國(guó)際觀察 | 數(shù)字時(shí)代的智慧高速公路全球趨勢(shì)
摘要
智慧高速作為新一代信息技術(shù)與交通運(yùn)輸深度融合的重要載體，在提升高速公路運(yùn)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(guó)爭(zhēng)先加快技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。本文在深入分析全球智慧高速建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，梳理研判智慧高速發(fā)展趨勢(shì)，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、全球智慧高速總體發(fā)展情況
以5G、云計(jì)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(qiáng)國(guó)爭(zhēng)相加快部署的熱點(diǎn)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在智慧高速方面的推進(jìn)主要關(guān)注無(wú)人駕駛、車路協(xié)同、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、智慧化運(yùn)營(yíng)管控和出行誘導(dǎo)服務(wù)等方面，但總體是行業(yè)對(duì)智慧高速內(nèi)涵理解不同，尚未形成統(tǒng)一的共識(shí)。世界各國(guó)結(jié)合新興技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及發(fā)展訴求，積極推進(jìn)高速公路傳統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)升級(jí)，例如開(kāi)展基于多傳感器融合的超視距感知、交通流運(yùn)行規(guī)律挖掘及短時(shí)預(yù)測(cè)、智能主動(dòng)管控、車路協(xié)同、長(zhǎng)壽命新型道路材料、無(wú)線充電等技術(shù)研究及試點(diǎn)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(diǎn)。
圖1 全球范圍智慧高速公路探索
（一）美國(guó)：以高速公路為載體開(kāi)展車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛新技術(shù)探索
通過(guò)730萬(wàn)起交通事故的分析和統(tǒng)計(jì), 美國(guó)高速公路管理局（NHTSA）預(yù)測(cè)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(qiáng)化高速公路運(yùn)行安全，美國(guó)持續(xù)開(kāi)展基于5.9GHz短程無(wú)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(yùn)輸車輛防碰撞應(yīng)用。重點(diǎn)推進(jìn)專用無(wú)線通信帶寬設(shè)置、路測(cè)RSU及車載OBU設(shè)備、超視距感知協(xié)同等技術(shù)研究，當(dāng)前開(kāi)展車輛網(wǎng)設(shè)備部署應(yīng)用的州已超過(guò)50%，并在相關(guān)高速公路開(kāi)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試。
圖2 聚焦車輛碰撞防護(hù)，美國(guó)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(diǎn)試點(diǎn)項(xiàng)目之一，懷俄明州交通部針對(duì)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(wèn)題，開(kāi)展車車交互、車地通信部署，提供行進(jìn)前方碰撞警告、道路運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知、事故區(qū)域警告、天氣影響分析、險(xiǎn)情通知等5項(xiàng)功能應(yīng)用，當(dāng)前已完成400輛高頻卡車（包括150輛高頻重型運(yùn)營(yíng)卡車、100輛交通局車隊(duì)、150輛掃雪車及巡邏車）以及75個(gè)路側(cè)節(jié)點(diǎn)布設(shè)。
圖3 美國(guó)主要貨物運(yùn)輸廊道
（俄懷明州南部I-80高速公路）車聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)方案
圖 4 I-80高速公路車聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)功能
（二）日本：依托ETC2.0，推進(jìn)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(biāo)，推進(jìn)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(fèi)系統(tǒng)功能基礎(chǔ)上，推出世界首款DSRC大容量雙向通信設(shè)備ITS Spot，提供擁堵預(yù)測(cè)及路徑規(guī)劃、特殊車輛運(yùn)行規(guī)律及軌跡追溯、動(dòng)態(tài)費(fèi)率調(diào)整、異常駕駛行為識(shí)別等智能出行引導(dǎo)及運(yùn)營(yíng)管理服務(wù)。2016年正式提供ETC2.0服務(wù)，全國(guó)高速公路累計(jì)完成1700個(gè)路側(cè)設(shè)備部署。
以高速公路動(dòng)態(tài)費(fèi)率為例，面向城市擁堵緩解，通過(guò)接入ETC車輛軌跡數(shù)據(jù)分析路網(wǎng)通行態(tài)勢(shì)，主動(dòng)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(fèi)用折扣，有效疏解城市內(nèi)部道路擁擠情況。同時(shí)支持高速公路運(yùn)行規(guī)律分析，通過(guò)車速變化特征精準(zhǔn)識(shí)別路網(wǎng)瓶頸節(jié)點(diǎn)，為及時(shí)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(jìn)
（三）歐洲：以主動(dòng)交通管控為基本路徑推進(jìn)智慧高速建設(shè)
聚焦高速公路主動(dòng)交通管控，歐洲注重出行需求及運(yùn)行態(tài)勢(shì)的智能發(fā)現(xiàn)，面向多國(guó)互通的基本特征，強(qiáng)調(diào)跨國(guó)高速公路信息系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接及可持續(xù)發(fā)展，重點(diǎn)打造歐洲數(shù)字交通走廊。積極推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化DSRC車路通信、綜合交通信息服務(wù)、新型長(zhǎng)壽命道路材料、極端天氣預(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?shī)W地利高速公路主動(dòng)管理系統(tǒng)為例，圍繞交通流主動(dòng)式引導(dǎo)，注重對(duì)擁堵、事故、天氣等異常情況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與及時(shí)響應(yīng)，基于在線可編輯的全自動(dòng)控制策略庫(kù)以及高密度部署的可變電子情報(bào)板，開(kāi)展了分車道動(dòng)態(tài)限速、臨時(shí)路肩使用、基于交通狀態(tài)的動(dòng)態(tài)繞行引導(dǎo)、擁堵響應(yīng)處理、動(dòng)態(tài)貨車管理、車距保持警示、極端惡劣天氣監(jiān)測(cè)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(yùn)行效果顯著，實(shí)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(kāi)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(cè)體系，不依賴傳統(tǒng)的路側(cè)掛靠設(shè)施，通過(guò)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(jī)端無(wú)線交互，集成交通流監(jiān)測(cè)、指引體系及管控信息虛擬化、基礎(chǔ)設(shè)施健康狀態(tài)實(shí)時(shí)感知等功能，集約化理念突出。
圖6 奧地利高速分車道動(dòng)態(tài)限速（左）及臨時(shí)路肩使用（右）
（四）國(guó)內(nèi)：以數(shù)據(jù)鏈為核心，差異化開(kāi)展智慧公路示范建設(shè)
我國(guó)高度重視高速公路智能化建設(shè)工作， 2018年交通運(yùn)輸部印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)新一代國(guó)家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)的通知》，面向北京、浙江、廣東等9個(gè)省市差異化開(kāi)展新一代國(guó)家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)示范，提出基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、路運(yùn)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(guó)家交通控制網(wǎng)六大試點(diǎn)方向，北京延崇智慧高速、廣東廣樂(lè)智慧高速、江西昌九智慧高速等工程被列入示范項(xiàng)目重點(diǎn)推進(jìn)。圍繞交通強(qiáng)國(guó)示范建設(shè)和新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)部署，全國(guó)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(tái)、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(jī)荷智慧高速等），大力開(kāi)展5G、人工智能、云計(jì)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(tái)智慧高速為例，基于高橋隧比、大霧冰雪等極端天氣易發(fā)等基礎(chǔ)特征，著重打造準(zhǔn)全天候運(yùn)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(chǎng)景，搭建智慧高速云控平臺(tái)，支持隧道主動(dòng)應(yīng)急救援及自動(dòng)駕駛，實(shí)現(xiàn)高精度駕駛輔助及智能管理。廣東廣樂(lè)高速智慧化試點(diǎn)，以控制服務(wù)云中心為核心，科學(xué)部署邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)、車路協(xié)同、高清視頻及毫米波雷達(dá)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(yùn)一體化車路協(xié)同等5類應(yīng)用。
圖7 杭紹臺(tái)智慧高速
二、智慧高速未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)研判
總體上，當(dāng)前智慧高速依然處于探索階段，尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化定義及功能框架，但“設(shè)施數(shù)字化、運(yùn)輸自動(dòng)化、管理主動(dòng)化、服務(wù)個(gè)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(wú)線通信、自動(dòng)駕駛、人工智能等技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，未來(lái)5年智慧高速公路將進(jìn)入規(guī)?；ㄔO(shè)階段。
（一）由單一碎片采集轉(zhuǎn)向全要素、全時(shí)空感知
高速公路基本建成較為完整的交通運(yùn)行、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)體系，但主要覆蓋分合流區(qū)、關(guān)鍵橋梁等部分點(diǎn)位，監(jiān)測(cè)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(cè)、人-車-路-環(huán)境多要素分析等方面能力不足。通過(guò)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(cè)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(shí)空感知體系，將實(shí)現(xiàn)高速公路數(shù)據(jù)高質(zhì)量采集、高可靠傳輸，是推動(dòng)伴隨式信息服務(wù)、實(shí)時(shí)交通管理等應(yīng)用的關(guān)鍵舉措。
（二） 由被動(dòng)型事后處置轉(zhuǎn)向主動(dòng)式精細(xì)化管控
高速公路運(yùn)行環(huán)境相對(duì)封閉，以事后處置、經(jīng)驗(yàn)研判為主的管控模式，極易導(dǎo)致異常事件受影響范圍擴(kuò)大、受影響程度加深，難以適應(yīng)新時(shí)期高質(zhì)量出行體驗(yàn)、高效能業(yè)務(wù)處置的需要。主動(dòng)管控模式，基于高速公路動(dòng)靜態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)宏觀及局部運(yùn)行態(tài)勢(shì)進(jìn)行多時(shí)間尺度預(yù)測(cè)，精準(zhǔn)識(shí)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(dòng)態(tài)匝道控制、路肩控制、車道控制、費(fèi)率調(diào)整等主動(dòng)控制策略，實(shí)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(gè)性服務(wù)
當(dāng)前以靜態(tài)交通標(biāo)識(shí)、第三方地圖平臺(tái)為主的高速公路信息指引體系，無(wú)法滿足基于高速公路動(dòng)態(tài)運(yùn)行形勢(shì)的車道級(jí)實(shí)時(shí)指引，難以提供貼合公眾出行習(xí)慣的精準(zhǔn)服務(wù)。北斗高精度定位、知識(shí)圖譜、5G遠(yuǎn)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(bào)板-廣播-手機(jī)信息-網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等多方式信息及時(shí)發(fā)布，進(jìn)而促進(jìn)伴隨式信息服務(wù)加快落地，將逐步實(shí)現(xiàn)出行前-出行中-出行后全過(guò)程精細(xì)化引導(dǎo)。例如，結(jié)合前方道路事故信息，主動(dòng)提供車道級(jí)行駛方案或引導(dǎo)公眾從最近高速公路出口繞行；利用知識(shí)圖譜，構(gòu)建公眾駕駛行為、出行路線等個(gè)人出行畫像，提供車道級(jí)動(dòng)態(tài)路線規(guī)劃、安全駕駛風(fēng)險(xiǎn)提示等伴隨式個(gè)性服務(wù)。
（四) 由傳統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向新技術(shù)集成、新模式探索
以收費(fèi)、通信、監(jiān)測(cè)為核心的傳統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)，對(duì)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(dāng)前全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進(jìn)的發(fā)展環(huán)境，高速公路信息化在更復(fù)雜智能的運(yùn)行控制、更精準(zhǔn)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(dòng)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(jìn)，編隊(duì)駕駛、遠(yuǎn)程駕駛、無(wú)線充電等新模式探索逐漸落地，將進(jìn)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(jí)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(yùn)營(yíng)單位、運(yùn)輸企業(yè)、開(kāi)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(shì)，是加速推進(jìn)有關(guān)技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用的必然趨勢(shì)。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(yùn)輸企業(yè)車輛、出行公眾車輛安裝必備的車載終端才能完全發(fā)揮效能；跨區(qū)域無(wú)縫銜接，支持不同運(yùn)營(yíng)單位的服務(wù)信息融合應(yīng)用，實(shí)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(yùn)輸部關(guān)于推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》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(jiān)持頂層設(shè)計(jì)、創(chuàng)新引領(lǐng)、新舊共融等發(fā)展思路，切實(shí)有效引領(lǐng)交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)。
（一） 開(kāi)展智慧高速總體規(guī)劃編制，完善頂層設(shè)計(jì)
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(yùn)行規(guī)律、地理環(huán)境特征、未來(lái)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(jī)理，提出各階段建設(shè)目標(biāo)，明確智慧高速核心功能體系、實(shí)施時(shí)序、建設(shè)重點(diǎn)等頂層設(shè)計(jì)方案，注重與傳統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)的融合發(fā)展，強(qiáng)調(diào)功能當(dāng)下適用、體系框架兼容未來(lái)拓展。
（二）開(kāi)展智慧高速核心技術(shù)研究，筑牢技術(shù)支撐
針對(duì)當(dāng)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(dòng)控制、個(gè)性化精準(zhǔn)誘導(dǎo)等核心功能，分層次、分類別開(kāi)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(yùn)行態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及態(tài)勢(shì)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(shí)別等，為開(kāi)展智慧高速建設(shè)提供核心技術(shù)支持。
（三）開(kāi)展智慧高速標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研究，支持協(xié)同共融
在充分開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)智慧高速公路復(fù)制推廣、功能協(xié)同。
（四 ）開(kāi)展智慧高速試點(diǎn)示范建設(shè)，引領(lǐng)成熟應(yīng)用
當(dāng)前智慧高速建設(shè)尚無(wú)成熟經(jīng)驗(yàn)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(yùn)行可靠性依然有待進(jìn)一步驗(yàn)證，應(yīng)在總體規(guī)劃的統(tǒng)一部署下，結(jié)合高速公路運(yùn)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(chǎng)景開(kāi)展智慧高速先行試點(diǎn)布局，驗(yàn)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(kāi)展智慧高速建設(shè)與運(yùn)營(yíng)模式研究，踐行集約建設(shè)
與高速公路傳統(tǒng)機(jī)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(duì)前沿技術(shù)的充分預(yù)留要求更高，如何實(shí)現(xiàn)集約式建設(shè)、功能體系持續(xù)可拓展、運(yùn)營(yíng)綠色高效，是智慧高速高質(zhì)量建設(shè)運(yùn)營(yíng)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(jìn)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(jì)、同步建設(shè)，提前預(yù)留空間布局。二是研究改擴(kuò)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(yùn)營(yíng)模式，引導(dǎo)市場(chǎng)主體轉(zhuǎn)變角色，推進(jìn)智慧高速信息化系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)一體化。四是細(xì)化行業(yè)分工及角色，著力培育智慧高速運(yùn)維領(lǐng)域?qū)I(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，為打造智慧高速行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)提供支撐。