西部的部分省市已经开始着手智慧公路网的规划与建设，预计到2023年，全国各省智慧公路建设投资额将达到900亿元左右，发展前景极为广阔。伴随着智慧公路政策体系的完善，市场规模还将进一步扩大，其中还包含既有道路的加固维护与升级改造。充足的行业内需将会诱发产业的急速发展，市场前景广阔，未来可期。

但需注意的是，智慧公路运载主体的无人驾驶技术，在全世界范围而言，还未全方位的研发成功并加以应用，基于智慧公路多方主体的安全考虑，无人驾驶尚不能应用于国内的智慧公路建设。抛开无人驾驶技术，可以清晰预见的是，智慧公路在我国的远景规划，可使新能源汽车、节能减碳措施落实、5G信息化技术推广、区块链大数据建设、新能源充电桩建设、人工智能、国有自主芯片研发及应用等，在新基建的推进及公路交通行业的转型升级中获得长久而深远的发展。

4 结语

我国智慧公路的建设已经呈现蒸蒸日上的趋势，未来，公路交通行业必然是智慧公路的天下，巨大的内需推动着行业整体迅猛地向前发展，牢牢把握这一时代红利，广大从业者将会目睹成功，见证历史，助力公路交通产业的腾飞，为国家“十四五”远景规划及“双碳”目标全面实现的擘画奉献自己最有力的回音。