物联网技术在智慧高速公路建设中的应用研究

2023-06-06马亚栋

交通建设与管理 2023年5期

关键词：车路联网高速公路

马亚栋

（山东通维信息工程有限公司，山东济南 250102）

0 引言

《公路“十四五”发展规划》中提出“建设智慧公路。推动建筑信息模型、路网感知网络与公路基础设施同步规划建设，加快公路基础设施数字化改造，推进公路基础设施全要素、全周期数字化转型发展，加强重点基础设施关键信息的主动安全预警。”

目前，很多省份都已经发布了数字交通“十四五”发展规划，结合自身的实际情况，提出了数字交通的发展目标、主要任务以及重点工程等。在此背景下，加强物联网技术应用研究，助力智慧公路建设有着重要意义。

1 智慧高速公路建设现状及问题

如以智慧高速公路建设来衡量，当前高速公路工程多多少少存在着以下问题：（1）感知设施不足，配置的监测设备智能化和自动化功能不完善，无法满足日常维护监测需求。（2）联网困难。随着公路建设里程的不断增加，高速公路网规模不断扩大，省（市区）之间、路段之间难以实现实时互联。（3）服务设施水平不高，使得管理维护的难度增大，也增加了管理维护成本。（4）公路环境多变，难以及时通知其他行驶者，做好提前预警。

智慧高速公路解决方案旨在利用物联网技术实施干预，为人们提供更好的上路体验，并且减少高速公路的日常维护成本，降低高速安全事故的发生。

2 智慧高速公路建设中物联网技术的具体应用

2.1 智能交通诱导系统

从智慧高速公路的建设分析，交通诱导系统是重要的组成部分，具有一定代表性。基于物联网技术的智能交通诱导系统，主要是利用基础信息平台，采集相关信息，包括高速公路状态和环境状况以及天气条件等，自动检测高速公路运行状况，并通过分析，进一步发挥积极作用。

应用物联网技术构建的智能交通诱导系统能够显著提高高速公路运行状态的检测效率，还可以进行信息的综合化分析，明确相应路段的交通运行情况，分析交通流特点。结合事前编制的应急处理方案和措施，采取应对和管理措施。在技术应用方面，可显著提高车辆引导的水平，增强交通诱导的效果。

2.2 智能救援服务系统

在高速公路运行管理方面，救援服务十分重要。如果遇到交通事故或者特殊情况，需要救援人员立即到达现场，做好协调处理。但由于天气、环境、事故造成的道路不畅等问题，特殊情况下，救援人员难以立即到达。

采用物联网技术构建智能救援服务系统可立即确定交通事故或突发情况相关信息，包括位置信息和待救援人员信息等，结合交通控制系统和应急保障系统等系统平台，能够为现场救援提供相应的数据支持与交通协调服务，助力及时有效处理应急事件，全面提高高速公路管理水平。采用信息化技术辅助救援工作，更可提高运营管理效率，减少伤亡人数，促进智慧公路发展。在智慧公路建设时，须结合服务的实际需求积极引入现代化技术手段，对救援服务系统进行改造与升级，全面提高服务水平。

2.3 车辆识别和车辆监控系统

在智慧高速运营管理方面，需提供车辆识别与识别监控技术的支持。采用物联网技术可实现智能化识别和监控，助力运营管理的高效化开展，提供多样化数据支持。利用车辆识别系统，能够助力收费站的高效率运行，妥善解决收费管理难题。借助各类传感器，实现车辆信息的采集和分析，准确识别行驶的车辆和停靠车辆信息，服务于安全管理。将车辆情况与车牌信息有效联系，能够增强智慧高速公路运行管理的效果。构建多功能车辆识别和监控系统，进而助力车辆全面安全监督和管理，确保交通系统的运行安全，助力交通事业健康发展。

2.4 智能电子不停车收费系统

高速运营管理中采用的电子不停车收费技术（ETC）已经相对成熟。实际应用中，利用物联网技术形成路测天线和车载电子标签之间的短程通信渠道，能够支持驾驶员不停车完成缴费。基于物联网的ETC 系统可进行车辆信息的高效率收集和传输，通过读取车辆电子标签可以实现车辆数据信息的实时化传递。此外，利用收费站管理系统将采集的数据信息进行分析，还可以实现收费和图像处理等功能。

2.5 智慧调度管理系统

从高速公路建设实际分析，物联网技术的应用较为广泛。其中，智慧调度管理系统的应用可以助力高速公路调度运行。

传统的调度管理工作主要依赖于人工，而基于物联网技术的智慧调度系统可解决突发事件难以处理和常规事件应对效率低等问题。采用物联网技术实现数据信息的采集、处理和存储可实现各类运行情况的精准识别，也可以结合应急预案完成即时处理，提高问题的处理效率。

2.6 其他应用

随着智慧高速公路的发展以及人们的多样化需求，物联网技术的应用将会更加广泛，能够推出很多特色服务，具体内容如下。

2.6.1 多功能智慧路灯

智慧路灯系统主要由智慧路灯管理平台、服务器、手机终端组成，通过联网实现多项功能。

基于智慧高速建设目标，采用物联网技术建设多功能智慧路灯，可实现根据环境光照强度调节路灯亮度，比传统路灯更加节能减排。同时，可通过传感器进行气象环境监测，提供一定区域范围内的环境变化参数，使行驶者可以更准确地获取行驶环境变化信息。

面向新能源车主，还可以提供快速充电服务。当新能源汽车电量不足以到达服务区充电时，可以通过多功能智慧路灯在指定区域进行临时快充。

面对复杂的高速公路事故，如果遇到安全事故无法使用通讯工具进行求助，那么可以利用智慧路灯的一键报警功能，结合利用摄像头远程报警，提醒工作人员盘查和援助。

2.6.2 绿化自动灌溉

高速公路面积大，且环境比较复杂，双向行驶公路间通常会设置绿化带实现分割防护。日常维护也面临一定的挑战。基于物联网技术，通过配置土壤水分传感器装置，可以实现土壤信息采集，根据含水量信息判断是否需要进行灌溉。使用联动喷淋设备，可以实现全自动化灌溉维护，减少人工参与。

在实际应用中，可通过如下步骤实现自动灌溉：土壤水分传感器监测到水分数据后，将数据主动上传，云平台收到数据信息后进行分析判断，将低于水量标准的区域信号发送，中控系统收到云平台指令之后，控制灌溉设备灌溉。

2.6.3 边坡预警

高速公路的行驶环境通常比较复杂，部分路段处于不同环境条件，如所在地发生地质灾害，在高速公路上行驶的车辆及人员就可能面临危险。对高速公路两侧山坡和桥梁以及隧道等，可通过构建地质灾害监测预警系统，进行预警信息的分析，判断滑坡体所处状态和预警级别。同时构建灾害联动机制，对事故进行紧急救助处理。

2.6.4 智慧公厕

高速公路服务区可以为出行人员提供便捷服务，遇到假期时出行人数激增时，人们对公厕的需求增加，需要解决公厕内部清洁和减少公厕外排队等候等问题。

利用智慧公厕环境监测系统，可以实现内部环境全方面监测，及时通知维护人员做好清洁维护，增强使用者的体验感。利用厕位引导系统，还可以及时提供准确的空闲位置信息，减少出行人员自行寻找厕位的时间，避免人员停留时间过长造成拥堵。

3 智慧高速公路建设中物联网技术的应用发展

3.1 完善国家层面标准规范

智慧高速公路建设目标已经明确，为更好地推进各项建设工作，需完善国家层面标准规范，包括内涵和等级以及内容等，并结合交通量和路段在路网中的位置等，形成智慧高速公路的建设方案，提出标准和规范促进智慧高速公路的建设。与此同时，还要明确智慧高速公路基础设施预留基本要求，例如构造物监测预留内容和光缆通信管道等，满足智慧高速公路发展的需求。结合车路协同技术发展的需求，制定车联网/车路协同技术和外部系统或者终端设备进行信息交互规范，以及车联网/车路系统应用系统或者平台相关规范等，促进物联网技术的应用，助力智慧高速的建设。智慧高速的建设中，物联网技术的应用广泛，通过各类形式实现技术应用价值，能够带给人更多的服务和体验。由于不同应用模式下，物联网技术发挥的作用不同，需结合高速公路运营管理需求，结合未来的发展，围绕技术应用加快制定相关标准和规范，促进智慧高速公路健康发展[1]。

3.2 促进车路协同全天候安全通行

从智慧高速的发展方向来看，主要是全天候通行和高速路的自动驾驶。传统的高速公路，如果遇到极端天气，将可能无法通行，影响到交通效率。如何在保证安全的前提下，做到高速公路全天候通行，成为研究的重点难题。

在此问题的解决方案中，车路协同成为主要讨论的方案。通过路侧设置智能道路设备，车内安装终端设备，智能网联车辆便可以实现特殊天气的通行[2]。美国高速公路管理局做过一个预测，高速公路车联网系统可以减少接近80%的车辆碰撞事故。

我国第一条智能网联重载高速公路位于山西五盂。其在设计中测试路段覆盖了隧道、桥梁以及弯道等各类典型高速场景，目的是通过利用车路协同技术，进一步提高重载货车运输效率以及安全运行水平。

未来，车路协同全天候出行将会成为高速公路的新型服务。此外，还会逐步实现自动化驾驶。这些都离不开物联网技术的支持，需积极推进数字化基础的建设，做好全面部署，保障智慧高速建设目标得以实现[3]。

3.3 多技术集成应用支撑智慧高速建设

为实现智慧高速公路的智能安全快捷服务，需要集成应用各类技术，结合服务的实际需求，打造相应的服务，满足人们的多样化需求。

在智慧交通技术方面，需积极推动智能驾驶、5G 通信技术以及物联网技术等的应用创新，通过多样化技术的集成应用支撑智慧高速目标的实现[4]。单纯依靠某项技术无法实现智慧高速，需各类技术融合应用，进而实现智能安全快捷，因此需要加强物联网技术的应用创新研究，助力智慧高速建设。例如，集成应用大数据、物联网、人工智能、车路协同等现代化技术，建设智慧综合运营管理平台，开发主动交通管控系统、智慧服务区等智慧应用功能，可有效缓解交通拥堵、对重点车辆跟踪监测、事故风险精准预测等功能[5]。加强对物联网与其他技术的集成化应用研究，提出更多的技术解决方案，助力智慧高速公路的建设发展，创造更多的效益和价值。