基于智慧高速公路建设及运营管理体系的关键技术分析

周宏福

摘要 近年来，云计算、大数据、人工智能等新型信息技术不断涌现，各项新技术已综合应用于高速公路建设、运营及维护，通过构建智能交通运行管理系统、建设智慧高速公路，可有效提升道路管控效率及安全性。基于此，文章阐述了智慧高速公路的定义，分析了配套的关键技术及实施路径，构建了高速公路安全体系架构，提出了基于端-边-云构架的综合管控（AI云控）平台，对于加快高速公路建设、提高运营管理水平具有重要意义。

关键词 智慧高速公路；道路管控；多源感知；融合云控

中图分类号 U495文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）12-0186-03

0 引言

智慧高速公路属于智能交通系统的主要构成及具体形式。构建智慧高速公路，可在传统高速公路的基础上，采用各种新型信息化技术，进行提升改造[1]。为扩建智慧高速公路，提升运营管理水平，该文提出应着眼于“一个特征、两个维度、四个层次”发展智慧高速公路，并提出了高速公路智慧化的主要应用技术及实施路径[2]。

1 智慧高速公路的定义

随着经济社会的快速发展，交通需求也不断增强，将各种智慧化技术手段用于管理高速公路，以提升公路运营管理效率，充分发挥交通工具的价值。当前并没有统一标准定义智慧高速公路及其建设方式。该文认为数字化及信息化内容属于智慧高速公路的重要组成部分，且具有的智能化程度较高，其智慧属性主要体现在以下方面[3]：

1.1 一个特征

智慧高速公路可对道路交通运行数据进行实时管控，能随时收集高速公路运行数据，并采用相应的智能模型，开展数据计算分析，通过具体路径发布道路及车辆信息。

1.2 两个维度

（1）从用户的角度来讲，通过全面分析路面通行的车辆类型，输出准确的出行信息，提升服务质量，增强车辆行驶的安全性。

（2）对于管理者而言，通过实时监测道路服务设施及车辆通行信息，全面提升高速公路运行效率及安全性。

1.3 四个层次

智慧高速公路管理系统分为四个层次，分别为整体信息感知、云数据处理、信息高效运用及安全稳定运行。

2 智慧高速公路的关键技术及实施路径

2.1 基于全息感知的精细化道路主动管控

智慧高速公路具备不同感知信息来源，可通过深度融合提升质控水平。为加大公路建设力度，提高高速公路运营水平，应综合运用各种感知技术，结合各方面数据，需要重点关注解决以下问题：

（1）现阶段的数据来源少，无法覆盖到广大区域，必须配备使用先进感知技术，实现动态、精准感应，在不同车道安装传感设备，收集道路及车辆信息?。

（2）当前高速公路无法兼容异构数据，不能准确匹配各种应用场景，目标跟踪能力较弱，不能快速准确甄别各种突发问题，需要运用技术手段校准各项数据，充分融合异构数据，完善系统信息。

（3）综合运用数据传输、保存等技术，融合多源异构数据，与边缘计算系统相连接，获得更高精度的数据，构建起多源数据分析模型，快速收集高速公路运行数据，并进行准确分析。

高速公路主动协同管控主要内容[5]：

（1）车道高效动态管控。运用云数据处理技术，实时监控道路交通情况，对道路拥堵问题作出准确预判；通过计算道路车流量及车辆行驶速度，并及时将相关数据上传管理系统，从而防止道路出现拥堵。

（2）公路匝道及收费站动态管控。大数据系统实施分析道路交通状况，准确计算道路车流量及行驶速度，预判匝道车流量，合理设定匝道信号灯的管控时间，从而有效减少道路拥堵。

（3）路面动态扩容管控。部分高速公路车道超宽，并设计有不同的应急车道；当道路发生拥堵时，为加快车辆通行、减少道路拥堵，可临时允许车辆走应急车道；运用管控系统，设定具体扩容位置及时间段，对道路扩容效果进行评价。

（4）采用仿真评价技术，实现主动管控、精准管控。动态仿真技术属于一项新型技术，主要功能是收集公路运营数据、车辆行驶数据等，这类数据具有较高的应用价值，为镜像模拟提供了数据保障；采用传感器构建起智能化网联交通管控平台，主要包含软硬件系统、数据模拟系统及驾驶人员管控系统等；在此期间，根据实际情况选用两种不同的研究手段，高效模拟多种场景环境下的事件数据，从而综合运用各种管控措施，真正实现对高速公路车辆行驶情况的精准、真实模拟，并开展深入分析。

（5）检测分析公路运行异常情况。基于对道路检测的实际情况及目标要求的具体分析，运用AI深度学习方法，抽取共性空间内容，实现有效匹配，从而准确识别异构数据，并进行有效跟踪；实时检测车辆运行状况、逆行以及违规停车等诸多类型的异常问题，并对交通堵塞情况和其他异常情况进行及时预警。

2.2 基于多源感知的精准化信息服务

（1）精准、多维绘制高速公路车辆画像[6]。收集车辆车牌、车辆颜色、车型以及ETC卡等诸多信息数据，系统可以自动生成整车画像。采用在路侧设置的各类传感器，能够24 h不间断收集车辆画像数据，并连续跟踪路面行驶的车辆。当系统发现有车辆进入限速路段时，将向车辆驾驶人员广播限速信息，并传输车辆行驶画像。

（2）运用移动网络技术向车辆精准推送信息。随着智能手机的普及，出现了各种行车导航软件，将车辆配置数据及颜色信息录入导航软件中，可立即生成该车的画像。当车辆用户接收到超速预警时，道路一侧的设备将发出描述车辆画像信息的广播信息，导航软件将其与实际车辆画像作对比，在此基础上运用网络传输技术发送定制信息。

（3）利用车路协同技术准确推送车辆导航信息。综合运用多种传感器判断数据的准确性与可信性，从而真正全面地整合数据异常路段的信息，并对其进行深入分析[7]。在此基础上，充分运用信息安全审查技术、异构传感器识别技术等，构建起车路协同系统平台，不但能提升组合定位的准确度，还能将多种传感器有效整合起来，匹配各种应用场景，提高智能化程度，从而快速、精准推送车辆信息，增强行车的导航效果。

（4）利用导航地图实现车辆行驶的数字化管控。手机导航地图具有较高精度，性能较强，在高速公路运营、物流等诸多领域得到广泛运用，为相关行业发展提供了强有力支持。其不仅能为高速公路行驶的车辆进行精准导航，提升高速公路运行信息化水平，通过车路协同完成自动驾驶，而且有利于全面提升高速公路基础设施的智能化管理水平，并提供全方位的技术保障，最终构建起道路的三维导航场景，实现精准空间测量，进一步提升交通设施运维效率和整体水平。

（5）运用V2X技术构建多维通信系统。现代通信技术的发明应用，为高速公路数据的实时传输与家户共享提供了重要支持，是后者功能得以实现的重要基础[8]。V2X无线多维通信系统共包含四个维度，分别为V2V、V2I、V2P以及V2C。运用该系统，一方面有助于实现道路网络的信息交互共享，另一方面还可综合根据具体环境、智能数据等，快速精准解决无人驾驶领域出现的问题，确保道路行车安全。

3 高速公路安全体系架构建立

3.1 根据高速公路交通流特征，准确定位智慧高速公路的功能目标

综合运用装配于道路一侧的传感器设备，收集车辆的完整数据信息，从而有效仿真微观交通。同时通过实施不间断的数据收集，全方位高效感知高速公路的运行状态；以多源数据融合为重要基础，广泛收集更多且更精准的交通数据，然后通过信息整合与全时段发布，有效提升交通状态的检测效率与精度，提升道路利用率，便于人们出行。

3.2 探析高速公路动态未知环境下的风险控制途径及安全保障对策

结合高速公路交通网络及安全管理机制内容，具体分析道路行驶车辆的特点对于整个路网交通所产生的影响，全面构建包含多种因素的交通风险控制应用场景，其中主要有道路环境、交通流及车辆型号等内容。通过打造包含多项组织措施的系统，全面提升高速公路运行安全，同时构建与具体场景相匹配的安全措施评估机制，保证高速公路行车安全。

3.3 剖析高速公路网的交通流特征、交通事件特性和应急救援特性

为高效配置高速公路应急救援资源，需要综合运用系统工程管理理论、数据采集技术及数据检测模型、数字仿真技术，构建完整的运行管理系统，满足高速公路事故应急救援要求及相关业务标准。此外，为提升信息管理水平，准确展现各种场景数据，提升道路事故应急救援效率，同时还要匹配运用高精度导航地图及数据仿真技术，增强应急救援管理平台的可视化程度。如图1所示为短时交通流预测模型的类型及所用的方法[9]。

4 基于端-边-云构架的综合管控（AI云控）平台应用

AI云控平台采用了端-边-云构架，通过该平台可全面收集并感知分析各种业务数据。此外，综合运用大数据与AI技术，可分析各项指标并进行全方位展示。

4.1 高并发、高性能、高可用、弹性开源的云智能平台构建

构建智能交通云平台，需同时运用管理及调度工具，并立足于超融合基础架构的部署，全面提升云平台管理系统的安全性与稳定性，为高效开展云计算奠定坚实的基础。

4.2 高并发海量数据接入与云计算技术应用

综合运用边缘节点网络管理技术，不断完善异构终端数据，将与数据管理中心深度融合，提升检测手段的容错率，并赋予其更多的扩展性及数据备份，提升平台的应用效果[10]。

4.3 基于人工智能的智能云控策略

采用人工智能技术实现智能云控管理，主要是借助于各种应急场景数据库的时序知识图谱、高速公路路测基础设施，完善运控策略，充分收集用户画像信息。

5 结语

综上所述，智慧高速公路已逐渐成为《交通强国建设纲要》落地落实落细的关键着力点和重要技术支撑。因此，当前业界重点关注的研究课题也随之发生了相应变化，已转变为采取何种措施可实现对现有高速公路的智慧化改造，如何搭建完善的智慧高速平台。随着相关技术的不断更新与优化，“全天候通行、全路段感知、全过程管控”的智慧高速公路建设必将在不久的将来成为现实。需要深刻意识到智慧赋能高速公路建设的关键性意义，凝心聚力推动相关前瞻性技术创新与产业发展，加快完成高速公路的智慧化建设，实现交通强国梦。

参考文献

[1]袁航， 王豫炜. 基于全生命周期管控的智慧高速建设探究[J]. 中国交通信息化， 2021（2）： 132-134.

[2]张羽西， 王维娜. 高速公路多维度全息感知智慧信息服务需求分析[J]. 中国交通信息化， 2024（1）： 101-104.

[3]吴会彩. 智慧高速公路关键技术路径分析与示范应用[J]. 运输经理世界， 2023（32）： 31-33.

[4]谢路锋， 周通. 高速公路改扩建智慧交通组织设计研究[J]. 运输经理世界， 2022（23）： 44-46.

[5]范栋男， 黄群龙， 梁昭伟. 智慧高速公路交通状态感知设备适用性研究[A]. 2022世界交通运输大会（WTC2022）论文集（运输规划与交叉学科篇）[C]. 武汉：中国公路工程咨询集团有限公司， 2022： 228-233.

[6]景海林. “互联网+”智慧高速公路养护管理技术的探索与实践[A]. 中国公路学会养护与管理分会第十届学术年会论文集[C]. 深圳：北京首发公路养护工程有限公司， 2020： 394-399.

[7]孟利强. 智慧高速公路关键技术路径浅析与示范应用[J]. 山西交通科技， 2023（2）： 121-126+130.

[8]朱弘戈， 朱晓东， 徐志刚， 等. 面向示范应用与可复制推广的智慧高速公路建设方案[J]. 公路， 2020（10）： 252-259.

[9]范硕凯. 高速公路机电工程智慧运维管理系统[J]. 交通世界， 2023（33）： 158-160.

[10]吴超. 高速公路隧道分布式智慧供配电技术探讨[J]. 工程技术研究， 2023（23）： 58-60.