公路院ITS中心张卓敏：智慧公路建设发展思考
张卓敏 | 作者
安安 | 编辑
编者按：近日，在由赛文交通网主办的第十二届中国智能交通市场年会-技术创新应用探索与应用分论坛上，交通运输部公路科学研究院ITS中心副研究员张卓敏作了关于《智慧公路建设发展思考》的主题报告。
报告首先分别从建设需求、政策支持、行业要求和建设进展等方面介绍了我国智慧公路的建设背景，指出我国智慧公路的技术发展仍处于初期阶段，而“多点开花”是目前最佳的发展状态。
接着从5个方面分析了当前智慧公路困境存在的阶段性问题，表明智慧公路发展思想需要进一步拓展和升华，着力解决运营示范、数字化和产业链3方面问题，在未来发展中解决数字化底座问题，形成四柱、四梁的工作架构；最后从技术和政策2方面阐述了智慧公路未来的发展方向。
智慧公路建设必要性。公路交通发展需要解决许多社会性问题，我国是人口大国，也是交通大国，交通事故死亡率高，每年交通拥堵造成的经济损失相对较大。近几年城镇化发展，导致整个道路建设受到土地空间和资金等约束，难以像其他国家一样大幅扩张建设面积。
为解决这些社会性问题，减少交通事故、降低交通拥堵、提高恶劣天气下的行车效率，同时突破资源条件的限制约束，智慧公路建设的初心和使命，就是推动公路交通可持续的健康发展。
智慧公路建设新需求。随着自动驾驶、5G、新一代移动通信、边缘计算和云计算等新技术的发展，产生了新的交通基础设施、运输组织形态、运输服务方式和交通管理方式等，如共享单车等方面的运输组织形式变化，为了更好的进行精细化管理和服务，对智慧公路提出了更高的要求。
国家政策对智慧公路建设布局。为将交通大国发展成为交通强国，国家从政策规划的角度，对智慧公路的建设进行了一系列布局。
在近几年发布的交通规划中，首先是提到最多的是基础设施数字化的升级改造，包括网联化数字化；第二是关于运载装备，即车辆的智能化、网联化发展，两者构成了整个公路交通运输的主要因素，因此对其提出了新的要求和发展布局，希望从两方面齐头并进，推动交通强国的建设。
行业对智慧公路建设要求。公路行业从公路自身的需求出发，进一步细化了国家规范和规划，落实了具体工作要求。首先是自动驾驶与车路协同方面，其发展方向就是推动一批国家自动驾驶测试基地以及先导示范应用工程，推动先导示范进而对自动驾驶和车头协同等技术进行尝试性的应用。
第二是基础设施数字化，基础设施数字化作为公路交通行业的本职工作，其工作要点主要是从规范的角度，将以往交通工程规范中的数字化落到实面上，从而推动基础设施数字化的发展。
第三是大数据应用。在解决了基础设施数字化的问题之后，国家积极建设公路科学数据中心，将各个行业的数据中心形成规模化、体系化的数据，推动数据化的应用。
第四是信息安全，这是目前正在落实且较为重要的国家战略，交通行业要做的事情就是将目前现有的国家信息系统、行业的信息系统转换为国产密钥的应用，从而解决信息系统安全问题。
我国智慧公路建设进展。经过5年的发展，从2017年第一批的9省市高速公路的示范开始，再结合新基建的重点工程，智慧公路现在已经进入了很好的发展阶段。截止2022年年底，统计在建和已经建成的智慧公路已经超过了100条。
总体来说，公路建设存在比较鲜明特点：在中部或东部经济发达的城市开展智慧公路建设的地区较多，主要依靠高速公路主干线开展试点示范，具有多种定位类型：试点示范型、全面推进型、技术引领型、产业发展型。
因此智慧公路在这5年的建设过程中，在不断积累建设经验，突出了很多的建设过程中面临的问题，如今也已经进入了发展的深水区。
我国智慧公路建设成效。除了初具规模的试点工程外，智慧公路的发展还取得了一些积极的成效。首先是带动了新一代信息技术在公路行业的落地应用，包括融合感知技术、大数据技术以及收费交通云控等都得到了长足的发展和应用。测试全程和自动驾驶已在工程实验中进行检验，各个地区的社会示范公路试点都已经有了相关的建设经验以及成熟的方案。
第二是出行信息服务、交通运行监测等传统公路运营场景逐渐成熟，如今智慧化场景更加成熟，并且在不断通过积累相应的用户，稳步发展用户的服务体验感。
第三是带动了整个公路机电系统的跨越式发展，包括感知系统、通信系统等方面都得到了进一步迭代。
第四是推动了公路建设和运行市场开放进程，如今公路的建设和运行已经成为一个市场开放的进程，随着智慧交通的发展，华为、阿里、百度等互联网大厂也开始加入了智慧公路的建设过程中，刺激了整个市场的升级和转型。
各地积极推进技术政策。如今各地都在积极推进技术政策的落地。从2020年到2023年，各地都发布了许多智慧公路建设指南，指导智慧公路建设的方向和状态。
通过总结各地智慧公路建设指南，可以发现其提出的建设内容基本上趋同，都是对外场感知、传输系统和云控平台等基础设施提出相应的要求，更多体现在应用服务上，虽然侧重点略有不一致，但底层逻辑是一致的，只是应用有所不同。在涵盖的业务方面，公路业务主要涵盖两个方面，一个是建造行业，即智慧工地的建设，另一个是智慧运行，也称运营管控。
发展方向丰富多样。基本上百分百的道路都会进行视频监控及视频智能分析、突发事件的监测和交通流量监测等方面建设，每个交通业务都会涉及到，因此这些方面的需求相对较多。
此外建设的内容更集中在公路基础设施数字化领域，同时对于智能建造方面的技术应用也进行了探索。对于恶劣天气的诱导、主动安全防控，大部分地区进行了尝试性的工作，但还较为谨慎。
总体来说，目前智慧公路的技术发展仍处于初期阶段，“多点开花”是目前最佳的发展状态。
智慧公路建设困境存在阶段性问题。智慧公路发展存在的阶段问题较为突出，制约了智慧公路的全面建设与发展，主要包含以下五方面。
第一是需求不太清晰、缺乏新的场景，在技术和体制机制方面的创新不够。
第二是为了形成新的业态，主要以尝试性的试点为主，或以试验方式进行智慧公路的建设，各种产业链还未进行固化或市场化。
第三是智慧化的验收缺乏依据，如今各地建设智慧公路后难以实施验收工作，如何验证其技术指标或功能，目前还没有相关依据，仅有相应的建设指南，但指南更多的是推荐性要求，不能作为验收依据，工程建设需要投资，但验收也十分关键，这也是最关键的一点。
第四是建设投资的效益不明显，各种新技术应用的阶段，包括在研发的投入中都存在大量的资金使用，但研发的成本相对较高，收益、获得感和体验感相对较弱。
最后是智慧与机电的分割，现在公路工程机电系统建设自成体系，其自身的标准规范相对比较固化，将智慧公路的新设施与原有的机电融合的效果较差。
智慧公路发展思想需要进一步拓展和升华。智慧公路发展思想的拓展和升华主要在两方面，第一是要打通地区的原有理念，将信息技术融合贯通到智慧公路的建设过程中，以往的公路强调路网建设的“硬联通”，如今智慧公路建设更加强调“软联通”，把各个信息打通，加强各个设备、系统和平台之间的联系，从而消除数据孤岛。
第二是创新驱动发展，工程建设更强调技术方面的创新，但许多体制机制制约了这些技术的应用，技术容易在管理模式等方面存在问题，从而限制了其应用，因此需要不停的迭代和推动体制机制的创新。
着力解决几个“当务之急”。主要有以下三个方面内容，第一是在公路示范运营中会被“需求不明确、用户体验感不太强，更多成为新技术的试验田”等阶段现象误导，用户没有办法获得到智慧创新的体验，但是我们不能被这种现象所迷惑，从而抵制新技术的应用，因为随着时间的推移，用户肯定会逐渐的使用到这些系统，这是一方面要解决的问题。
第二是解决数字化（数据）问题是目前最主要的问题，如今获得数据的方式和渠道多样化，但数据化有成本，比如存储、计算、网络、硬件和电力网络等基础方面，在智慧公路建设时，更多强调前端设计，忽略了后端的配套设备，对于设计院只需要做相应的设计，但如何合理使用、如何形成资源池，能够进行共享利用，也是一个十分重要的工作。
第三是产业链问题。目前很多示范公路都是从公路的角度建设，但国家希望从车、路两方面协同建设，因此打通车、路产业链的联通，推动公路和车辆共同发展也是一个重要的工作。
对智慧公路的新认识。对于智慧公路，首先要解决数字化底座的问题，从基础设施的角度升级迭代之后，加上“四柱”、“四梁”形成工作架构，“四柱”代表已有的业务，即智慧公路建设主要的支柱性业务，包括建、管、养、运四点，通过智慧化、创新性的手段解决业务中存在的问题。“四梁”是通过技术或体制机制方面的创新，支撑整个智慧公路的建设。
数字化的底座基础设施。包含五个方面内容，首先是感知系统，通过感知系统可获得各种交通运行状态、事件、环境、车辆和基础设施状态等信息，通过全面的数字要素推动智慧公路的应用建设。
第二是融合通信系统，在融合通信系统中收集感知数据，再发送相关服务信息，因此不管是哪种发送方式，都建立了相对融合的通信系统，包括光纤、DSRC等，通过双向方式解决通信网问题。
第三是定位与地图，最终要为车辆上的用户提供信息服务，因此需要配套的定位系统，以及支撑车辆信息服务的高精度地图。
第四是算力与存储，第五是技术平台，这些配套设施很大程度上解决了数据的应用问题。
实体公路+数字孪生公路。未来的公路肯定是一套实体的公路+数字孪生公路双向并行的双轨制公路形态。实体公路在建设期或运营期，相关信息形成数据后，转化为数字贯通的形式，从建、管、养阶段一直贯通，形成整个数字孪生的公路系统，打通原有的建设管理系统和综合养护管理系统，形成数字化信息系统的通道和整个公路全生命周期的数据资源体系，只有在这种资源体系下，才能支撑智慧运用的各种数据。
建设国家公路基础数据库。在建设公路基础数据库方面，目前已有数据基础，包括以往公路的信息平台，如桥梁管理信息平台、路网监测信息平台等方面的数据，未来将这些数据融合建成一个数据库和一张图的形式，进行统一整合，再结合各地示范路的相应数据，最终形成大的数据库。
四大业务重塑。要解决公路建、管、养、运四个阶段对于智能化的不同需求问题，传统公路的建、管、养、运有各自的运营管理需求和信息化系统，但相对非智能化，更多从人工角度完成运营管理。因此要为这四个业务进行服务来解决智能化的问题。
四大创新。四大创新包括数据赋能、创新驱动、网络运营和价值导向四个方面。在数据赋能中，通过数据底座建设和数据挖掘两方面解决数据赋能问题，通过数据挖掘和打通数据孤岛，将数据效用发挥到最大限度，再通过共享开放，为管理单位或公众用户提供更好的服务。在创新驱动上，智慧公路的发展具有长期持续迭代演进的特征。
在2000年之前，智慧公路的建设主要取决于技术的创新，到了2020年以后，智慧公路更多的是从机制模式方面进行创新，目前公路局在进行相应的探讨，创新公路工程的建设标准中的运营管理模式、服务手段模式和商业模式，改进机制、融合创新技术，形成更好的创新驱动力。
在网络运营上，智慧公路都是以路段为单位进行建设，但网络化运行是未来必然趋势，如今较成熟的方案是以省的路网为单位来进行一体化设计和运行，保证整个省路网智慧化的贯通和连续，同时要统筹如平台、数据和设施等建设规模，目前部分省份的高速公路集团公司已经开始建设各自的云控平台，进行云资源的集中化统筹管理，方便打通各个路段数据，并进行集成化和统一化的应用和管理。
在价值导向上，建设智慧公路的最终目标是为社会提供安全高效的运输服务，这始终是智慧公路建设的本质和初心，解决价值导向问题，就是要提供高价值的新应用，提升公众的体验感和获得感，注重运营主体的价值和投资效益的回报率，为智慧公路建设投资方提供更高的效益，同时还要通过“公路+旅游”、“ 公路+物流”和“公路+能源”等方面的形式，打通各个行业之间的壁垒，提供更优质的经济服务。
智慧公路技术的发展趋势。随着运载工具的智慧化等级和网联化等级越来越高，智慧化公路为了更好的进行结合，从原有的互联状态变成合作运行的状态，再到全体交通系统的自动化状态。智慧公路最终会发展成为全精准、泛在感知、全程运行受控、泛在互联的系统，其中还需要智慧化的基础设施作为支撑。
智慧公路指导意见（起草中）。目前交通运输部公路局在准备发布行业的“指导意见”，及时把握和引领公路建设数字化的转型和智慧公路的建设发展，主要包含几个重点工作：
第一是要支持设计施工的数字化，从建设阶段加强公路全生命周期数字化统筹，推广公路数字化勘测，推进公路数字化设计，推动公路智能建造和智慧工地建设等。
第二是在役公路数字化，在役公路升级改造，主要包括提升养护管理的数字化水平、结合农村公路的数字化综合监管体系（农村的薄弱环节，体量较大）、公路养护装备和智能化的升级以及构建公路安全应急数字管控体系。
第三是路网管理和服务的数字化，包含四个方面，首先是打造路网智能感知的体系，结合现在高速公路上布设较密集的ETC门架感知系统和关键点位置的感知设备布局，拓展各类数据化的应用；然后构建整个智慧路网的监测调度体系，更好的提高运行效率，这是体制机制改革的重要方向；接着是推动公路管理服务设施智能化提质升级，最后是打造一体化的公路出行新模式，包括APP等各种新应用，形成新的应用效益。
第四、第五是从行业数字化治理的角度和数字化技术规范角度开展，建立健全全市场的主体数据库，提高一网通管的监管能力和一网通办的政务服务水平，这也是市场化、数字化管理的一部分。同时关于公路工程的标准体系也在进行修编，希望能够形成数字化的标准体系，推动整个数字化系统的建设。
第六是智慧公路的基础设施支撑保障，现在基础设施更多强调前端工作，如何更好的应用数据为智慧公路提供更好的能效比，也是未来要做的重点工作，因此运用好数据，构建新的应用模型，形成专业的算法去完成这方面的工作，也是指导意见提出要强化、要做的事情！
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