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智慧高速建设路径探究

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  • 更新时间:2020-09-17

作者:史俊 

同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司 

摘要:本文对智慧高速公路智慧层级进行划分,给出中级智慧高速的含义和特征,指出高速公路信息化建设的现状及问题,并从技术和管理两方面给出智慧高速的建设路径,为国内高速公路由初级智慧阶段迈向中级智慧阶段指明了方向和建设路径,对国内智慧高速公路的建设规划具有一定的参考价值。

      智慧高速公路是智慧交通的重要组成部分,自2012年以来,浙江、云南、湖南、江西、山东等地就陆续提出开展智慧高速公路建设工作或试点工作[1],2016年7月,国家发展改革委、交通运输部发布《推进“互联网+”便捷交通 促进智能交通发展的实施方案》,要求推动智慧公路建设,增强道路网运行控制管理能力。2018年2月,北京、河北、吉林、江苏、浙江、福建、江西、河南、广东等9省(市)作为新一代国家交通控制网和智慧公路的试点地区,重点面向基础设施数字化、基于大数据的路网综合管理等六个方向开展建设,在全国掀起了智慧公路建设的高潮。但从各地已建成的智慧高速公路实际效果看,更像是高速公路信息化建设的延续,“智慧化”程度还相对较低,处于智慧高速的初级阶段。为什么对智慧高速的理解会不一致?什么是智慧高速公路?智慧高速公路有哪些特征?如何在现有高速公路信息化基础上进行升级从而建成真正意义上的智慧高速公路?国内对这些问题研究还有待进一步深入。本文围绕上述问题进行了阐述。

智慧高速公路发展概述

早在2012年,浙江省率先提出建设智慧高速,但8年来,行业内对智慧高速公路的概念和内涵[1]的理解仍不尽相同,究其原因,主要在于科学技术的快速发展,促使人们对“智慧化”的认识和期望也在不断提升,因此从发展的角度来说,智慧高速公路的定义也必将随着技术发展而呈现不同的特征。

智慧高速公路概念源自于IBM公司提出的“智慧地球(Smart Planet)”发展战略,其核心是“3I”即“感知化”“互联化”和“智能化”[2]。“智慧”的中文意思是根据人的理解和经验作出更好和更准确判断,从而拥有能更好解决问题的能力。按照智慧高速公路“3I”的运用范围、技术水平及体现出来的解决问题的能力,可将智慧高速公路分为三个层级。其分类见下表。

近阶段智慧高速的含义和特征

(一)智慧高速公路含义
       近年来,大带宽、低时延、广联接的5G通信技术,物联网感知技术,大数据计算技术和人工智能技术的飞速发展将“互联”“感知”“智能”带到了前所未有的高度。5G通信技术使得无线传输内容更加广泛、组网方式更加灵活,感知技术的发展使得感知的内容更加全面和准确,计算能力的提升使得关联运算的能力更加强大,人工智能技术的进步使得机器图像识别和决策分析能力更加精准,近阶段技术的发展有助于将智慧高速的层级从初级提升为中级。
      因此,近阶段将要打造的中级智慧高速公路需要:将云计算、物联网、移动互联网、大数据、人工智能、5G通信技术、高精度定位技术等新一代信息技术与高速公路“安全、高效、可控、智能”发展需求进行有效融合,构建以全面感知为基础,智能分析为核心,协同运行为方式,自主决策为关键,瞬时响应为要求,精准管控为目标的新型高速公路信息化技术形态。
(二)智慧高速公路特征
中级智慧高速公路的特征主要表现在六个方面:全面感知、智能分析、协同运行、自主决策、瞬时响应和精准管控。
全面感知:具备对高速公路及沿线设施、承载车辆、运行环境、作业活动等进行全面、智能、实时、准确的感知能力,能够主动感知设施设备、交通环境、作业活动、交通流运行异常情况,为后续自主决策、瞬时响应和精准管控提供数据支撑。
智能分析:具备对各种感知手段获取的群体信息与个体信息,历史信息与实时信息等多源信息,在一定准则下进行智能融合分析的能力,能够有助于识别异常,并支撑后续的自主决策。
协同运行:具备高速公路路段内不同业务之间,高速公路路段之间,高速公路与普通道路之间,高速公路与载运工具之间,高速公路与交通参与者之间实现互联与协同联动的能力,以助于提升管理效率和服务水平。
自主决策:具备利用机器学习技术开展高速公路异常事件自主学习的能力,针对高速公路运行异常进行实时运算,精准推测发展轨迹和结果,快速提出最优行动方案的能力,全面提升高速公路决策水平。
瞬时响应:具备实时感知应急事件的发生、迅速判断应急事件的级别、瞬时生成详细处置的方案、快速调动应急处置的资源的能力,全面提升高速公路的应急处置水平。
精准管控:具有高速公路全面的感知能力和路网异常运行的识别能力,具备主动开展路段级、车道级、车辆级(特殊车辆)精准化管控的能力,全面提升高速公路的管控水平,保障高速公路的安全、有序、畅通运行。

高速公路信息化现状分析

国内智慧高速公路建设是在传统高速公路信息化基础上的升级,建设的主要依据为三类。一是技术要求类:主要包括《高速公路监控技术要求》《高速公路通信技术要求》《公路网运行监测与服务暂行技术要求》《全国高速公路视频云联网技术要求》等。二是规划、发展纲要类:主要包括“十二五”“十三五”期间编制的交通运输信息化规划、公路养护管理发展纲要、数字交通发展规划纲要等。三是行动计划、实施方案类:主要包括《推进智慧交通发展行动计划(2017—2020年)》《推进“互联网+”便捷交通 促进智能交通发展的实施方案》《全国高速公路视频联网工作实施方案》等。由于缺乏系统性、持续性的建设,目前高速公路信息化普遍呈现如下不足。
(一)感知内容少、智能化程度低
感知设施布设范围覆盖不足,检测手段智能化程度低。目前高速公路主要监测手段还是以线圈车检器、气象仪及视频监控摄像机为主,针对桥梁等设施辅以少量物联网监测设施。线圈车检器布设间距长,易于损坏,难以维修,无法全面准确感知交通运行情况;视频监控摄像机布设间距长,智能化程度低,发现事件仍然需要依靠人工巡视。
(二)数据共享不充分、分析能力弱
高速公路数据分析主要还是依靠车检器采集的数据,缺乏其他方式采集的结构化数据,也缺少收费等数据的融合,数据分析主要采用报表式的统计分析方式,对实时数据的分析处理能力较弱。
(三)业务不联动,协同不密切
高速公路各路段运行业务与养护业务之间缺少联动,同一业务跨路段、跨路网的协同不密切,联合调度指挥能力弱。
(四)预测能力差、辅助水平低
因缺乏数据支撑,导致系统预测能力差,无法为人工决策提供有效的辅助,决策水平主要取决于指挥人员的经验。
(五)感知手段少、响应速度慢
因感知手段少,智能化程度低,监控覆盖面不够,导致事件发生后,无法第一时间掌握现场状况,无法快速生成应急指令,从而降低了响应速度和指挥效率。
(六)问题溯源能力差、管控水平弱
因缺乏全面感知的数据,无法对事件发生的根本原因通过仿真等方式展开溯源,无法确定问题症结,导致无法实现精准化管控。
除上述六方面的问题外,还存在着网络安全问题突出、信息孤岛化严重、标准规范有待加强、公众服务质量有待提高[3]等问题。

智慧高速建设路径分析

为建设更高水平的智慧高速,建议从技术和管理两方面发力,共同推进智慧高速建设。
(一)技术路径
1、建立标准规范
在全面推进智慧高速建设之前,应建立符合本地实际情况的智慧高速建设标准或建设指南,明确智慧高速的总体架构、建设内容、相关系统的建设要求和技术指标、数据接口规范等内容。
2、夯实基础设施
(1)完善路网感知设施
为实现全面感知、自主决策、精准管控,离不开各类感知设施的建设,因此应夯实基础设施,加密感知设施的布设间距,丰富感知手段,提升感知手段的智能化水平,实现路网的全面感知。
(2)提升基础设施数字化水平
除完善感知设施外,还应推动交通基础设施规划、设计、建造、养护、运行管理等全要素、全周期数字化。构建高精度交通地图,完善要素信息,实现高速公路设施的三维数字化呈现,支撑后续全天候复杂交通场景下自动驾驶、大件运输、事件溯源等专业应用。
3、汇聚数据资源
(1)加强数据汇聚和治理
智慧高速时代,应以数据为关键要素和核心驱动,赋能高速公路的运行、养护、服务等各项业务,汇聚高速公路运行、养护、收费等各类数据资源,通过脱敏、抽取、清洗、修补、转换、整合等手段进行数据治理。
(2)构建数据分析环境
搭建基于大数据分析技术的物理环境,支撑基于海量实时和历史数据的处理和大数据分析应用。
4、 强化应用水平
(1)强化数据分析水平
构建综合性大数据分析技术模型,综合运用跨路网、跨区域、跨行业的数据,研究建立具有较强应用价值的及时性、全局性大数据分析模型,有效支撑高速公路决策管理与服务。
(2)强化业务应用功能
以数据赋能,强化业务功能,有力支撑运行、养护、服务等各项业务。
(二)管理路径
1、建立统筹协调机制
智慧高速建设,既需要行业内的管理单位、路段公司、养护单位配合,也需要信息化、财政等行政主管部门的支持,需要建立统筹协调机制,由管理部门的主要领导牵头,建立智慧高速建设领导小组,协调各项资源,加快推进建设。
2、建立创新引领机制
建立创新引领机制,搭建开放性的创新应用试验平台,有条件地开放各类数据资源和图像资源,供企业、高校和科研机构开展研究。不断优化科研机制和成果转化机制,对于试用效果好的创新类产品、模型,从政策上加以倾斜,优先应用。
3、建立资金保障机制
智慧高速建设,既需要科研资金支持,也需要建设资金的保障,因此需要建立资金保障机制,通过专项资金的方式,支持智慧高速的建设。
4、建立人才保障机制
智慧高速建设和运行,需要专业化的人才队伍。建立跨领域、多层次人才培养体系,创新智慧高速人才培养机制和激励机制,建立智慧高速人才智库,培育层次多样、良性流动、激励有效的专业化人才队伍。

结束语

信息技术的飞速发展对高速公路行业产生了革命性影响,智慧高速作为交通运输行业信息化、智能化发展程度最高的领域之一,是建设交通强国的必由之路,将有力带动信息产业的快速发展。本文结合智慧高速技术发展和解决问题的能力,提出了智慧高速公路智慧层级的划分,给出了近阶段智慧高速的含义和特征,指出了高速公路信息化建设的现状及问题,并给出了智慧高速的建设路径。本研究为国内高速公路由初级智慧阶段迈向中级智慧阶段指明了方向和建设路径,对国内智慧高速公路的建设规划具有一定的参考价值。
参考文献
[1] 梁仁鸿,闫超,贾皓等.我国智慧公路发展存在的问题及对策建议[J].交通世界,2017,28:8-10
[2] 吕征奇. 论智慧城市的建设对城市发展意义[J]. 科技视界,2012,31:67,105

[3] 胡晓.智慧高速公路管理平台建设思考-以浙江省建设智慧高速公路为例[J]. 科技与创新,2018,22:114-119

(原文刊载于2020年第8期《中国交通信息化》)


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