高速公路智慧信息化项目的发展路径及经济性分析

徐益成

（江苏省高速公路交通运输执法总队连徐支队，江苏徐州 221000）

0 引言

为深入贯彻《关于进一步深化全省交通运输综合行政执法改革的通知》《关于印发〈“一体化+智慧执法+信用监管”交通综合执法新模式试点实施意见〉的通知》，加快推进“一体化+智慧执法+信用监管”交通综合执法新模式建设，需集中力量解决信息化建设项目在省、市所存在的重复建设、系统应用面窄、局部封闭、系统使用效率和项目新效益不高等问题，深入研究高速公路智慧信息化项目的发展路径，并就其经济性展开分析，说明打造“一体化+智慧执法+信用监管”交通综合执法新模式的必要性和现实意义。

1 高速公路智慧信息化项目发展路径

1.1 车路管理方面

1.1.1 引入运行状态研判技术

实时交通状态是对高速公路运行状态的反馈，可为智慧监管提供占有率、流量和速度等参数信息，在勾稽关系原理支持下，将实时交通运行状态划分为自由流、稳定流、拥挤流和阻塞流四种状态[1]。应用统计学理论，设计高斯模型，模拟加权叠加多个高斯模型的过程，使之呈现高斯分布状态。

在高斯模型中的各参数可用下式表示：

式（3）中：k= 1,2,…,K。因此，参数λ的大小决定高斯混合模型表达方式，可运用计算释然函数ln p(X|λ)的方法得出参数具体值，通过求解最大值，确定各成分高斯分布参数[2]。

按照图1 所示的算法图输出对应的交通状态，其中，当二维均值向量对应的占有率数据均值最小时，代表此时交通状态为自由流；均值居中时，代表准自由流；均值最大时，代表此时交通状态为拥挤流。

图1 实时交通运行状态评估算法图

借助线性回归模型，设计数据训练线性回归模型，以下表达式作为拥挤流划分的直线。

式（4）中：p表示直线在纵轴上的拮据；k表示斜率；occupancyLR和flowLR表示横纵坐标。

位于直线上方的数据均代表同步流，下方数据代表阻塞流。训练此模型后，所得出结果代表实时判定交通运行状态的结论，形成表1 所示的交通状态与γ值的对应关系。

1.1.2 建构人车路协同系统

人车路协同系统建设是当前智慧高速公路发展的重要方向，能够在充分应用人工智能、物联网、大数据、云计算和5G 技术的基础上，实现人车路以及环境动态交互的效果，可为驾驶员和交通运输管理者提供清晰和环保的交通信息，便于其实时、动态地获取车路状况[3]。人车路协同系统的研究一直是智慧高速公路建设领域的热点话题，经过多级协同技术革新后，车路通信能力稳步提升，目前已经试点运行的人车路一体化信息交互和协同控制系统，能够支持自动驾驶车辆协同决策，具备较强的快速交通决策和调度能力。经过多次升级换代，设计如图2 所示的人车路协同技术架构体系，将整个系统分成系统感知层、网络通信层、平台层和应用层。其中，系统感知层主要应用智能感知技术，此项技术涵盖道路环境采集技术、车辆位置采集技术、车辆状态采集技术等，以具备视觉感知融合和感知能力的车载摄像头、传感器等为采集装备，联合应用卫星导航系统定位技术，采集道路环境状况、车辆位置和行驶状态信息。所设计的系统感知层需配备交通指示灯和路侧RSU 设备，采集机动车与非机动车的具体行为信息，获取道路气象和交通状态，以高精度地图为载体，为驾驶员和道路管理者提供车道周边固定对象信息，为其提供可视化实时信息，便于其提前感应车辆前方动态，可有效提高驾驶和管理的智慧水平[4]。

图2 车辆协同技术架构

所设计的平台层，即云管理服务平台，能够达到虚拟化管理安全、网络、存储和主机的目标。

所设计的应用层包括综合监测、交通事故联控、危险预警与控制以及自动驾驶功能。以上几大功能的作用机制如下：

综合监测：借助车载智能传感技术和路侧传感技术，监测高速公路的路面状况、天气情况、交通事件、交通量、超限情况、实时路况路标等信息，并在物联网技术和V2V 技术的联合作用下，实现信息共享[5]。驾驶员和交通管理者依据高速公路实时状况调整驾驶行为和管制决策，辅助省交通运输厅、市交通运输局精准管控高速公路，提供精准交通气象信息，主动参与交通管控服务项目。

交通事故联控：在5G 基站和RSU 单元的支持下，将交通事故发生区域的信息传输至后台数据中心，整合平台层，精准把控事故的严重程度、具体位置，并就近调配维修人员，缩短事故处理时间。同时，联合外场控制系统，借助智能优化算法，输出预警信息，将信息发布到智能电子地图控制中心，提醒驾驶员更换路线，规避危险与拥堵，降低二次事故发生的可能性。

危险预警与控制：运用V2V、V2I 技术，及时感知路侧和车辆运行前方的限速、障碍物、道路病害等信息，并将所监测的信息实时反馈，提醒驾驶员躲避障碍物，避免出现急刹车和躲避不及的情况。运用AI技术和筛选算法，提供危险排查和排除信息，道路管理部门基于数据信息作出反应，提高管理智能化水平。

自动驾驶：此项技术的研究是现阶段国内外攻克的焦点，要想实现人车路协同，需保证自动驾驶的智能化和自动化水平，相关人员需在基础建设标准的严格限定下研究如何提高自动驾驶等级，实现3 级向4级的跨越[6]。

1.1.3 数字化还原公路要素

要想数字化还原公路要素，需要推进智慧化巡航手段，进一步推进视频监控接入，加快车辆违章检测电子卡口和AIS 基站补盲建设，实现AIS 信号全覆盖。应用视频监控系统、电子卡口和电子路上巡航，提升持续性监管场景的巡查覆盖率和数据采集时效，加快数据汇总，通过多维数据进行道路安全形势分析和智能研判，持续提升智慧巡航能力。针对公路巡查线长、量大、范围广，监管类别繁杂，桥隧、桥下空间、建筑控制区和安全保护区等重点区域巡查难度大等困难，实行电子巡查、车辆巡查、步行巡查相结合的方式，具象化显示三维信息，实现公路执法巡查效率与质量双提升[7]。

1.2 交通运输行政执法方面

信息化系统应用存在重建设轻维护的情况，技术迭代后，系统更新不及时，从相对先进到成为网络安全隐患，提高维护成本。对此，各交通公路运输与管理部门应组织开展智慧终端设备管理、大数据分析“执法大脑”、综合执法系统等软件建设，并统筹推进执法业务数据共享、分析模型、VPN 网络、视频监控和融合通信平台等省市共建任务，通过硬件集成、网络联通、软件融合等方式，全面构建全省交通运输智慧执法终端体系，支撑信息采集、视频摄录、图片抓拍、轨迹定位、无线传输、视音频通信、数据分析、信息比对、设备管理等多种基础功能，实现个人单兵装备的整体“微协同”、执法单元内多人次单兵装备的整体“小协同”、单兵指挥中心间的整体“大协同”和跨地域指挥调度的整体“区域协同”。

2 高速公路智慧信息化项目的经济性分析

在开发设计阶段就要对信息化系统进行经济性评估，包括对系统全生命周期的经济性评估，以此为依据对系统进行筛选。在大数据、智能交通管理平台等技术及应用的加持下，能够有效提高服务精度和效用，可在更短的时间内为驾驶员和交通管理者提供精准服务，并保证决策方案的高契合度和准确性。智能化技术与高速公路建设深度融合，无需投入大量研发费用，根据市场报价即可完成定额计价作业。对于部分新研发的技术与软件，需根据其服务项目和特征，投入一定的研发费用（此部分经费支出按照成本度量法规范，结合具体功能细化）。

建设期需设置气象环境、RFID、激光、毫米波、微波和视频等传感器，想要发挥以上传感器的作用，需要配备车载导航、手机终端、可变限速标志、可变信息情报板、气象检测器、高清摄像机和毫米波雷达设备，但以上设备的成本控制难度较大，现阶段主要设施与设备的造价无法大幅度压缩，使得总造价较高。不过随着技术的不断发展，智慧高速项目建设中所使用的设备与设施的造价会逐步降低，从长远角度来看，高速公路智慧信息化项目具备经济可行性。

从实际应用方面来看，智慧高速系统能为用户提供各类服务，如动态限速提示服务、拥堵提醒服务，便于驾驶员提前规划路线，提高行车效率，降低运行成本。从行政执法方面来看，人车路协同信息平台能够实现信息交互，为行政管理部门的日常交通管理工作提供支持，缩短传输危险车辆预警、不良视距预警、路面状态预警、交通事件分级诱导、交通事件预警和施工区预警信息的传输与利用时间，可有效降低安全事故发生概率，更好地保证行车安全，可有效实现社会效益与经济效益双提升。

由此可见，虽然高速公路智能信息化项目前期投资项目多为智能平台搭建，造价较高，但在市场稳定后，全局规划、上层建设、基层应用、数据安全与再开发的造价会逐渐降低，最终达到稳定，从全局角度看，其与传统系统所需资金量大体相同。

3 结语

综上所述，建设高速公路智慧信息化项目是顺应国家公路发展趋势的必然选择，设计构建智慧交通管理平台，充分利用智慧执法终端体系，配合执法软件，实现信息采集、视频摄录、图片抓拍、数据分析等基础功能，探索创新执法业务模式，用大数据为执法业务赋能，能够更有效提高执法效率。