传统集成商在智慧城市大潮中发展转型的思考及做法——论智慧交通（物联网）在传统高速公路运维中的应用

文/北京瑞拓电子技术发展有限公司 贾冶

传统集成商在智慧城市大潮中发展转型的思考及做法
——论智慧交通（物联网）在传统高速公路运维中的应用

文/北京瑞拓电子技术发展有限公司 贾冶

一、 总 论

智慧交通是智慧城市的重要组成部分，本文结合笔者工作实际案例，探讨了智慧交通在解决高速公路的几个主要运维难点的上的可行性分析以及解决方案描述。文章首先介绍国内高速公路运维现状，指出本文主要需要解决的问题是，如何解决中交系统公路运营中遇到的管理、资金、调度和长期发展等种种问题，其中重点和难点是：

1）如何依托智慧交通，建立和完善可靠的高速公路管理和运营方式；

2）如何解决智慧交通和高速公路管理层面结合的问题；

3）如何解决智慧交通单纯投入，难以收益的问题；

4）如何解决大规模投资和微小收益之间的匹配问题。

智慧交通是新概念，底层设计主要依托于物联网技术。本文在对相关技术及发展趋势进行了初步分析和描述之后，就其在高速公路管理中的应用进行了深入的可行性分析并给出了整体解决方案。这对智慧交通应用于高速公路运维管理进行研究有理论和实践意义。笔者结合某高速路段（全长约110km，企业BOT模式建设并代管运营）的管理进行了详细分析和规划，提出了可行的物联网智慧高速示范路段的落地方案，对物联网高速公路应用的现状和前景进行分析和展望，指出智慧交通在国民经济中将要起到的巨大促进作用及深远影响。

本研究最终希望达成的目标是：

1）依托集团的资源优势，建设面向高速公路的骨干物联网；

2）通过与沿线城市物联网互联互通，逐步建立一个覆盖一个省份、若干个省份甚至全国的智慧公路网；

3）构建跨区域、跨省市的智慧交通网络；

4）组建大型国有集团企业层面的物联网投资运营公司，负责某一省全省境内高速公路网的规划、投融资和建设管理；

5）与某一省高速公路管理局共同组建高速公路收费清分中心，负责全省境内高速公路路网的车辆通行费用的清分、骨干物流信息平台的商业运营、物联网通用平台的运维、高速移动网络的商业运作的管理及开展其他增值服务。

二、高速公路运维管理概述

我国高速公路建设概况：

我国高速公路建设自1988年起步，在全国范围内已基本形成了“首都连接省会、省会彼此相通、连接主要地市、服务全国城乡”的高速公路网络。高速公路总里程已经跃居世界第二，仅次于美国的10万公里，但在高速公路的建设质量、管理水平、信息化建设以及运营效率上，还与美国存在很大的差距。

美国高速公路系统以其在美国公路中不到1.4%的里程承担了70%以上的交通车流量，约三分之一的全国公路运输任务。我国高速公路占公路总里程的2.07%。只完成了全社会公路营业性货物周转量38.54%、全社会公路营业性旅客周转量33.00%的运输任务。相对而言，我国的高速公路整体运行状况良好，但还远未达到同等规模发达国家水平

三、高速公路运维管理难点

高速公路管理粗放，通行效率低下。高速公路管理部门大多采用人力管理模式，采用传统的管理结构和管理手段，部门间沟通困难，指令下达缓慢，人员素质参差不齐，经常出现人为错误和人情错误，由此造成的财物损失和效率损失往往难以估算，但累加起来损失巨大。

高速公路服务功能简单。目前高速公路除了交通通行，道路维护，加油和简单休息区服务外，基本无法提供其他商业服务和增值服务。

应急处理能力差。由于缺少可靠的信息手段，大部分高速公路应急处理能力较差，只能依靠报警电话等原始手段进行应急启动。

高速公路收费管理落后。绝大多数路段采用人工计费方式，这种原始的计费方式在耗费了了大量人力物力之后，仍然普遍产生10%以上的现金误差（根据现场设备记录进行分析后的结果），这一误差造成的高速公路收费清分损失十分巨大，而且无法杜绝“人情”误差和违章逃费情况。

养护管理模式落后。目前，多数高速公路管理处路段养护依靠的的是定期巡检模式，一般100km左右路段，一次完整巡检要耗时近半个月，之后制定相应的修理方案和措施并进行维修，再进行复查，效率十分低下。

四、高速公路运维管理应对策略

交通运输存在的诸多问题，极大地制约了我国经济的发展。发展以物联网为基础的智慧交通可以有效地利用现有的交通资源，使其利用率最大化。发展以物联网为基础的智慧交通至少可以有如下优点：

1）智慧路网的建设将从缓解交通拥挤、减少交通事故、降低交通环境影响及提高生产效率等方面产生可观的社会效益和经济效益。

2）智慧路网能提高交通管理水平，为人们提供全方位的综合服务。

3）智慧路网能够提高道路使用效率，使现有道路的通行能力提高两至三倍，行车时间缩短35%～50%，交通堵塞减少约60%；

4）智慧路网能够大大提高安全性，预防和避免交通事故，可使每年因交通事故造成的死亡人数下降30%～70%；

5）智慧路网能够降低尾气排放约30%。

（以上数据摘取自笔者所在单位委托专业调查机构调查编写的《2011-2015年中国智能交通行业深度调研与投资战略规划分析报告》）

公路方面我国已基本完成了国家高速公路路网建设，构成了由中心城市向外放射以及横连东西、纵贯南北的公路交通大通道，高速公路通车里程已接近10万km。为建设覆盖全国的面向高速公路的物联网提供了基本的物质和技术保障，为建设智慧交通奠定了坚实的基础。

五、智慧交通瓶颈难突破

智慧交通属于新兴产业范畴，相关技术和标准都未成熟，可借鉴的成功案例也是少之又少。对于智慧路网工程，势必会遇到大量技术问题和开发难题。而对于笔者所在的企业来讲，是不大可能具备上规模，够水平的大型技术研发队伍进行技术攻关的。那么，我们就需要借助上下游企业和机构的力量与技术进行整合。在这一过程中，企业往往由于行业壁垒和科研能力限制，无法正确引导技术研发方向和控制成果，为解决这一困难，笔者建议企业同行业顶尖科研（学院和科研机构）机构形成战略合作，借助科研机构力量推进科技创新和技术难题攻关，借助学术机构或学院的技术力量，推动智慧交通研发及示范应用的国家级公共技术平台的建设；充分发挥合作双方在科技创新方面的特色和优势，加强在智能交通技术领域的合作与交流，探索研究所与企业的合作模式，建立长期稳定的合作机制，积极推进全方位深层次的全面合作。

六、智慧交通应用于高速公路运维管理的方案设计

基于传感器网络采集的交通信息，以物联网的公共信息应用管理平台为基础，逐步建立以交通为核心的全方位的综合应用系统，构建智慧路网。

1.建立车辆通行费用清分中心

采用GPS技术或RFID技术，实时采集车辆的位置、方向、速度等信息，依托通用平台，对采集的数据进行分析、统计和挖掘，对车辆逐一进行全路径识别和轨迹跟踪，实现车辆通行费的精准清分。

2.建立物流信息平台

依托集团的高速公路路网资源，建立物理层面的区域存储中心，构建开放物流信息平台，并逐步与马云的菜鸟计划搭接，成为菜鸟计划的区域延伸，为电商企业、物流公司、仓储企业、第三方物流服务商和供应链服务商提供标准、仓储、干线运输等社会资源可自由接入的平台。

3.建立交通管理系统（ATMS）

交通管理系统（ATMS）系统通过传感器网络，采集高速公路路网交通信息、基础设施信息、环境和地质状态信息、车辆和司机信息，为高速公路管理部门提供科学的交通管理手段，改善路网运行状况，提高管理效率，提高道路的有效利用率和交通流量，减少交通拥挤、避免交通事故，提高应急处理能力；为交警及公安部门提供车辆、司机、疑犯信息，为人们创造一个安全、快捷的出行环境。

1）交通管理系统（ATMS）传感器网络采集的信息：

路网交通信息：路网的交通流量信息、交通事故信息、车辆违章信息、车辆载重信息；

基础设施信息：道路、隧道、桥梁运营状态信息、机电设备状态信息、报警信息；

环境和地质状态信息：高速公路沿线的气象信息、路面状态信息、周边地质状态信息、大气环境信息；

车辆和司机信息：通过与交警部门的城市车辆信息管理系统建立通信接口，实时掌握了解通行在高速公路上车辆和司机的信息；

2）交通管理系统（ATMS）的管理功能

动态掌控路网的交通、事故信息，实施科学的交通管理、交通预测、动态交通分配、事故管理，实现交通的有效监管，尽量避免交通阻塞，有效提高路网的通行能力，有效提高应急处理能力；

建立交通违章监管系统：车辆违章、车辆超载、车辆异常行为监管，车牌自动识别；

建立基础设施预警系统，对道路、桥梁、隧道等基础设施进行实时、动态的监控，为交通管理提供决策依据，为车辆出行提供安全的环境，为基础设施建立养护、运维管理体系；

建立机电设备的远程监控系统；

对人员、动物翻越行为进行远程监控；

建立环境和地质状态预警体系，实时监控高速公路沿线的气象、路面结冰、路面遗洒、周边地质状态、大气环境等信息，为车辆出行提供相关信息，为排放测试和污染防治决策依据，为应急处理提供应急预案和专家决策支持；

根据采集的车辆超重、超速信息，对违规车辆进行监控、处罚、管理；

建立路警联动体系，协助公安部门查询公安移动性数据（身份证、犯罪档案等），缉查涉案在逃疑犯和车辆；

建立路警联动体系，协助交警部门查询移动性数据（车辆、司机档案等），建立黑名单数据库，并建立数据更新维护机制，实现全路联网，完善黑名单车辆布控、缉查处理机制；

勤务督导，对警务车辆路面执勤进行实时跟踪、监控。

4）建立交通信息服务系统（ATIS）

交通信息服务系统（ATIS）系统通过传感器网络采集的信息，通过与卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）建立通信接口，为出行人员提供各种静态和动态的路网交通信息、静态和动态的交通导航信息、交通诱导信息、电子地图、沿线旅游、商业、医院、警务信息；通过公路沿线覆盖的无线网络，为出行人员提供上网服务。

交通信息服务系统（ATIS）系统实时向出行者提供出行相关信息，使出行者从出发前、途中直至到达目的地的整个出行过程，随时获得有关道路状况、交通状况、所需时间、最佳路线、所需费用等信息，指导选择合适的交通方式和路径，以最高的效率和最佳的方式完成出行过程，并满足人们对交通多样性的服务需求。

交通信息服务系统（ATIS）的组成：包含交通信息发布系统、交通地理信息系统、车载路径诱导及导航系统、服务区服务系统。

交通信息发布服务系统（ATIS）的信息发布媒体包含：LED显示屏、LCD显示屏、可变限速标志、可变信息标志牌、出入口匝道信号灯、调频广播台、短信发布、公共信息电话查询、车载终端、手持终端、路侧通信设备、电子图文、Internet等展示媒体。

服务区提供餐饮、休息、娱乐、上网、电话通讯、旅游信息、交通信息、气象信息、个性化信息、停车、加油、车辆维修等服务，减轻疲劳，减少事故，丰富人们精神生活。

依托信息发布媒体可开展广告业务。

5）建立高速移动无线网络（WiFi）

建立覆盖高速公路全线的高速移动网络，一方面为物联网传输层提供可靠的、独立于三大运营商的传输通道，另一方面为司乘人员及沿线居民提供无线网络服务。高速移动网络是有别与3G 和4G网络的真正支持高速移动的网络，能保证网络的高速和流畅。

智慧路网建设自己的门户网站，结合交通信息服务系统（ATIS），为司乘人员及沿线居民提供各种静态和动态的路网交通信息、静态和动态的交通导航信息、交通诱导信息、电子地图、沿线旅游、商业、医院、警务信息。

无线网络通过运营商接入骨干Internet网，用户在无线网络覆盖区域首先登陆的是门户网站，也可高速浏览其他网页和网站。门户网站可提供广告业务。

6）建立商用车辆运营管理系统（CVO）

商用车辆运营管理系统（CVO）依托覆盖港口和高速公路的物联网，提供车辆跟踪、调度（银行运钞车、邮政运输车、化学物品运输车、集团车辆、物流车辆、旅行社车辆、长途客运车辆）服务，实现对“两客一危”车辆（长途客车、客运包车和危险货物运输车）和重点营运货车动态监控，提高商业车辆的运营效率、安全性，使运输企业的效益最大化。

商用车辆运营管理系统（CVO）可对重点车辆、运送重要货物或危险物品车辆的行驶线路、行驶速度等方面实行移动监控跟踪；对重要物资运输路径和运输过程中数量的变化等信息进行监控。

7）建立紧急事件快速反应系统（EMS）

紧急事件快速反应系统（EMS）以交通管理系统（ATMS）、交通信息服务系统（ATIS）及城市应急机构为基础，利用ATMS、ATIS使交通监控中心和城市应急指挥中心联成有机的整体，为道路使用者提供交通事故现场救护、排除事故车辆、车辆故障现场紧急处置及拖车、地质灾害救援等服务。

紧急事件快速反应系统（EMS）可有效提高对突发事件的发现、报告、反应和救援能力，改善紧急情况下各种救援资源，包括警力资源的配置。该系统包含事故紧急处理与救援系统、紧急通告与警力指挥系统、应急车辆管理系统。

8）建立汽车移动物联网（车联网）

随着物联网应用的不断深入，适时发展车联网。利用车载电子、标准信源、传感网络等技术进行车辆信息采集，利用RFID、专用短程通信（DSRC）、广域无线通信等技术进行车辆信息互联，基于物联网公共信息应用管理平台完成对车辆的静态、动态信息的整理、统计、分析、深度挖掘和综合应用，为车辆、人员提供包括车辆识别、车辆运行状态监管、交通预测、实时路况、事故规避、监测调控、道路障碍自动识别、车辆防盗等全方位的综合服务。

七、智慧路网的社会效益

1.物流服务增值

通过提供路网车辆信息和物流信息，建立中交系统的高速公路物流平台，整合全省乃至全国路网信息进行统一调配和货物配送优化，形成物流行业竞争力。

2.物流征地

通过同政府合作，争取政府土地融资，在已有线路沿途占领物流仓储阵地，扩大物流业务规模和竞争力，进一步形成既不地区乃至行业的垄断地位

3.技术先导

通过率先搭建智慧路网运营模型，引导并参与行业标准制定，整合物联网上下游行业资源，确立中交的物联网行业地位，争取更多国家政策倾向和资金支持，并引导集团进一步向物联网运营商方向转变。

4.提升管理水平

提升高速公路运营效率和管理水平，大幅度降低道路运营人工成本，形成路网规模后可实现高速公路无卡口管理，并大幅提升高速公路运输效率，减少安全事故。

5.建设农村宽带网络

为中国广大农村人口提供宽带服务，开展智能农业，提升中国农民整体素质和农业发展的技术平台。

八、生命安全保障

“团雾吃人”一再上演，高速公路团雾的应对，涉及高速公路应急管理的多个公安、交通、道路运营、气象、环保等多个部门不能形成管理的合力，无法有效整合资源和团雾预警信息，无法及时有效地捕捉和共享信息。

对于国内高速公路来讲，目前为止并没有任何一条公路达到真正意义上的物联网级别智能交通。现如今我们并不是要做一个一步到位的完美的物联网解决方案，所有具有划时代意义的成功都是踏着前人的足迹走过来的。现在国内需要的就是能真正踏出智慧路网第一步的可运营、可实施项目，甚至成为国内智慧路网的标准。

九、结论

中国物联网市场蓄势多年，很快将蓬勃发展。经历2011～2015年快速增长，中国物联网建设已经上升为国家意志，政策和资源的大力支持已成定式，物联网领域必将成就几个如中国移动、中国联通般实力雄厚、收益巨大的运营型企业。

智慧路网是一个体量极为庞大和复杂的系统工程，推广起来困难重重。在之前几年互联网应用刚刚起步时期，有很多专家和单位提出智慧交通概念，但由于跨行业、跨区域、跨部门以及微妙的利益分成因素，公路路网的智能化进程一直进展缓慢。本文探讨的智慧路网建设，依托于作者所在单位的行业地位和实际需求，提出了由局部示范推广至全省、乃至全国路网的物联网建设方案，文中笔者就该方案的事实背景和可行性进行了简单的分析和描述，并结合某一路段的建设规划方案实际案例，提出了智慧路网的建设方式和盈利模式，为智慧路网示范工程建设及推广提出了新的思路。