公路智能化提升举措研究

李现实，秦玉霞

（1.山东铁路投资控股集团有限公司，山东 济南 250102；2.济南理工中等职业学校，山东 济南 250022）

引言

2019年9月，中共中央、国务院印发了《交通强国建设纲要》，提出了构建安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化综合交通体系，大力发展智慧交通，推进数据资源赋能交通发展，加速交通基础设施网、运输服务网、能源网与信息网络融合发展。智能化是走向交通强国的重要切入点和关键因素，作为实现交通强国的重要基础和支撑，智能交通在交通强国实现中具有关键性的作用。

公路的智能化改造可以提高公路管理模式的科学化，实现公路管理手段的高效化，提高管理效率。智能交通运输系统被认为是提高公路交通的可靠性、安全性的有效手段之一，通过公路的智慧化改造，及时准确地获取公路运行状态，提高公路高效管理水平，使交通管理部门实时掌握公路的真实状况，实现交通系统快捷、安全、高效的运转。

1 发展现状及存在的问题

1.1 发展现状

1.1.1 国内发展现状

随着智能交通技术发展，新技术的应用日趋广泛。云计算、大数据、移动互联等新技术在交通领域的研究和应用取得实际成效，智能交通系统的基础理论方法得到进一步的丰富和完善，在智能车路协同、大城市区域交通协同联动控制、交通状态感知与交互、车联网、综合交通枢纽智能化管控等关键技术领域取得了多项技术突破，形成了一系列技术成果。

我国进行大规模的智能交通系统建设，建立了智能信号控制系统、智能研判分析系统、智能高点视频监控系统、可视化集成指挥调度系统、一站式出行服务系统、道路货运车辆公共平台等一系列智能化平台及系统。我国智能交通管理系统集合大数据、云计算和人工智能技术，拓展新的服务和应用，大部分高速公路及多个城市已经建成了集接处警、信息采集、交通控制等功能于一体的智能化交通指挥控制中心，在城市交通中实现了交通信号自适应控制和主次干道“绿波”控制。

针对新一代交通运营控制管理理论体系以及车车交互、车路协同等前沿技术也开展了相关研究。例如国家973计划项目中的综合交通信息感知集成与多式协同诱导研究，国家863计划项目中的车车交互式协同控制系统关键技术研究、车路协同系统仿真测试与验证关键技术研究、车路协调系统交通协调控制关键技术研究等。

1.1.2 国外发展现状

美国、日本及英、法、德等发达国家将智能交通作为交通发展的重要战略方向之一，均从不同角度提出了对未来智能交通系统发展的展望和判断。发布了建设大数据的国家战略，并将数据开放共享作为大数据发展的基础战略推出；同时制定了大数据发展计划。

美国各州已经建设路网管理中心，并启动了全国性实时交通管理系统的建设工作。美国东部地区的I-95号州际高速公路形成了I-95通道联盟，实现相互学习及信息共享、信息管理、方便跨辖区和跨交通模式的部署及管理。英国、荷兰、日本等发达国家建立了国家级路网管理中心，对公路实施网络化管理并提供丰富的信息服务功能。

针对面向车路协同的公路基础设施的智能化提升，国内外都做了或正在开展大量的研究和实践，取得了显著的效果，例如在重大桥梁、隧道健康监测、边坡等重点基础设施自动监测，随着智能技术的进一步发展，公路交通基础设施智能化已开始从桥、隧节点拓展到高等级公路全线。

1.2 存在的问题

（1）由于缺乏充分沟通机制，智能交通的建设并没有形成一个体系，各个系统相互独立、分散建设，交通资源分散，数据散乱，孤立应用的问题仍然存在，信息孤岛现象较为普遍，信息化发展的集约性、体系化不够充分，基础性、通用性的软硬件资源难以共享，数据资源在部门间、区域间、层级间流动相对缓慢，互联互通、共享开放、应用深入的发展格局尚未形成。（2）智能技术的应用不够全面深入，存在多个口径的数据结构不一致，接口标准不统一等问题，多种交通感知方式缺乏融合协同，缺乏对交通事件的实时分析、预警和实时响应，缺乏对交通信息的全面融合和深度应用。

2 发展需求

随着自动驾驶等尖端技术的发展与应用，未来在车路协同环境下，交通运行会更加顺畅，拥堵得到有效改善，公众在旅途、运输过程中的舒适感、便捷感会有着质的提升，然而这些关键技术的实现仍有着基础设施层面的阻碍。山东有着规模庞大的高等级公路，但感知、监控设备的覆盖水平低，通信网、传感网及监控网远未成型，并且还存在着信息不共享、数据标准不统一、管理混乱、数据应用不够等制约高等级公路通行效率的因素，车与路的交互、共享、融合还很遥远。

为无缝衔接且安全的交通服务，建立一个可智能反馈循环的生态系统，需要将先进的信息和通信技术整合到交通基础设施和车辆中来提高交通性能，打造安全、智能、高效的基础设施，提高整个运输系统的安全性、便捷通畅性。

借助于物联网、大数据和云计算等新一代信息技术在对交通运输体系中的各种要素全面感知、泛在互联的基础上，实现系统协同运行、高效服务和可持续发展，推动提升基础设施数字化和智能化水平，全面提升基础设施品质。（1）要构建高集成度的智能路测系统，路侧系统将内置多种通信方式，提供多种传感器接口（信号机、检测器）和局部地图服务，并提供信号配时信息和周边运动目标信息服务。（2）要实现基础设施和工具全方位共享，运输市场更加开放，平台信息服务共享共用，共同遵守相同规则，充分发挥资源的最大效用。（3）推进交通运输领域大数据应用，深入开展智慧公路建设，构建全生命周期一体化的智能公路基础设施，推动管理模式向主动化、网络化、智能化发展。

3 推动公路交通智能化的举措

以科技引领，大力推动互联网技术、移动智能终端技术等现代信息技术，在公路基础设施效率提升、客运出行、货运物流、管理决策等领域的应用。逐步实现交通运输基础设施“全要素”数字化，提升基础设施感知性和智能化水平，建设与智能、绿色交通装备协同的新一代交通基础设施，增加基础设施的可靠性、安全性、经济性和保障能力。

3.1 构建行业信息化平台

以“互联网+路网”为导向，以大数据、云计算为基础，整合省、市公路系统信息资源，引入动态感知、资产管理、路网运行效能综合评估、安全提升和智能扩容等新的管理理念，构建“公路智慧管理系统”平台，逐步实现公路基础设施数字化、行业管理智慧化、公共服务精准化。并在建设公路智慧感知体系的基础上，构建基于自身及外部数据的主题及应用数据库，实现公路运行状态的动态可知可测、资产数字化管理及技术状况动态评价，在进行路网运行效能综合评估的基础上给出路网运行缺陷分析结果，在引入改善决策建议方案的基础上对建议方案进行仿真模拟，最后得出最优改善方案。

3.1.1 构建智慧养护投资和资产管理体系

以公路养护管理的科学决策模式为主线，融合公路健康实时监测技术、路况快速检测技术、公路资产养护需求分析、路面长期使用性能预测、养护资金优化分配、投资效益综合分析等技术。建设公路智慧养护投资和资产管理系统。并结合公路建设养护历史、路况检测资料，公路交通动态流量、车型指标，动态称重系统获取的轴载数据、轴载谱数据，辅助投资预算和养护科学决策，结合资金分配模型及优先级排序，优化资金分配，建立养护效果预测模型，确定养护方案，实现公路养护管理的科学化、规范化和现代化，见图1。

图1 公路养护科学决策体系

3.1.2 公路智慧管理系统

打造“一网、一图、一库、一平台”的智慧化的与其他交通方式信息共享交互的普通国省道综合管理系统，见图2。其中，“一网”是全省路网，“一图”是基于GIS的、属性与空间数据融合的、业务可视化综合应用与展现数字化地图，“一库”是统一数据交换标准、多源数据资源共享的综合数据库，“一平台”是实现资源互联互通、全部管理业务协同应用的综合业务应用平台，平台包括基于行业大数据体系下的智慧决策、路网监测、公众服务、业务监管等设施资产管理及评价、路网运行效能综合评估、效能提升决策等三大业务系统及下挂的若干业务子系统。

图2 公路智慧管理系统

3.1.3 完善路网智能管理

构建普通国省道巡维网络化智能管理系统，以移动终端设备为搭载平台，结合路面信息管理软件路况采集系统，提供数据采集、路政和养护业务的辅助处理、养护人员工作监管等功能，实现路况的及时上传、病害及时维修、养护工程质量及时上报，使公路养护信息的传递更加及时和便捷。针对交叉路口、上坡路段路面车辙发展严重的路段，安装车辙智能监控系统，定期、定时监测路面车辙发展，并根据车辙横向发展状态，输出多指标的车辙评价指标，总结车载发展规律，为车辙病害养护提供针对性的处理方案，解决车辙病害发展问题。

3.1.4 路桥隧智能监测/检测

对于特大桥梁、特长隧道、高边坡、地质灾害路段的交通运行情况，利用基于物联网技术、移动终端和人工智能技术实时采集、监测并进行联网管理，同时利用高分遥感干涉测量技术，进行周期性的数据采集，研究数据规律，开展构造物健康状态的预测预判研究。

3.1.5 公路风险智能管控

推进交通基础设施路面环境、结构健康、隧道环境、机电系统等全方位智能感知的研究，建立三维运营状态动态可视化分析系统进行风险评估，建立实时在线识别系统，进行数据解析、模态识别、损伤评估，以实现风险的实时评估和精准自主管控。

3.1.6 完善路网预警与应急指挥系统

推动监测数据分析研究、自主动态评价，基于公路基础数据评估全市路网服务能力，支撑公路规划、建设、养护、管理等决策，构建以公路技术状况、服务能力水平等监测评价数据为主导的管理决策体制，打造集收集、汇总、发布路网信息，指挥、协调、处置路网事件，跟踪、评估、分析路网运行状态于一体的综合型研究管理机构。

3.2 推进智能公路建设

3.2.1 交通大数据处理技术

深化数据融合、数据挖掘、数据可视化等技术在交通运输中的应用，通过对分析后的数据构建用户、路网和车辆的统一视图，为用户安全便捷出行和路网管理决策提供支撑，为出行者提供导航、定位、公告、引流等服务。

3.2.2 加快公路基础设施数字化发展

推进基础设施全要素数字化和全过程数字化管理，构建基础设施运行监测体系，全面提升路网调度智能管理服务水平。运用多源智能感知技术等，加强关键基础设施的智能实时监控，跨江大桥、水下长隧道实现全覆盖，一般性基础设施提高覆盖率，为基础设施在役能力保存与提升提供关键支撑。优化完善交通基础设施资源资产管理系统，提升基础设施智能管养水平，全面实现养护精细化。

3.2.3 加快建设公路地理信息数据资源库

引入三维成像激光扫描技术和数字照相技术，对普通国省道沿线基础设施数据进行采集，建立空间模型，实现基础设施可视化，并对数据进行分类和标准划分，实现数据空间分析和应用，对道路的健康和性能情况进行合理评估，对道路进行动态监测，为养护决策提供数据支撑，为普通国省道改造建设、运营和管理提供准确的数据和精准的服务。

3.2.4 建立基于物联网和数据技术的感知系统

以前端交通设施标准布设、多源监测、智能分析为重点，对人流、物流、车流、资金流、基础设施、自然环境等所有与交通相关的社会生产生活要素进行全面数字化，并对各要素的时空演化轨迹进行全链条跟踪采集，打造覆盖全对象和全时空的新一代智慧公路感知体系。

3.2.5 车路协同技术

结合未来自动驾驶、无人驾驶技术需求，构建车路协同路域基础设施网络，推动超高速无线局域网（EUHT）、移动互联网、物联网等先进技术在公路和城市道路上的应用。

综合运用信息技术、通信技术、电子控制技术、计算机技术以及智能驾驶技术等，通过在重要道路上覆盖路况传感器，构建智能汽车系统、智能道路系统、车路协同系统，改变车路分离的现状，在车路之间、车车之间建立有效的信息沟通，从而使人车路协同交互技术更完备，提高车辆与道路资源使用效率，减少交通安全事故的发生。

利用无线通信、探测传感等技术手段，获得道路交通信息和车辆运行信息，利用无线通信设备与其他车辆和道路设施通信，并对交通信息进行实时分析和处理。通过车车、车路通信的方式，将信息交互传递，通过语音警告、数据发布等形式，实现盲点警告、碰撞预警、前车紧急制动提醒、交叉口辅助驾驶、禁行提醒、车速预警等功能。达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、提高单位能耗的运输效率、缓解交通拥堵的目标，在满足交通运输需求的条件下，达到节能、环保的目的，同时也为改善公路通行效率提供了技术基础和支持条件。

开展车路协同应用示范，建立智能车路协同系统测试验证环境，研发并构建精确定位与高可靠通信、车辆-驾驶员-环境实时感知的智能车载系统、多通道交通状态信息辨识与采集的一体化智能路侧系统、高速移动状态下的可信可靠的车路/车车信息交互与控制系统、大规模跨平台开放式一体化车路协同仿真测试系统，实现关键技术与系统的仿真测试验证，建立车路协同技术框架体系，为智能交通系统产业升级提供技术保障。

3.2.6 智能基础设施建设

打造与智能交通装备协同的新一代交通基础设施，提升基础设施智能化水平，实现基础设施和载运工具数字化、网络化，运营运行智能化，构建覆盖全省、支撑智慧公路发展的高精度数字化基础地图和交通基础设施信息库。

3.2.7 提升公路安全智能化水平

提高路网监控基础，进一步完善普通国省道路网监测与应急处置平台功能，充分利用大数据，以智能化为手段，全面提高交通安全的感知、预测、研判、预警与预防能力；通过智能技术与围绕人、车、路、环境的交通安全系统对策的深度融合，自动生成交通安全智能方案，大幅提升交通安全水平。

开发多源数据的信息采集、数据挖掘、事故演化预测及预防技术，构建基于交通大数据的安全智能诊断、监测预警、情景推演、数据发布、辅助决策、智慧管控和应急保障系统平台。提升安全预防准备、安全监测、风险预警、态势研判、分析决策、应急救援处置、安全保障能力和水平，实现运行指标全天候、全领域动态管控，突发事件应急预案全覆盖。

图3 系统总体技术框架

针对不同的场景如道路交通事故多发点、养护路段及极端恶劣天气，布设安装不同的前端采集设备，通过建设车地/车车双向实时无线通信网，形成由无线通信、手机移动通信、卫星通信、光纤通信及Internet网构成的高质量、大容量、高速率的网络传输体系；构建公路安全预警云平台，面向安全及人车路协同开发五大应用及服务：行人过街自动警示系统、汇/会车提前预警系统、养护作业预警系统、恶劣天气预警系统及路况信息实时发布系统，见图3。

3.2.8 实施公路全天候通行工程

针对公路自身，通过消除公路的地质灾害点、事故盲点、矫正不合理线位等措施，提升公路自身的安全属性；利用智能化技术，针对恶劣天气及突发事故等情况，通过采用车路协同技术、与气象部门合作提前预警、智能交通诱导技术、抗凝冰技术“可变限速系统”等多种技术手段，实现公路的全天候通行。

4 结语

信息化技术对提升公路交通基础设施的智能化水平具有关键性的作用，通过信息化技术的应用可提升公路的安全性和畅通性。随着新业态的成长，需要进一步做好智能交通发展的顶层设计，调整完善或出台智能交通领域相关政策、法律，完善智能交通基础标准体系建设，制定智能交通相关标准，健全智能交通科技创新与科技人才培养制度。