高速公路数字化、智能化的实践探索

专家观点

第二十五届中国高速公路信息化大会暨技术产品博览会于2023年3月30日在福州召开。本次大会由中国公路学会主办，福建省高速公路集团有限公司、福建省公路学会、华为技术有限公司协办，《中国公路》杂志社、《中国交通信息化》杂志、福建省高速公路学会承办。在“数字化、智能化助力高速公路高质量发展”主题论坛上，中咨泰克交通工程集团有限公司智能交通设计研究院院长张艳作题为《高速公路数字化、智慧化的实践探索》的报告。以下为张艳的报告内容，《中国交通信息化》作了不改变原意的编辑及整理。

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政策背景

交通高质量发展离不开政策的推动，自2019年开始陆续出台的多项政策举措促进了智慧高速的快速发展。2019年9月中共中央、国务院印发《交通强国建设纲要》，提出大力发展智慧交通，推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通行业深度融合。2021年2月中共中央、国务院印发《国家综合立体交通网规划纲要》，要求推动交通行业深度融合交通基础设施数字、网联化，打造多维监测、精准管控、协同服务。2021年3月国家发改委印发《十四五规划和2035年远景目标纲要》，要求推进交通新型基础设施建设，打造系统完备、高效实用、智能绿色、安全可靠体系。

行业主管部委、交通运输部印发多项政策，营造良好的创新发展环境，《交通运输领域新型基础设施建设方案》《数字交通“十四五”发展规划》《交通创新发展规划（2021-2035年）》等要求积极推动交通运输高质量发展，提升交通运输智慧发展水平。此外，部公路局制订了《加快推进公路数字化工作方案》，组织起草了《关于加快推进公路数字化转型 全面推动智慧公路高质量建设的意见》等文件，并面向全国征求意见，谋划试点工作。

在此背景下，围绕高速公路数字化、智能化的建设，需要从两个方向出发：第一，以需求为导向，建设数字化基石，对高速公路“建管养运服”全生命周期进行赋能，推动精准感知、精确分析、精细管理、高效服务等能力的提升；第二，通过抓手真正将数字化技术利用起来，以运营、服务等需求为导向，把各类系统串联起来，加强智能化场景应用，例如提供道路运行状态分析、伴随式信息服务、智慧服务区等，解决传统高速公路面临的道路拥堵、事故多、服务滞后等问题，真正实现不同用户的需求与交互。

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探索实践

近年来，智慧公路在我国得到了快速发展，呈现多点开花、百花齐放的态势，基础设施数字化体系的建设逐步得到行业认可。在探索实践上，分别介绍两个数字化方面的代表性项目（北京延崇高速、深圳机荷高速）与两个智能化方面的代表性项目（山东京台高速、北京京雄高速）。

北京延崇高速

北京延崇项目作为2019年世园会和2022年冬奥会的重要交通保障通道，同时也是交通运输部首批绿色公路、智慧公路、品质工程的示范路；2018年交通运输部在《加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点》中已经明确了北京智慧公路重点发展方向。延崇高速积极响应交通部的相关政策，把基础设施全要素感知与数字化、车路协同作为作为智慧的建设重点。

·基础设施全要素感知与数字化

基础设施健康监测。根据基础设施的结构特点，选取一桥三隧三边坡，针对性地布设监测传感器，实现对公路桥梁、隧道、边坡的精确感知，从而实施有效的预防性养护、维修与加固工作。

高速公路设施资产动态管理。通过视频识别技术、物联网边缘感知技术以及无线射频识别（RFID）技术对沿线非机电设施设备状态信息进行实时监测。接入物联网平台、全程监控系统、隧道管理系统以及路桥隧基础设施管理系统的数据，将数据清洗、整合后推送至可视化资产管理平台，实现沿线道路设施资产数据的数字化采集、管理和应用。

路面、桥梁和隧道基础设施管理。建设包括路线、路基、路面、桥梁、隧道、设施、资产评估等功能模块的管理系统，通过手持移动端APP实现日常养护相关数据的采集与动态更新，通过路政/养护联合巡查移动测量车，实现路政与养护的有效整合，建立基础设施的自动识别与动态更新机制。

基础设施管理系统示意图

三维可视化设施资产管理平台。对道路资产、隧道资产及其他附属设施建立BIM模型，根据资产编码规范对各个资产设施进行标记；通过BIM+GIS，把三维场景与高速公路道路资产、隧道资产及其他附属设施的BIM模型进行融合处理，实现从宏观到微观全方位掌握高速公路全景及整体资产状况。

·车路协同

在车路协同创新示范方面，北京延崇高速在阪泉服务区至延庆冬奥会赛区路段间建设智能基础设施、智能网联云控平台。采用拥有低延时、高可靠性、高安全性的LTE-V车用无线通信技术，实现了合流区预警、危险路段预警、交通事件预警等多种应用场景。2018年、2019年底，延崇高速已先后两次完成高速公路封闭环境下L4级无人驾驶车辆的自动驾驶演示。国内首次实现山区和平原段L4级无人驾驶测试。

深圳机荷高速

深圳机荷高速是沈阳至海口高速公路荷坳至深圳机场段改扩建工程项目，以BIM模型为核心载体，打造机荷高速公路数字孪生体。在设计阶段系统中运用数字技术，采用BIM系统构建一个全感知、全联接、全场景、全智能的数字公路世界，提升整个道路的运营管理水平，对传统高速的运营管理模式，服务模式进行创新和重塑，进而实现行业的高质量转型升级。

该工程提出采用基础设施全生命周期数字化管理，通过数字孪生、在线仿真、5G、大数据、人工智能等智慧化手段，全面提升道路通行效率、应急能力及用户体验。

BIM技术是“智慧机荷”的核心。一是通过BIM技术建立高速公路沿线空间地形地貌、地质、主要构筑物等控制因素的精细数字三维模型，将BIM设计模型与周边环境因素准确融合，实现全要素模型整合“一张图”；二是现状与设计三维动态对比，BIM将现状环境与设计方案结合进行动态对比分析，精准设计高效沟通； 三是施工期交通组织模拟分析，为优化方案提供依据，使组织方案合理可行畅通有序；四是全方位桥梁景观方案仿真，利用BIM三维可视化特点，实景模拟自然和谐；五是交通标志标线模拟，精细设计准确可靠；六是高标准技术体系，项目参考国家和行业既有规范标准，量身定制BIM全寿命周期标准技术体系，实现模型和信息的全生命周期传递。

基于自主研发的交通工程二维/BIM一体化的综合性辅助设计平台，实现了全专业覆盖，以正向化为目标，通过参数化、自动化、智能化建模，实现标准化出图、图表对应的模型属性信息赋予，探索了模型数据库及属性信息化应用传递体系，实现了数字化移交及在线智慧运营管理平台应用，有效解决了主体方案复杂、建模设计难度大、交通工程和主体建模任务互相制约、交通工程设施碰撞问题凸显、交通工程设备多、信息化、难度大等问题。

BIM应用是机荷高速在基础设施数字化方面做出的有益实践。在应用方面，能够自动解析主体工程坐标、高程控制数据，自成体系自主生成交通工程BIM成果，不依赖于主体工程BIM；模型精细度一步到位；参数化设计，实现自动化、标准化出图及工程量统计；为实现模型和信息的全生命周期传递奠定了坚实基础。

山东京台高速（泰安至枣庄段）

山东京台高速（泰安至枣庄段）采用分路段、分场景设计，全线布设70余类，8600余套外场设施，涵盖感知、监测、诱导、发布等多种设备类型。通过验证，有力支撑后续智慧公路项目建设。

在综合管控方面，针对大流量路段采取了车道级动态管理，对合流区实施了碰撞预警，对雾区路段设置了行车诱导系统，对于易结冰路段设置了智能消冰除雪设施，在部分门架设置了疲劳唤醒光幕。这些应用都对交通安全起到了很好的效果。

在智慧服务区方面，打造设施人性化、运营品质化、服务可预约的融合型智慧服务区。智慧设施包括智慧洗车、智慧卫生间、无感支付、集约型智慧灯杆、智慧餐厅等；智慧服务包括VIP精准服务、智能停车诱导、行人安全预警、信息交互等；绿色节能方面包括光伏绿色能源、能源智能管控等。

同时，该项目建设了全国首个“省域级”的智慧高速云控平台，一方面为山高集团高速公路智慧化管控联网打下了很好的基础，另一方面也可以通过汇集所有智慧高速信息，持续优化各类算法和服务。这种做法也弥补了路段监控中心在先、联网监控中心在后产生的一系列不足。

智慧高速云控平台

北京京雄高速

北京京雄高速的智慧应用场景主要包括全天候安全通行、全过程数字管控、全方位立体服务。

全天候安全通行：设置气象自动监测与预警系统，利用沿线采集到的气象数据，实现分钟级、公里级的气象播报与预警。为保障车辆在不利视线条件下的行车安全，全线设置智能诱导雾灯，提升恶劣天气道路轮廓可视性。指路标志采用主动发光标志，保证夜间安全出行。

全过程数字管控：全线建设了智能管控系统，能够实现车道级交通管控，实现重点营运车辆监测、应急指挥调度、与智慧运维管理。

全方位立体服务：建设了伴随式信息服务系统：通过多种渠道发布交通信息，实现面向个体车辆的诱导和出行辅助信息精准推送；同时把最内侧车道划为智慧专用车道，实现以通勤车辆为主的车路协同。

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思考展望

目前，对智慧公路没有明确、统一的定义，但业内越来越趋向于认同。“人、车、路、环境”深度融合，实现建、管、养、运、服全过程数字化。智慧公路建设仍是一项极具复杂性工程，能力和外延还处在不断的演化中。智慧公路带来真正实实在在的收益及体验显然成为用户的“关注点”。

为此，在实现全面智慧公路之前，要充分调研现有高速公路面临的痛点，以问题为导向。智慧公路不是技术及场景的堆砌，不仅要明确需求及功能定位，更重要的是承担路段运营、行业发展以及产业带动的重大责任。

• 在标准层面，出台行业标准，推动传统机电与智慧公路、信息化的融合。

• 在行业层面，推动行业融合发展，尤其是车、路、通信应同步发展，提升能效。

• 在技术层面，建议推动AI、大数据、数字孪生等技术在交通行业的深度应用；加强BIM、北斗等技术的自主可控能力。

• 在实施层面，加强BIM的传递能力，真正实现全生命周期的贯穿；加强基础设施的数字化水平，如：数字化标志、标线；加强智慧化产品的检测能力，建立准入机制；加强中心平台的软件开发及集成能力，挖掘数据的应用等。

• 在发展层面，加强对已建成智慧高速的调研、总结、评估；加强跨路段、跨省域的高速公路数字化、智慧化协同；建议智慧能力向普通国省干线、重点路段延展。

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作者 | 张艳(中咨泰克交通工程集团有限公司

智能交通设计研究院院长)

来源 | 第25届中国高速公路信息化大会