数字时代全球智慧高速公路发展趋势及建设思考

张鹏、罗如意、欧阳诗杰

（湖北交投科技发展有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引言

基于数字技术的快速发展，高速公路的数字化、智慧化建设进程不断加快，在为社会公众提供良好出行服务的基础上，进一步推进了高速公路的发展。为加强智慧高速公路建设，实现高速公路的高质量、可持续发展，文章分析智慧高速公路的来源与内涵，同时，对世界各国智慧公路发展状况进行详细介绍，并对其发展方向进行探讨，以期为我国高速公路智慧化发展提供指导和参考价值。

1 智慧高速公路的来源与内涵

自2008 年美国IBM 公司首次提出“智慧地球”的概念以来，“智慧”的概念逐步被世界各国所认可和普及。我国交通运输部也将智慧高速公路确定为智慧交通的重要组成部分[1]。目前，我国对于智慧高速公路的认识存在不同程度的差异，智慧高速公路通过“智能思维+先进技术手段+协同运作机制+创新模式”来提高高速公路管理和服务水平。具体来说，就是利用云计算、物联网、移动互联网、大数据、人工智能等新一代信息技术，并将互联网思想融入其中，建立以数据为中心的高速公路协同管控与创新服务体系，从而达到高速公路管理科学化、运行高效化、服务质量化的目的，推动高速公路行业健康、可持续发展。在科技进步的今天，人们对道路认知水平的提高，必将为道路交通智慧化提供新理念、新技术、新模式、新机制，使道路交通变得越来越智慧化。

2 全球智慧高速公路的发展形势

目前，世界各国根据新兴技术发展趋势，着力探索与完善智慧高速公路发展路径，通过该项目研究，可望解决多感知信息融合、智能主动管控、车路协同、长寿命路面新材料等关键科学问题，为我国高速公路交通领域汽车电子控制技术发展提供理论依据和技术支撑[2]。

目前，全球智慧高速公路发展进程不同，各有侧重，具体情况如表1 所示。

表1 全球智慧高速公路发展情况

3 全球智慧高速公路发展趋势

“全要素感知、主动式精细管控、伴随式个性服务、新技术集成、多主体创新协同模式”——“智慧公路”已在全球范围内形成基本概念，且正加速走向完善。新技术、新经济、新基建加速步入快车道，这是今后智慧高速公路进入规模化建设阶段的必经之路：从初级自动化1.0，到注重信息化的智慧高速2.0，再到智能高速3.0，见表2。

表2 智慧高速公路发展趋势

3.1 由单一的数据采集转向全时空智能感知

目前，各高速公路分合流区、关键桥梁等部分点位，已具备较为完整的基础设施监测及交通运行体系，但存在设备功能单一、覆盖区域不足、信息融合不够等问题。在人、车、路、环境等多要素智能分析等方面尚存在不足[3]。未来的实践发展需要借助以5G 为核心的高速公路通信网络系统，科学布设高清监控、北斗定位、专用传感器等多类型监测设备等手段，以多源感知耦合为基础，构建全要素、全时空感知系统；以新型通信网络架构为基础，促进相关信息服务和实时交通管理等领域的迅速发展，以达到高品质信息收集和高可靠传输目的。

3.2 由事后被动处置向智能主动防控演变

传统高速公路运行环境相对封闭，信息传递、数据采集相对滞后。而通过对动静态运行数据分析，能够科学、宏观地预测运行状况，并准确预测关键匝道、瓶颈路段、主流量通道等，进而全面改善动态匝道控制、路肩控制、车道控制、费率调整等，提升高速公路通行和应急处置能力，这也是智慧高速公路的发展趋势。

3.3 由程序化无差别推送向智慧化个性服务转变

当前，我国高速公路上的道路导航以静止道路标志为主，无法实现道路信息无差别推送，无法满足当前快速道路环境下的道路导航需求，如实时推送前方道路事故信息，积极提供车道及出行方案[4]。通过5G遥控、北斗高精度定位和知识图谱等技术，实现出行前—出行中—出行后全过程精准引导。建立旅客出行行为、出行路径等个人出行特性模型，满足旅客出行动态路径规划、安全行车风险预警等智慧化、个性化的出行体验。

3.4 由传统机电向人性、智能模式探索

以收费、通信和监控为主要功能的电子机械系统，在以往信息化道路上扮演着举足轻重的角色。然而，随着全球新一轮科技革命和产业变革的加速发展，更复杂、智能的运行控制，更精准、可靠的多元服务等成为高速公路亟待解决的问题。先进的技术在高速公路智慧化建设中迅速推进，包括融合感知、自动驾驶、车路协同等[5]，这将大幅度提升高速公路通行能力与安全水平，并进一步延伸高速公路管理及服务内涵。逐渐成熟的无人驾驶技术，在相对封闭的高速公路通行中，成功展示了干线物流运输、编队驾驶等应用场景，给高速通行带来巨大便利，并促进路侧融合感知、C-V2X、边缘计算及云控平台等车路协同设备设施的推广与应用[6]，引领以无人驾驶车辆为载体的未来出行模式探索。

3.5 多方协同共同打造智慧高速公路

要想建设出符合人性化出行的智慧高速公路，应满足交通出行者、交通管理者、道路运营方等多方的需求，要把各方用户的需求结合在一起，集中一切力量，形成产业联盟，加速相关技术研发与应用的推广与实施。在智慧高速公路车路协调发展中，不仅需要部署路侧智能设备，还需要在运输企业车辆、出行公众车辆等安装智能设备，做到跨地区无缝对接，实现不同运营单位的服务信息跨路段的连续服务，最终提升高速公路出行的出行品质和效率。

4 智慧高速公路建设策略

随着交通运输业的快速发展，全国高速公路上的一网收费、云视频引领预示着一网协同趋势日渐明显。下一步应从顶层设计、技术突破、生态培育、标准支撑、模式创新等方面，推动行业研发建设、生态共建，系统性推进智慧高速公路建设，以及完成数字互联，支持信息协作，支持智慧分析，支持决策协作，新旧共融支撑设施协作，实现高速公路全业务环节的智慧化立体式转型升级。

4.1 着眼顶层设计，科学制定智慧高速公路整体规划

该项目以我国高速路网为研究对象，从我国高速公路路网交通运营规律、地域特征、发展需要等方面出发，依据我国高速公路路网新模式与新技术赋能、提升质量与效能的内在机理，确立其核心功能体系、实施时序与建设优先级，并结合“传动—机电”交叉融合，对各阶段发展方向进行科学规划，形成功能性拓展体系框架。

4.2 筑牢技术支撑，突破智慧高速公路核心技术

围绕“虚拟并行系统构建”“智能决策与主动控制”和“个性化精准引导”三大关键技术，分层次对高速道路进行深入研究，包括：高速道路动态监测与态势推演、“线网协同”匝道控制、“在线仿真”应急救援、“车路协同”异常驾驶行为识别等[7]。加强对基础理论、软件系统、硬件设备等关键环节的技术研究及应用，不断探索完善智慧高速公路虚拟平行系统构建、智能决策及主动控制、个性化精准诱导等核心功能，为加快我国智能高速发展和应用奠定基础。

4.3 优化产业生态，完善智慧高速公路试点示范

然而，智慧道路建设缺乏回溯性，使其应用体系和设备在技术成熟度和运行可靠性上还有待验证。遂在推进智慧高速运行中，应依托智慧高速公路建设总体规划，结合高速公路运行特点，选择问题较多的区域作为智慧高速公路的试点，对其技术效果和可靠性进行检验，然后逐步大规模推广。

4.4 支持协同共建，高标准定制智慧高速公路标准

以智慧高速公路总体功能框架、技术路线、产品性能等关键要素为基础，展开深入研究，构建一系列包含高速公路全息感知、智能决策、综合服务等核心环节的完备功能体系，明确多源感知体系的前端设备布设原则、应用系统功能、主动管控策略、车路协同设备性能及安装、数据格式及接口等标准需求[9]，从而科学制订智慧高速公路标准规范，推动智慧高速公路快速复制和推广。

4.5 推进集约建设，探索全新建设运营模式

优质建设与运作智慧高速公路，其关键在于精准化，功能体系可持续扩展，以及“绿色”与“效率”。智慧高速公路的建设不仅对信息化要求高，还对体系架构和尖端技术的要求高[10]。在已建成的高速公路上，制订智能应用系统配建方案，推进公路和信息基础设施同步规划、同步设计和同步建设，并提前进行空间布局，是推进智慧高速公路发展的关键。对操作模式进行创新，引导市场主体进行角色转变，并促进信息化系统建设运营集成，确保已有设备的高效使用，使新设备与已有设备之间相互协调。此外，细化行业的分工及角色，着重培育智慧高速公路运维领域的专业咨询机构，为建设智慧高速公路行业产业链闭环，提供有力支撑。

5 结语

综上所述，智慧高速公路是高速公路建设发展的重要方向，尤其是在数字时代，高速公路的智慧化建设应贯穿整个高速公路系统。为全面推进高速公路的智慧化建设，为公众提供良好的公路服务，并驱动高速公路建设的高质量发展，工作人员应在明确智慧高速公路内涵的基础上，分析高速公路智慧化建设趋势，并把握数字化技术发展方向，探索多维、全面的智慧化建设路径。