智慧高速建设现状研究与展望

罗华松 刘志宏

摘要 智慧高速公路是智慧交通和交通强国建设的着力点和发力点，但各省对高速公路的理解和认识尚未在深层次形成统一，影响智慧高速规模化、产业化落地;应进一步深化研究，科学总结制定有利于健康发展的标准体系，推动智慧高速高质量发展。

关键词 智慧高速公路;试点建设;交通强国;数字化;感知设备

中图分类号 U495 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）03-0007-03

0 引言

智慧高速公路，是在土地资源趋近饱和的条件下，为满足日益增长的交通需求，充分利用现代技术，包括大数据、云计算、物联网、区块链、5G、C-V2X、BIM、北斗和人工智能等新技術应用，以大数据为核心，提升多源感知、融合分析、决策支持能力，实现人、车、路、环境的深度融合，实现建设、管理、养护、运营、服务全过程数字化和智能化的高速公路。

1 智慧高速公路发展背景及政策支持

近几年，在“新基建”等各种政策的推动下，我国已经对智慧高速建设的必要性形成共识，特别是为早日实现《国家综合立体交通网规划纲要》提出的“交通基础设施质量、智能化与绿色化水平居世界前列”[1]的宏伟目标，智慧高速作为交通运输行业信息化、智能化发展程度最高的领域之一，是建设交通强国的必由之路（如图1）。

2 新一代国家交通控制网和智慧公路试点建设

交通强国、新一代国家交通控制网等文件指明各地智慧高速试点工作内容，引导提升高速公路在“建、管、养、运、服”方面的智慧化能力，加快技术落地和产业生态形成。从2018年2月智慧公路试点工程正式启动，首批有北京、河北、河南、江西、吉林、浙江、江苏、福建以及广东九个智慧公路试点地区[2]，到现在全国已建/在建智慧高速达到30多条，可谓遍地开花，精彩纷呈。

重点介绍下第一批智慧高速试点工程开展情况。北京、河北依托延崇高速智慧公路试点开展，特色是“利用车路协同实现服务区换乘枢纽和奥运场地信息服务”，延崇高速北京段长33.2 km，2019年12月完成L4级自动驾驶和队列跟驰测试，河北段长81.6 km，于2021年8月建成通车;河南省新一代国家交通控制网和智慧公路试点工程特色是“物流通道交通要素数字化和综合管理”，依托全长106 km的机西高速公路，于2021年9月竣工验收;江西省新一代国家交通控制网和智慧公路示范工程是昌九高速公路，试点特色是“车路协同控制网”“大数据综合路网管理”“北斗高精度应用”，2019年7月进行无人驾驶编队形式测试，2019年9月开展北斗卫星收费测试;广东省依托南沙大桥和乐广高速公路，突出大湾区路运一体化车路协同试点特色，南沙大桥于2019年4月开通，乐广高速项目正在开展基于大数据的监管养运综合监测系统、北斗信号增强系统建设;福建省智慧高速公路示范工程，突出两个中心（综合路网指挥信息中心、综合路网大数据中心）、四大应用（综合路网运行监测应用、综合路网应急处置应用、综合路网公众服务应用、综合路网态势可视化应用），建立基于GIS、路网运行和业务大数据，形成动态、实时、立体的“一路一档”的道路交通系统;吉林省依托珲乌高速公路，正在建立基于“精准地形+影像+GIS”基础设施信息数字化管理体系，建立集高速公路建设管理、路网管控、养护监测、运行管理、服务业务于一体的管理平台;江苏省依托常州车路协同封闭测试区开展“打造智能通信网、智能道路网、绿色能源网”“基于车路协同技术集示范、测试、产业带动功能于一体的线路环境”“探讨无人驾驶综合商用模式”主题内容试点，2021年1月通过验收，是目前效益最好的试点工程;浙江省智慧高速试点工程是杭州绕城西复线高速公路，试点特色是基于阿里云的大数据路网管理，2020年底全线建成通车，开展了自有管理车辆智能终端安装工作，尝试车辆在高速运行状态下的通信可靠性研究。

3 已建成的典型智慧高速公路

3.1 浙江—杭绍台高速绍兴段

杭绍台高速公路绍兴段全长67 km，是浙江省首条智慧高速，整条高速以“1+N”建设模式，打造了“准全天候通行”“智慧隧道”“智慧服务区”“车路协同”为核心的四大特色场景[3]。打造了全息感知的智慧高速云控平台，在国内首次实现高速公路主动交通管控服务，支持准全天候通行;基于智慧隧道管控平台，为隧道提供全面感知、可靠物联、高效协同、智慧应急，保障安全运行;充分利用服务区、隧道口等现有场地，建设光伏发电系统，构建绿化能源供应体系;智能路侧融合感知多源数据与云控平台的融合，为无人驾驶车辆做好了技术层面的预留和铺垫，让高速公路在技术层面上达到具备“无人驾驶”的条件。

3.2 五峰山长江大桥南北公路接线工程

五峰山长江大桥南北公路接线全长33.0 km，以“安全保障全天候、出行服务全方位、运营维护全数字、绿色建管全寿命”为理念，打造了一条面向未来的新一代高速公路，研究成果达到国际先进水平。一是设置了10 km车道级雾天诱导试验段，在雨雪、雾天实现类似于飞机盲降的效果;二是江苏省首个准自由流收费试点项目，通过将龙门架前移到高速公路出口匝道，实现了ETC的预收费通行效率提高3倍以上;三是建成全国第一个完备的高速公路车路协同示范应用基地。四是拥有全省新建体量最大的智慧服务区——扬州广陵服务区。

3.3 京台高速泰安至枣庄段

山东京台高速泰枣段智慧高速全长189.5 km，是全国首条全线开通的“改扩建+智慧高速”交通强国试点项目。项目建成全国里程最长的开放式车路协同试验路段，实现了路侧精准感知、车道级精准管控、车流量统计、事件快速响应等服务，有效提升道路行车安全与效率，实现关键技术突破。一是通过使用雷视融合技术对路侧雷达、视频监控在时空同步下做精准匹配和数据拟合，形成完全数据时空融合的轨迹信息，解决车牌识别不清、车速车流测试不准、车辆轨迹跳变等问题;二是在毫米波雷达精调、高精度标定的基础上，通过神经网络算法、雷达天线边缘调优算法，实现全域车辆目标轨迹图像高精度连续感知跟踪，单MEC设备内目标轨迹连续保持率达到95%以上;三是面对开放路段场景复杂、项目周期短等挑战，及时总结雷视融合综合感知调优方法，尤其是高精度标定和雷达调优，保障了京台智慧高速车路协同试验段的上线进度。

4 从“十四五”规划看智慧高速公路发展

2021年是我国“十四五”开局之年，从各省发布的“十四五”规划来看，智慧高速公路建设赫然在列，各省交通强国试点工程也是建设智慧高速公路。智慧高速将向高质量发展方向迈进，将迎来规模化产业化推进、势不可挡（部分省市智慧高速公路“十四五”建设目标见表1）。

5 智慧高速公路建设面临的问题

5.1 经济效益分析问题

高速公路智慧化的经济效益分析存在一定的不确定性，目前没有公认的、统一的效益预测分析方法、模型;建设投资者和运营企业普遍关心的投资回报问题，尚无有效的解决途径，影响着智慧高速公路向规模化、产业化发展。

5.2 技术标准的制订

各省市对智慧化的内容、标准在实施中没有形成统一认识，使得不同高速公路项目智慧化建设和应用模式各不相同，所选择的智慧化产品更是多样;需要在试点建设的基础上进一步凝练、总结技术成果和经验教训，形成智慧化技术经济分析指标，制定相关技术标准，为大范围推广提供支撑。

5.3 技术成熟度差异

对于路运一体化车路协同、“互联网+”路网综合服务等试点内容，各地采用不同的技术路径以及实施效果差别不小，无明确的高速公路车路协同场景应用范例;各地智慧化关键技术研究水平、实施成熟度存在差异，给高速公路智慧化建设及推广应用带来影响。

5.4 内外协同不够

智慧高速公路需要跨行業、跨区域、跨部门的协同信息管理，行业信息数据开放程度、协作机制达不到深度融合，数据赋能未充分释放，跨界协同未足够形成，信息资源交换和共享存在缺陷，影响数据分析和协同应用的效果。

5.5 运营模式的探索

高速公路智慧化内容建设盈利模式不清晰，缺少商业化运作，运营企业缺少对智慧高速公路盈利方向的判断，阻碍产业化落地实施;需要结合用户需求，探索可推广、可持续化发展的运营模式。

5.6 信息安全防护

在数字赋能的同时，前所未有的安全风险随之而来，网络攻击对象及权益进一步扩大，网络攻击的影响力指数级暴涨;对关键基础设施信息和关键数据资源保护，具有现实的战略意义，需要主动防护、纵深防御、综合防范、确保安全。

6 对智慧高速公路发展建议

6.1 顶层设计和因地制宜

顶层设计是开展智慧高速公路建设的先决条件，是确定创新技术方案的关键环节[4];应统筹布局做好建设方向、空间布局、建设时序规划，近期应关注成熟技术的规模化、网络化应用，远期应跟踪前沿科技布置试点研究，并做好对接和预留;要注重实效、因地制宜，结合特定区域、特定阶段、特定需求来开展高速公路智慧化建设;新的应用场景应实现连续覆盖，形成规模化，扩大交通运输网络效应。

6.2 统一认识和深化研究

混合交通现象会长期存在，应研究人工驾驶和自动驾驶混行情况下的技术安全问题，自主驾驶与车路协同式自动驾驶方案的技术融合路径，研究原有公路叠加智慧化设备后新增资产的投资回收问题，研究新的运行方式给各方（设备、网络、车、路方等）带来的责任划分问题。

6.3 科学总结和制定标准

对已开展的智慧高速公路试点工程进行科学评估，总结经验，研究制定智慧高速公路建设指南，分类制定关键性、基础性标准，及时将试点成果转化为标准;坚持标准与技术发展、用户需求相结合，标准与质量提升相结合，国家标准与行业标准、企业标准相结合，建立有利于智慧公路健康发展的标准体系。

6.4 创新驱动和安全问题

智慧高速集成人工智能、大数据、物联网、云计算等多项新技术，具有学科交叉、产业协同、升级迭代迅速、牵动面广等突出特征，必须走集成创新、协同验证之路[5];新的技术应用带来前所未有的安全风险，一旦发生重大安全风险事故，将阻碍应用进程;在智慧高速公路建设中，应严格贯彻总体国家安全观，推动网络安全设施与智慧交通同步实施，做好网络安全防护。

7 结束语

智慧高速公路是智慧交通和交通强国建设的着力点和发力点，“十四五”时期必将是智慧高速蓬勃发展的黄金时期。目前，智慧高速发展如火如荼，智慧高速试点遍地生花，但从整体路网成效来看，对高速公路的理解和认识尚未在深层次形成统一，关键技术有待突破，商业模式未建构等问题;应进一步深化研究，遵循需求引导、问题引导，进一步突破智慧高速关键技术，探索成功可行的商业模式，注重实效因地制宜，科学总结制定有利于智慧公路健康发展的标准体系，推动智慧高速规模化、产业化落地。

参考文献

[1]国务院.国家综合立体交通网规划纲要[Z].2021年2月.

[2]交通运输部.交规划函〔2019〕859号.《关于开展交通强国建设试点工作的通知》[Z].2019年11月22日.

[3]中关村智能网联研究汇.2020年全国12省市智慧高速示范项目.2020.09.19.

[4]张纪升，李斌，王笑京，等.智慧高速公路架构与发展路径设计[J].公路交通科技，2018（1）：88-94.

[5]高晓波，丛侃.智慧高速公路建设研究探析[J].公路，2021（7）：209-213.