【安防展覽網(wǎng) 智慧城市】智慧高速作為新一代信息技術(shù)與交通運輸深度融合的重要載體，在提升高速公路運輸效能、培育新興產(chǎn)業(yè)等方面戰(zhàn)略作用明顯，世界各國爭先加快技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。
本文在深入分析智慧高速建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，梳理研判智慧高速發(fā)展趨勢，提出智慧高速建設(shè)的相關(guān)建議，為行業(yè)發(fā)展提供參考。
一、智慧高速總體發(fā)展情況
以5G、云計算、人工智能等數(shù)字技術(shù)主導(dǎo)的世界新一輪科技革命方興未艾，智慧高速作為智能交通領(lǐng)域的新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，已成為世界交通強國爭相加快部署的熱點。
當前國內(nèi)外在智慧高速方面的推進主要關(guān)注無人駕駛、車路協(xié)同、自動化監(jiān)測、智慧化運營管控和出行誘導(dǎo)服務(wù)等方面，但總體上行業(yè)對智慧高速內(nèi)涵理解不同，尚未形成統(tǒng)一的共識。
世界各國結(jié)合新興技術(shù)發(fā)展趨勢及發(fā)展訴求，積極推進高速公路傳統(tǒng)機電系統(tǒng)升級，例如開展基于多傳感器融合的超視距感知、交通流運行規(guī)律挖掘及短時預(yù)測、智能主動管控、車路協(xié)同、長壽命新型道路材料、無線充電等技術(shù)研究及試點應(yīng)用，加快探索智慧高速發(fā)展路徑，搶占新技術(shù)融合應(yīng)用和智慧高速發(fā)展的制高點。
圖1 范圍智慧高速公路探索
(一)美國：以高速公路為載體開展車路協(xié)同、自動駕駛新技術(shù)探索
通過730萬起交通事故的分析和統(tǒng)計, 美國高速公路管理局(NHTSA)預(yù)測車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)部署能夠減少近80%的車輛碰撞事故。
為著力強化高速公路運行安全，美國持續(xù)開展基于5.9GHz短程無線通信技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研究，尤其是惡劣環(huán)境條件下的大載重貨物運輸車輛防碰撞應(yīng)用。
重點推進專用無線通信帶寬設(shè)置、路測RSU及車載OBU設(shè)備、超視距感知協(xié)同等技術(shù)研究，當前開展車輛網(wǎng)設(shè)備部署應(yīng)用的州已超過50%，并在相關(guān)高速公路開展智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試。
圖2 聚焦車輛碰撞防護，美國積極布設(shè)車路協(xié)同設(shè)備
(截止2019年5月，已覆蓋50%的州)
作為高速公路車聯(lián)網(wǎng)重點試點項目之一，懷俄明州交通部針對I-80州際高速公路重型卡車流量大，冬季暴雪大風(fēng)碰撞事故高發(fā)等問題，開展車車交互、車地通信部署，提供行進前方碰撞警告、道路運行態(tài)勢感知、事故區(qū)域警告、天氣影響分析、險情通知等5項功能應(yīng)用，當前已完成400輛高頻卡車(包括150輛高頻重型運營卡車、100輛交通局車隊、150輛掃雪車及巡邏車)以及75個路側(cè)節(jié)點布設(shè)。
圖3 美國主要貨物運輸廊道
(俄懷明州南部I-80高速公路)車聯(lián)網(wǎng)試點方案
圖 4 I-80高速公路車聯(lián)網(wǎng)試點功能
(二)日本：依托ETC2.0，推進高速公路智能化管理服務(wù)
日本圍繞智慧公路(SMART WAY)建設(shè)目標，推進車路設(shè)備有序迭代，逐步構(gòu)建高速公路車路協(xié)同體系。
在融合道路交通信息通信系統(tǒng)(VICS)和ETC不停車收費系統(tǒng)功能基礎(chǔ)上，推出世界*DSRC大容量雙向通信設(shè)備ITS Spot，提供擁堵預(yù)測及路徑規(guī)劃、特殊車輛運行規(guī)律及軌跡追溯、動態(tài)費率調(diào)整、異常駕駛行為識別等智能出行引導(dǎo)及運營管理服務(wù)。
2016年正式提供ETC2.0服務(wù)，全國高速公路累計完成1700個路側(cè)設(shè)備部署。
以高速公路動態(tài)費率為例，面向城市擁堵緩解，通過接入ETC車輛軌跡數(shù)據(jù)分析路網(wǎng)通行態(tài)勢，主動引導(dǎo)車輛繞行外環(huán)高速，并結(jié)合擁擠情況提供約50%的通行費用折扣，有效疏解城市內(nèi)部道路擁擠情況。
同時支持高速公路運行規(guī)律分析，通過車速變化特征精準識別路網(wǎng)瓶頸節(jié)點，為及時有效的應(yīng)急救援、基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化提供指導(dǎo)。
圖5 日本車路設(shè)備演進
(三)歐洲：以主動交通管控為基本路徑推進智慧高速建設(shè)
聚焦高速公路主動交通管控，歐洲注重出行需求及運行態(tài)勢的智能發(fā)現(xiàn)，面向多國互通的基本特征，強調(diào)跨國高速公路信息系統(tǒng)無縫對接及可持續(xù)發(fā)展，重點打造歐洲數(shù)字交通走廊。
積極推進標準化DSRC車路通信、綜合交通信息服務(wù)、新型長壽命道路材料、天氣預(yù)警及智能誘導(dǎo)等技術(shù)研究及部署。
建設(shè)應(yīng)用方面，以奧地利高速公路主動管理系統(tǒng)為例，圍繞交通流主動式引導(dǎo)，注重對擁堵、事故、天氣等異常情況的動態(tài)監(jiān)測與及時響應(yīng)，基于在線可編輯的全自動控制策略庫以及高密度部署的可變電子情報板，開展了分車道動態(tài)限速、臨時路肩使用、基于交通狀態(tài)的動態(tài)繞行引導(dǎo)、擁堵響應(yīng)處理、動態(tài)貨車管理、車距保持警示、惡劣天氣監(jiān)測預(yù)警等智能應(yīng)用。
目前該系統(tǒng)已覆蓋800多公里高速公路，運行*，實現(xiàn)車輛事故減少35%、受傷公眾數(shù)量減少30%。
前沿探索方面，開展內(nèi)嵌C-ITS的智能基礎(chǔ)設(shè)施帶研究，創(chuàng)新性提出高速公路路內(nèi)智能監(jiān)測體系，不依賴傳統(tǒng)的路側(cè)掛靠設(shè)施，通過短程通信及LTE蜂窩技術(shù)融合應(yīng)用，支持基于位置的車載終端及手機端無線交互，集成交通流監(jiān)測、指引體系及管控信息虛擬化、基礎(chǔ)設(shè)施健康狀態(tài)實時感知等功能，集約化理念突出。
圖6 奧地利高速分車道動態(tài)限速(左)及臨時路肩使用(右)
(四)國內(nèi)：以數(shù)據(jù)鏈為核心，差異化開展智慧公路示范建設(shè)
我國高度重視高速公路智能化建設(shè)工作， 2018年交通運輸部印發(fā)《關(guān)于加快推進新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點的通知》，面向北京、浙江、廣東等9個省市差異化開展新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點示范，提出基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、路運一體化車路協(xié)同、北斗高精度定位綜合應(yīng)用、基于大數(shù)據(jù)的路網(wǎng)綜合管理、“互聯(lián)網(wǎng)+”路網(wǎng)綜合服務(wù)、新一代國家交通控制網(wǎng)六大試點方向，北京延崇智慧高速、廣東廣樂智慧高速、江西昌九智慧高速等工程被列入示范項目重點推進。
圍繞交通強國示范建設(shè)和新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)部署，全國紛紛以智慧公路作為融合基礎(chǔ)設(shè)施的重要抓手(如浙江推出杭紹臺、杭紹甬智慧高速，江蘇推出五峰山高速、滬寧高速，廣東推出機荷智慧高速等)，大力開展5G、人工智能、云計算等新一代信息技術(shù)在高速公路的深度融合應(yīng)用。
以杭紹臺智慧高速為例，基于高橋隧比、大霧冰雪等天氣易發(fā)等基礎(chǔ)特征，著重打造準全天候運行、智慧隧道、車路協(xié)同以及智慧服務(wù)區(qū)等4類特色應(yīng)用場景，搭建智慧高速云控平臺，支持隧道主動應(yīng)急救援及自動駕駛，實現(xiàn)高精度駕駛輔助及智能管理。
廣東廣樂高速智慧化試點，以控制服務(wù)云中心為核心，科學(xué)部署邊緣計算節(jié)點、車路協(xié)同、高清視頻及毫米波雷達等設(shè)備，形成北斗高精度應(yīng)急指揮、路網(wǎng)綜合分析決策、路運一體化車路協(xié)同等5類應(yīng)用。
圖7 杭紹臺智慧高速
二、智慧高速未來發(fā)展趨勢研判
總體上，當前智慧高速依然處于探索階段，尚未形成標準化定義及功能框架，但“設(shè)施數(shù)字化、運輸自動化、管理主動化、服務(wù)個性化”的智慧高速發(fā)展理念基本建立并加速邁向成熟，隨著新一代無線通信、自動駕駛、人工智能等技術(shù)進一步發(fā)展，未來5年智慧高速公路將進入規(guī)模化建設(shè)階段。
(一)由單一碎片采集轉(zhuǎn)向全要素、全時空感知
高速公路基本建成較為完整的交通運行、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測體系，但主要覆蓋分合流區(qū)、關(guān)鍵橋梁等部分點位，監(jiān)測區(qū)域不足、設(shè)備功能單一、信息融合不夠等缺陷明顯，在支持路網(wǎng)-路段-路口多層次監(jiān)測、人-車-路-環(huán)境多要素分析等方面能力不足。
通過科學(xué)布設(shè)高清視頻、北斗定位、專用傳感器等多類型監(jiān)測設(shè)備，搭建以5G為核心的高速公路通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，建立基于多源傳感耦合、新型通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的全要素、全時空感知體系，將實現(xiàn)高速公路數(shù)據(jù)高質(zhì)量采集、高可靠傳輸，是推動伴隨式信息服務(wù)、實時交通管理等應(yīng)用的關(guān)鍵舉措。
(二) 由被動型事后處置轉(zhuǎn)向主動式精細化管控
高速公路運行環(huán)境相對封閉，以事后處置、經(jīng)驗研判為主的管控模式，極易導(dǎo)致異常事件受影響范圍擴大、受影響程度加深，難以適應(yīng)新時期高質(zhì)量出行體驗、高效能業(yè)務(wù)處置的需要。
主動管控模式，基于高速公路動靜態(tài)運行數(shù)據(jù)分析，對宏觀及局部運行態(tài)勢進行多時間尺度預(yù)測，精準識別或預(yù)判關(guān)鍵匝道、瓶頸路段、主流量通道，將有力賦能動態(tài)匝道控制、路肩控制、車道控制、費率調(diào)整等主動控制策略，實現(xiàn)車流提前引導(dǎo)及管控，極大提升高速公路通行及事件應(yīng)急處置能力，是高速公路智能決策及控制的基本發(fā)展方向。
(三) 由間斷式推送轉(zhuǎn)向基于位置的伴隨式個性服務(wù)
當前以靜態(tài)交通標識、第三方地圖平臺為主的高速公路信息指引體系，無法滿足基于高速公路動態(tài)運行形勢的車道級實時指引，難以提供貼合公眾出行習(xí)慣的精準服務(wù)。
北斗高精度定位、知識圖譜、5G遠程控制等信息技術(shù)的快速成熟，將有力支持可變信息情報板-廣播-手機信息-網(wǎng)絡(luò)平臺等多方式信息及時發(fā)布，進而促進伴隨式信息服務(wù)加快落地，將逐步實現(xiàn)出行前-出行中-出行后全過程精細化引導(dǎo)。
例如，結(jié)合前方道路事故信息，主動提供車道級行駛方案或引導(dǎo)公眾從近高速公路出口繞行；利用知識圖譜，構(gòu)建公眾駕駛行為、出行路線等個人出行畫像，提供車道級動態(tài)路線規(guī)劃、安全駕駛風(fēng)險提示等伴隨式個性服務(wù)。
(四) 由傳統(tǒng)機電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向新技術(shù)集成、新模式探索
以收費、通信、監(jiān)測為核心的傳統(tǒng)機電系統(tǒng)，對高速公路數(shù)字化管理及服務(wù)發(fā)揮了非常關(guān)鍵的作用，但面向當前新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進的發(fā)展環(huán)境，高速公路信息化在更復(fù)雜智能的運行控制、更精準可靠的多元服務(wù)等方面仍然存在極大的發(fā)展空間。
大數(shù)據(jù)、AI、融合感知、自動駕駛、車路協(xié)同等新興技術(shù)在高速公路領(lǐng)域的集成應(yīng)用迅速推進，編隊駕駛、遠程駕駛、無線充電等新模式探索逐漸落地，將進一步延展高速公路管理及服務(wù)內(nèi)涵，大幅提升高速公路通行能級與安全水平。
圖8 新技術(shù)適度超前研究布局
(五) 由單一主體轉(zhuǎn)向多方協(xié)同、跨界融合
智慧高速建設(shè)涉及管理部門、運營單位、運輸企業(yè)、開發(fā)企業(yè)、出行公眾等多方參與主體，建立智慧高速產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，充分結(jié)合多類型用戶需求、發(fā)揮各方優(yōu)勢，是加速推進有關(guān)技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用的必然趨勢。
例如車路協(xié)同發(fā)展，不僅需要路側(cè)智能設(shè)備布設(shè)，更需要運輸企業(yè)車輛、出行公眾車輛安裝*的車載終端才能完全發(fā)揮效能；跨區(qū)域無縫銜接，支持不同運營單位的服務(wù)信息融合應(yīng)用，實現(xiàn)跨路段的智慧高速公路連續(xù)服務(wù)。
三、智慧高速建設(shè)若干建議
8月6日，《交通運輸部關(guān)于推動交通運輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》提出打造融合高效的智慧交通基礎(chǔ)設(shè)施。
智慧高速作為智慧公路的重要組成部分加速邁入發(fā)展快車道，應(yīng)堅持頂層設(shè)計、創(chuàng)新、新舊共融等發(fā)展思路，切實有效交通強國建設(shè)。
(一) 開展智慧高速總體規(guī)劃編制，完善頂層設(shè)計
遵循需求導(dǎo)向、適度超前的基本發(fā)展理念，在全面分析高速公路交通運行規(guī)律、地理環(huán)境特征、未來發(fā)展需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合新模式、新技術(shù)賦能高速公路智慧化提質(zhì)增效的內(nèi)在機理，提出各階段建設(shè)目標，明確智慧高速核心功能體系、實施時序、建設(shè)重點等頂層設(shè)計方案，注重與傳統(tǒng)機電系統(tǒng)的融合發(fā)展，強調(diào)功能當下適用、體系框架兼容未來拓展。
(二)開展智慧高速核心技術(shù)研究，筑牢技術(shù)支撐
針對當前智慧高速技術(shù)尚處于探索完善階段的發(fā)展現(xiàn)狀，圍繞高速公路虛擬平行系統(tǒng)構(gòu)建、智能決策及主動控制、個性化精準誘導(dǎo)等核心功能，分層次、分類別開展基礎(chǔ)理論、軟件系統(tǒng)、硬件設(shè)備等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)研究及應(yīng)用，包括交通運行態(tài)勢實時監(jiān)測及態(tài)勢推演、基于線網(wǎng)協(xié)同的匝道控制、基于在線仿真的應(yīng)急救援、車路協(xié)同、異常駕駛行為識別等，為開展智慧高速建設(shè)提供核心技術(shù)支持。
(三)開展智慧高速標準規(guī)范研究，支持協(xié)同共融
在充分開展智慧高速總體功能框架、技術(shù)路線、產(chǎn)品性能等核心要素研究的基礎(chǔ)上，制定智慧高速標準規(guī)范，明確多源感知體系前端設(shè)備布設(shè)原則、應(yīng)用系統(tǒng)功能、主動管控策略、車路協(xié)同設(shè)備性能及安裝、數(shù)據(jù)格式及接口等標準要求，形成覆蓋高速公路全息感知、智能決策、綜合服務(wù)等核心環(huán)節(jié)的完備功能體系，推動智慧高速公路復(fù)制推廣、功能協(xié)同。
(四) 開展智慧高速試點示范建設(shè)，成熟應(yīng)用
當前智慧高速建設(shè)尚無成熟經(jīng)驗可借鑒，智能化應(yīng)用系統(tǒng)及設(shè)備相關(guān)技術(shù)成熟度、運行可靠性依然有待進一步驗證，應(yīng)在總體規(guī)劃的統(tǒng)一部署下，結(jié)合高速公路運行管理特征，在預(yù)留拓展空間的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選擇需求較迫切的場景開展智慧高速先行試點布局，驗證技術(shù)成效及可靠度，再逐步向其它路段、路網(wǎng)推廣應(yīng)用。
(五) 開展智慧高速建設(shè)與運營模式研究，踐行集約建設(shè)
與高速公路傳統(tǒng)機電建設(shè)相比較，智慧高速涉及的信息基礎(chǔ)設(shè)施更多、系統(tǒng)架構(gòu)更復(fù)雜、對前沿技術(shù)的充分預(yù)留要求更高，如何實現(xiàn)集約式建設(shè)、功能體系持續(xù)可拓展、運營綠色高效，是智慧高速高質(zhì)量建設(shè)運營的關(guān)鍵。
一是研究新建高速智慧應(yīng)用體系配建方案，推進道路基礎(chǔ)設(shè)施與信息基礎(chǔ)設(shè)施同步規(guī)劃、同步設(shè)計、同步建設(shè)，提前預(yù)留空間布局。
二是研究改擴建高速智慧應(yīng)用體系新建方案，在充分發(fā)揮既有設(shè)備功能的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌新建設(shè)施與既有設(shè)施協(xié)同共融。
三是創(chuàng)新運營模式，引導(dǎo)市場主體轉(zhuǎn)變角色，推進智慧高速信息化系統(tǒng)建設(shè)運營一體化。
四是細化行業(yè)分工及角色，著力培育智慧高速運維領(lǐng)域?qū)I(yè)咨詢機構(gòu)，為打造智慧高速行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)提供支撐。
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