公路基础设施数字化标准体系构建研究

衣倩 王琰

摘 要：本文旨在响应公路基础设施数字化发展需求，针对当前公路基础设施数字化标准零散、单一，缺乏科学指导体系的问题，对国内公路交通领域相关标准体系现状进行调研总结，分析当前公路基础设施数字化发展存在的问题及标准化需求，提出我国公路基础设施数字化技术架构，并在此基础上研究提出公路基础设施数字化标准体系框架，为公路基础设施数字化工作指明重点和方向，支撑公路全业务、全周期各要素信息资源的汇聚、融合和创新应用，为公路交通行业智慧化管理和高品质服务提供支持。

关键词：公路基础设施，数字化，标准体系

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.09.005

基金项目：本文受中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（项目编号：2022-9041）资助。

Research on the Construction of the Digital Standards System of Highway Infrastructure

YI Qian* WANG Yan

（Research Institute of Highway， MOT）

Abstract： This paper aims to respond to the development needs of highway digitalization， and solve the problem of lacking the scientific guidance system. The paper investigates and summarizes the current situation of the relevant standards system in the fi eld of domestic highway transport， analyzes the problems existing in the current development of highway digital standards and the demand for highway digital standards， and puts forward the technical framework of highway digitalization. On this basis， it proposes the framework of the digital standards system of highway infrastructure. The research result points out the focus and direction of highway digitization work， and provides support for the data collection， fusion and innovative applications in the life circle， as well as the intelligent management and high-quality services of the highway transport industry.

Keywords： highway infrastructure， digitallization， standards system

0 引 言

隨着新一轮科技革命和产业变革的蓬勃发展，交通基础设施、智能载运工具、管理服务系统与人工智能、通信、自动控制等先进技术加速融合，推动了交通运输系统向智能化加速发展。公路基础设施数字化作为智慧公路、无人驾驶、智能管控等智能应用的基础条件，在我国逐步得到行业的认可并迅速发展。为推动公路基础设施数字化发展，国家发布了一系列宏观政策，提出了未来发展的方向和任务。国务院印发的《交通强国建设纲要》[1]，提出推进数据资源赋能交通发展，加速交通基础设施网、运输服务网和信息网络融合发展。交通运输部发布的《数字交通发展规划纲要》[2]《数字交通“十四五”发展规划》[3]，均明确了交通基础设施数字化发展的近期及中期目标。《在役干线公路基础设施与安全应急数字化试点工作》[4]《“十四五”公路养护管理发展纲要》[5]，均明确提出汇聚融合公路基础设施静动态基础数据，构建标准统一、信息全面、融合共享的公路基础数据资源体系。

推进公路基础设施数字化是贯彻落实国家“十四五”发展规划、加快建设交通强国的内涵要求、实现公路高质量供给的需要、加快公路数字经济发展的重大需求。而公路基础设施数字化的建设需要完善的标准体系作为保障，支撑公路建设、管理、养护、运营、服务、全业务、全周期各要素信息资源的汇聚、融合和创新应用，对推动公路交通行业数据由“信息孤岛”向信息资源整合、流通、共享转变，推动数字化转型、智能化升级，切实提升公路安全、效率和服务水平，具有重要现实意义。

1 公路基础设施数字化标准现状

1.1 国外标准化现状

1.1.1 国际标准化组织（ISO）

现有国际公路基础设施数字化标准主要集中在建筑信息模型（BIM）相关领域。ISO/TC 59/SC 13是国际标准化组织针对BIM的信息管理领域的技术委员会，该委员会负责制定在建筑和土木工程领域中的组织机构和信息数字化，包括BIM领域中相应标准的制定和维护。自2018年至2022年，ISO/TC 59/ SC 13陆续发布了ISO 19650系列标准《建筑和土木工程工程信息的组织和数字化，包括建筑信息建模（BIM）——使用建筑信息模型的信息管理》第1-5部分[6-10]，明确在建筑资产的全生命周期中，使用BIM进行信息管理。

1.1.2 美国标准

美国长期以来对公路数据的高度重视，积累了丰富的公路数据资源。美国联邦公路局于2010年发布了《道路元素模型清单（MIRE）1.0版》[11]，提供了道路和交通数据元素及相关数据字典，构建了系统化的道路元素数字模型，支持数据驱动的道路安全改善决策。2017年修订发布了2.0版本[12]，在MIRE1.0版本的基础上修改了数据格式，使其与其他数据库标准更加一致。除此之外，MIRE2.0通过简化数据类型与数据元素描述实现了从孤立的数据集向现代数据库环境的转变。

2 016年，美国高速公路政策资讯办公室发布《高速公路性能检测系统现场操作手册》（HPMS）[13]，明确了高速公路基础设施数据收集和上报要求，并对所需的数据格式设置了统一标准。各州交通局每年更新上报高速公路数据至数据平台，由联邦高速公路管理局进行数据汇总。数据涵盖美国国家高速公路的范围、路况、性能、用途和运营特征，用于联邦高速公路管理局的战略规划流程评估和报告高速公路系统的性能。数据还可以提供给各州、国家以及当地的交通决策部门，以分析不同交通方式之間的权衡利弊，服务于城市交通和全州交通的规划过程。

1.1.3 欧洲标准

欧洲标准对于推动欧盟数字化单一市场的建设发挥着关键作用。欧洲标准化委员会（CEN）和欧洲电工标准化委员会（CENELEC）在诸多领域开展标准工作，并与ISO、IEC开展广泛合作，以制定全球适用的通用标准。

欧洲标准化委员会建筑信息模型技术委员会（CEN/TC 442）与ISO联合制定了ISO 29481《建筑信息模型—信息传递手册》1、2部分[14-15]、ISO 23387：2020《建筑信息模型（BIM）—建筑资产生命周期中使用的建筑对象的数据模板—概念和原则》[16]、ISO 23386：2020《建筑信息模型和其他数字过程—描述、编写和维护互联数据字典中的属性的方法》[17]等一系列BIM标准，聚焦互连字典中的属性描述、编写和维护的方法，数据模板的概念和原则，以及BIM总体框架和适应性指南。这些标准，使建筑师、工程师和建筑专业人士能更高效地规划、设计和管理建筑项目，从而造福整个欧洲建筑业。

1.2 国内标准化现状

国内现有公路基础设施数字化标准主要散布于公路工程标准体系、交通运输信息化标准体系、智能运输系统标准体系当中。

1.2.1 公路工程标准体系

为适应公路建设、管理、养护、运营的需要，我国JTG 1001-2017《公路工程标准体系》[18]以公路建、管、养、运各阶段的技术应用需求为主体框架，将公路工程标准体系划分为总体、通用、公路建设、公路管理、公路养护、公路运营六个部分，如图1所示。

系统分析公路工程标准体系中相关标准与公路基础设施数字化的关联关系，结论如下：

（1）通用板块缺少公路基础数据库、数据交换体系、数字底图等相关技术标准。

（2）建设板块数字化相关的专用标准较少，且主要为数字化的总体性要求，缺少数字化数据存储、建设管理信息系统、数字化交付与验收、智慧工地等相关内容的标准规范。

（3）管理板块缺少对大件运输服务与监管的全流程相关技术标准。

（4）养护板块多数标准只对养护数字化作简要规定，未明确给出具体建设技术要求。

（5）运营板块涉及较多机电系统，数字化基础条件相对较好，但标准规范制修订明显滞后。

1.2.2 交通运输信息化标准体系

交通运输部科技司于2019年发布交通运输信息化标准体系[19]。体系按照交通运输行业在信息化咨询、设计、建设、实施、运行、维护等活动中产生和制定的信息化标准内容及其内在联系进行划分，划分为100基础通用，200基础设施，300数据资源，400信息应用，500网络安全和600工程规范六个部分，如图2所示。

系统分析交通运输信息化标准体系中相关标准与公路基础设施数字化的关联关系，结论如下：

（1）基础通用和数据表示模块基本涵盖了当前公路信息系统数据内容与编码，但数据覆盖面不全。

（2）数据采集模块现有标准较少，不足以指导公路智能化的数据采集工作。

（3）数据交换模块相关要求仅集中在营运车辆和航运领域。

（4）数据管理模块现有标准较少，不足以指导公路智能化的数据管理工作。

（5）整个体系主要偏重信息化系统，缺少打通数据的统一、共性技术要求。

1.2.3 智能运输系统标准体系

全国智能运输系统标准化技术委员会于2022年更新了智能运输系统标准体系[20]，根据智能运输系统标准化活动的基本要素、业务流程和标准化对象，纵向维度按照标准的类型划分为五个板块：100基础标准、200服务标准、300技术标准、400产品标准、900相关标准。横向维度考虑了交通基础设施数字化、智慧出行、智慧物流、自动驾驶与车路协同、交通运输信息安全等重点发展方向，纵横结合划分了子版块内容，如图3所示。

智能运输系统标准体系中相关标准与公路基础设施数字化的关联关系，结论如下：

（1）基础标准模块缺少公路数据库分类编码、公路基础设施感知数据、公路数据治理相关标准，已有的数据字典也多聚焦于服务，覆盖面不全。

（2）服务标准模块主要围绕客货运服务及交通管理与应急，不涵盖公路养护相关标准。

（3）信息采集技术模块标准较少，不足以指导公路智能化的数据采集工作。

（4）平台系统模块主要围绕客货运服务及管理平台，缺少公路网管理平台相关技术标准。

（5）整個体系不涵盖公路工程信息模型、公路工程建设、设计、施工、测试、交付等数字化相关标准。

2 公路基础设施数字化标准需求分析

2.1 亟待解决的问题

客观上讲，公路交通信息化基础能力还相对薄弱，多地针对高速公路运营阶段开展的数字化、智能化应用场景仍主要以试点示范形式开展研究探索，实际效果尚需进一步验证。当前公路基础设施数字化遇到的问题主要聚焦于以下三点：

一是地理信息测绘、工程地质勘察、施工质量检测等公路建管养运业务数据采集和感知能力不足，导致业务真实数据无法直接获取。

二是公路建管养运全周期涉及到大量业务软件和数据采集设备，数据多源、格式多样，缺乏统一数据交换标准，绝大部分数据停留在业务实施阶段，缺乏整合和再利用。

三是公路建管养运数据交换及融合应用不足。一方面，由于工程实体业务信息化起步较晚，致使数据与业务明显脱节。另一方面，公路建管养运涉及大量数据与生产、管理及服务部门交换，交换能力不足致使数据价值远未发挥出来。

2.2 标准化需求

当前，公路行业对数字化标准的迫切需求主要体现在以下方面：

（1）数据采集和感知层面：例如数字测绘、地质勘察、工程质量智能检（监）测、工地安全智能监控、智能巡检、自动化检测、安全监测、环境气象监测、交通事件智能识别等。

（2）基础设施层面：数据中心、监测感知设施、电力能源设施、网络通信设施、电子地图、信创设施等。

（3）数据治理层面：基础数据库建设、多源数据处理、数据中台、编目编码规则、数据字典、数据交换、数据挖掘、数据可视化等。

（4）业务应用层面：公路三维正向设计、勘察设计数字集成交付、建设协同管理、智能建造、智慧工地、数字验收、综合养护管理、养护智能决策、安全应急指挥、路网运行监测、云控平台、出行信息服务等。

（5）信息安全层面：等保测评、数字证书应用、安全接口、网络安全运维服务等。

3 公路基础设施数字化技术架构

公路基础设施要实现数字化的对象是公路基础设施建管养运服产业链条上的具体业务，技术手段是信息通信技术的集成应用，即用信息通信技术解决传统公路行业的业务问题。虽然不同业务应用场景的工作对象和解决问题各不相同，但从技术实现角度上看，数字化的技术架构基本相似，如图4所示。

公路基础设施数字化技术架构包括四大体系：支撑技术体系、业务应用体系、制度标准体系和信息安全体系。支撑技术体系包含信息基础设施（电、网、边缘工作站、数据中心等）和信息集成技术（人工智能、数据中台、数字签章、PaaS或SaaS开发平台等）；业务应用体系指的是公路基础设施建管养运服产业链条上具体的业务应用场景；同时，配套制度标准体系和信息安全体系。由图4可知，公路基础设施数字化的本质就是信息通信技术与公路基础设施建管养运服业务融合应用并创造价值的过程。

4 公路基础设施数字化标准体系

4.1 标准体系构建方法

标准体系构建是运用系统论指导标准化工作的一种方法。根据GB/T 13016-2018《标准体系构建原则和要求》[21]的规定，标准体系的构建应遵循目标明确、全面成套、层次适当、划分清楚的原则。构建方法步骤为：确定标准化方针目标、调查研究、分析整理、编制标准体系表、动态维护。

4.2 标准体系框架

依照上述标准体系构建方法步骤，以公路基础设施数字化技术架构为基础，溯源数字公路信息全链条的逻辑过程，结合公路基础设施数字化标准需求分析结果，构建出公路基础设施数字化标准体系，主要包括基础通用、支撑技术、工程应用、信息安全四个版块，如图5所示。

4.3 标准体系内容

（1）基础通用

基础通用板块主要包含术语及符号、分类与编码、数据字典、通用规则四部分。

术语及符号主要规范公路数字化技术与应用涉及相关术语类、定义、符号类技术标准。分类与编码主要规范公路数字化技术与应用涉及的分类标准、编码标准。数据字典主要规范公路数字化技术与应用涉及的数据字典标准。通用规则主要包含公路数字化领域具有广泛适用范围的基础性或通用条款的标准。

（2）支撑技术

支撑技术板块主要包含基础设施、数据资源、产品与平台、算法模型、测试评价五部分。

基础设施主要规范公路监控感知设施、电力基础设施、网络通信设施等的技术标准。数据资源主要规范公路数字化主数据、数据表达与管理、数据共享与交换和数据指标等的技术标准。产品与平台主要规范公路数字化产品与平台的标准。算法模型主要规范公路数字化算法模型的技术标准，包括数据治理、数据评估、数据评价等技术标准。测试评价主要规范公路数字化测试评价的相关技术要求，包括设施性能测试、数字化指标评价等标准。

（3）工程应用

工程应用主要包含建设、养护、运营、管理四部分。

公路建设主要规范公路建设数字化相关的技术标准，包括项目管理、勘测、设计、施工、造价、验收等技术标准。公路管理主要规范公路数字化管理相关的技术标准，包括信息系统、执法等技术标准。公路养护主要规范公路养护数字化相关的技术标准，包括养护综合、检测评价、养护决策、养护设计、养护施工、养护造价等技术标准。公路运营主要规范公路数字化运营相关的技术标准，包括运行监测、收费服务、应急处置、出行服务和车路协同等技术标准。

（4）信息安全

信息安全主要包含安全技术、安全管理、网络信任、安全服务四部分。

安全技术主要包含公路数字化领域的数据安全等安全技术标准。安全管理主要包含公路数字化领域的交易安全、身份认定等安全管理标准。网络信任主要包含公路数字化领域的网络信任安全标准。安全服务主要包含公路数字化领域的安全服务相关标准。

5 结 论

数据交换能力不足是信息通信领域的传统痼疾，非公路交通行业独有，但客观上引起生产及管理效率下降，造成实体资源的无效耗损。数字化的技术红利在于充分利用信息交换低廉的边际成本带来实体世界的资源优化配置。公路基础设施数字化根本途径在于数据采集体系数字化、数据传输体系网联化、数据应用体系智能化。虽然近年来数字化相关标准研制数量有所提升，但仍存在标准零散分布、体系化不强、内容规定不全面以及重要业务板块标准缺失等问题。本文基于当前公路基础设施数字化发展存在的问题，对公路基础设施数字化标准开展了需求分析，结合公路基础设施数字化技术架构，提出了涵盖公路数字化表达、数据的采集、处理、共享与交换、业务应用、支撑技术、信息安全、测试评价等方面的公路基础设施数字化标准体系框架，能够有效支撑公路基础设施数字化的研究，支撑智慧公路建设、智能驾驶研究及智能管控应用。

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作者简介

衣倩，通信作者，硕士研究生，副研究员，研究方向为智能交通系统。

王琰，博士研究生，研究员，研究方向为智能交通系统。

（责任编辑：袁文静）