浅析高速公路的历程“起点”至未来的“终点”

浅析高速公路的历程“起点”至未来的“终点”摘要：随着经济的发展及国家的需要，出现了首条高速公路。随着我国“新基建”与“交通强国”加速推进，智能交通领域备受瞩目，全国高速公路正式迈进“一张网”运营时代，高速公路正向信息化和智能化方向发展，形成慧高速公路概念；智慧高速公路是应用新一代信息技术，促使人、车、路、网、云与环境之间的深度融合，提升高速公路运营管理水平和出行服务质量，实现高速公路的建设、管理、养护、运营以及服务全生命周期的数字化、自动化、智慧化管理的应用服务体系。关键词：智慧；高速公路；车路协同；建设一、高速公路“起点”的诞生（一）一条为赛车而设计的高速公路德国艾伏斯的10公里长公路是德国第一条高速公路，1921年9月19日这条公路正式启用。艾伏斯公路位于柏林市的绿林与苑湖之间，是双线道的柏油路面，两道之间以草皮及灌木隔开，同时也是为赛车而设计的，两车道尽头两端各以回转相衔接，使整条公路形成一个长形的循环跑道，第一次赛车于1921年9月24、25日在这条公路上举行。（二）世界第一条高速公路1932年当时的德国科隆市长阿登纳为第一条“德国的高速公路”从科隆到波恩的全长18公里的新型公路揭幕了，德国是最早建设高速公路的国家，1928年至1932年期间建成从科隆至波恩的高速公路，成为世界上首条高速公路；二战时期出于国家战争需求，在希特勒的改建下科隆至波恩线用于战争需要。（三）一条“马车时代”的高速公路早在2200多年前，我国已然开创了第一条“高速公路”，如今在陕、甘、蒙三省仍然有迹可循，这条高速公路的名字叫做“秦直道”。当时秦始皇为了巩固边防，一面镇守边关，一面修建重要的军事通道，“秦直道”始建于秦始皇三十五年（公元前212年），建成之后的秦直道在清朝之前都有使用，至清朝时逐渐废弃，这是一条“马车时代”的高速公路。（四）中国第一条高速公路台湾的麦克阿瑟公路，简称麦帅公路，该条高速公路于1962年5月开工，1964年5月建成通车；台湾这条高速公路运用美国的援助修建而成，同时又以美国著名将领命名，成了台湾战后经济史的缩影。1970年台湾兴建北起基隆、南至高雄南北高速公路，于1978年10月竣工通车，全长373千米的高雄至基隆高速公路原先叫做台湾南北高速公路，后来改为台湾中山高速公路，以中华民国国父孙中山命名，是台湾陆上交通最重要的大动脉。中山高速公路是台湾的“国道一号”，是台湾第一条高速公路，并隶属于当时台湾“十大建设”当中。（五）中国大陆第一条高速公路1984年12月开工建设，1988年10月建成通车，沪嘉高速公路的通车实现了我国大陆高速公路零的突破，开始了我国高速公路建设的新起点。沪嘉高速公路是我国第一条按高速公路工程技术标准设计并施工的高等级公路工程，是交通部“七五”重点建设项目；设有完整的交通标志、标线和交通监控系统，同时对其他地区高速公路的建设起到了示范作用。（六）中国大陆第一条长距离高速公路1984年6月沈阳至大连高速公路动工建设，1990年沈大高速公路全线建成通车，全长348.5千米，被誉为“神州第一路”。沈大高速是我国公路建设史上的里程碑，开创了我国大陆建设长距离高速公路的先河，沈大高速的建设成功表明中国有能力建设世界一流的高速公路，中国的公路建设从此跨入全新的高速公路时代。（七）中国第一条世界银行贷款建设的高速公路京津塘高速于1987年12月动工，1993年9月25日全线通车，这是我国第一条经国务院批准利用世界银行贷款建设的跨省、市的高速公路工程，京津塘高速公路正以其对高新技术产业的强大吸附力，形成我国北方的“黄金通道”。（八）中国第一条建设的智慧高速公路浙江省杭绍甬高速公路是中国首条建设的“智慧高速”，2017年6月开工建设，起于杭州下沙枢纽接杭州绕城，终于柴桥枢纽接宁波穿山疏港高速和未来的六横公路大桥，规划全长161公里；这是中国第一条智慧速公路，智慧之处主要体现在智能、快速、绿色和安全四大方面，能够支持全面自动驾驶实现智能快速收费，收费站不再拥堵可以克服冰雪雾霾等特殊天气情况的影响，全天候快速通行可以为用户提供新能源补给电动车续航服务，构建协同式交通安全系统，能够实现智能救援。二、智慧高速公路的挑战及应用随着我国“交通强国”的建设及经济需求，高速公路的发展进入智慧时代，智慧高速将是我国公路新建及改建的目标，也将成为公路建设短暂的“终点”目标。（一）智慧高速的概念目前而言，智慧高速的概念并没有统一的定义，但智慧高速所包含的内容基本是一致的，智慧高速是应用移动通信和互联网、5G、物联网、北斗定位技术、大数据、云计算、AI、BIM、V2X、车路协同、高精定位等新一代信息技术，实现高速公路系统的协同管控与创新应用服务，其中包括智能设施、智能决策、智能服务和智能管控等各类交通运行信息，从而进一步提升我国高速路网的科学管规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式；实现高速公路的建设、管理、养护、运营以及服务全生命周期的数字化、自动化、智慧化管理的应用服务体系。（二）智慧高速建设面临的挑战从目前我国高速路网的建设效果来看，由于对智慧高速的理解和认识没有在深层次形成统一，导致路网实施效果还有待提升。现在国内建设智慧高速公路迎来了最好的机遇和时代，但是智慧高速的建设也面临新技术、新模式、新业态下的单点技术的突破和新兴技术的融合等问题的挑战。1、感知内容少、智能化程度低智慧高速的转型升级离不开数据，当前感知设施布设范围覆盖不足，检测手段智能化程度低，数据感知有待进一步完善；感知手段不全面，智能化程度低，导致事件发生后无法快速生成应急指令，从而降低了响应速度和指挥效率。2、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及视频采集的数据，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，对实时数据的分析处理能力较弱。3、业务不联动、协同不密切高速公路各路段运行的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；虽然全国取消省界收费站站后，实现了全国收费一张网，但是离智慧高速的需求还远远不足，高速公路应急指挥调度系统缺乏信息化的管理手段，难以实现高效统一部署和跨部门的统一协作。4、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。5、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。6、尚未形成综合一体化管控平台当前高速公路设备及系统的运维管控尚处于被动模式，需要一个综合的管控网络和运维平台进行统一、高效、自动化的管理和服务。各省各业主目前形成了一定的综合一体化平台，但各省各业主之间的联动还未实现，尚未形成综合一体化管控平台。7、车路协同技术提升问题目前车路协同技术需要实现决策支持、车路协同管理、运行监测与预警、综合分析，综合交通诱导等应用。首先，车路协同将感知、计算、通信、控制等技术进行一体化融合，建设这样一套系统，存在建设标准体系相对滞后、各企业的产品之间难以互联互通；然后，车路协同建设内容主要包括车端、路端和云端，云端需要接人智慧高速全线交通数据，并打通公安、消防、气象等外部数据，对收集的海量数据进行存储和复杂任务计算处理，难度很大，相关技术需要进一步提升。高速公路领域的数据与相关产业上下游行业间仍缺乏协作和有效的数据挖掘与分析，协同发展水平较低，无法为多维度联动的协同发展提供有效的数据支撑。8、高精地图与定位技术问题高精地图与定位是智慧高速智能感知、精确分析、精细管理和智慧服务建设的重要支撑技术之一。高精地图与定位技术问题，从来不仅仅是定位精度的问题，还涉地图与定位延迟、刷新频率、稳定性等。另外，隧道、崎岖地势及建筑遮挡等地区，难以收到全球导航卫星系统(GNSS)的地基增强信号，从而造成定位精度显著下降，无法满足智慧高速及自动驾驶行进的要求。9、多源信息融合与网络安全技术智慧高速网络体系需要将车、路、云以及环境等多源信息进行融合，经过决策输出结果，为车主和运营者提供智能化的服务；但是在信息融合之后会面临诸多问题，例如传感器数据的有效同步与数据的实时处理，智慧高速涉及大量的传感器设备、视频设备、基础设施和配套系统，这些设备利系统在网络中被攻击的风险也将大幅提升。在智慧高速时代，信息安全隐患贯穿整个高速出行过程，更高标准的网络安全方案，才能保障车辆与基础设施的安全。（三）未来智慧高速具备的特点放眼未来，智慧高速公路将是当前和以后一段时间高速公路建设的重要方向，对现存高速公路进行逐步递进的智慧化提升改造，是实现智慧高速的重要发展思路。未来智慧高速的建设，是为了促进人、车、路、网、云与环境之间的深度融合，实现高速公路的建设、管理、养护、运营以及服务全生命周期的数字化、自动化、智慧化管理的应用服务体系；未来的智慧高速的特点主要体现在智能、高效、绿色和安全等方面，具体体现如下：1、全面感知通过联通物理世界和数字世界，让数据、软件和AI算法在云边端自由流动，推动交通基础设施的全方位感知及信息的实时交互；基于全面感知数据的挖掘，将更好地推动高速的智慧化升级迭代。具备对高速公路沿线设施、承载车辆、运行环境等进行全面、智能、实时、准确的感知能力，能够主动感知异常情况，为后续自主决策、瞬时响应和精准管控提供数据支撑。2、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，在典型场景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。3、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。4、智能联接通过5G等联接技术，打造全覆盖、低时延、舸靠、超宽、无损的网络通信能力，以实现无缝覆盖、万物互联。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，可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，以全面提升高速公路的决策水平及联动能力。5、高效响应基于高速公路智能感知、动静态运行数据分析，可以精准识别或预判关键匝道、瓶颈路段、主流量通道，可以有力赋能动态匝道控制、路肩控制、车道控制、费率调整等主动控制策略，实现车流提前引导及管控，极大地提升了高速公路通行及事件应急处置能力。具备实时感知交通事故、恶劣天气、自然灾害等突发事件引发通行缓慢、堵塞或者中断的应急事件的发生，并能迅速判断应急事件的级别、瞬间生成详细处置的预案、快速调动应急处置资源的能力，以全面提升高速公路的应急处置水平。6、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、特殊车辆精准化管控的能力，以全面提升高速公路的管控水平，保障高速公路安全、有序、畅通地运行。7、全天候通行为了保障特殊情况的及时处理，及时恢复交通，避免采用封路这种极端手段，需要边缘计算与边缘智能技术做到以AI能力、应用为核心，缩短端到端的延时。通过开展不良环境的全要素实时感知，建立匹配路段实际情况的气象环境预测模型，精确预测恶劣气象环境发生区段和时间等，及时采取安全保障措施，并利用雾天行车诱导设施、路面智能除冰融雪设施、横风预警发布设施，保障车辆安全通行。8、全过程管控通过智慧高速的建设、创新，实现道路使用者、管理者在全过程运营中实现安全、效率、体验的全面提升。从建、管、养、运、服的每个维度都能够达到精准管控，最终体现在出行指标上道路事故率下降、通行能力提升、道路拥堵率下降及运营成本下降。（四）未来的智慧高速的应用场景1、智慧高速监控分析的应用通过AI技术与高速公路视频监控系统的集合，实现高速公路智慧监控系统，可分析高速公路视频系统中道路拥堵、交通事故、车辆逆行、违规停车、行人闯入、抛洒物、变道、施工、烟火、团雾、占用应急车道等交通事件，对高速公路常发事件以及30多种偶发事件进行实时预警，事件召回率高达95%，确保高速交通事件的即发即检，提升交通事件的处置效率和应急处置能力；而且通过AI技术对偶发事件进行统计、学习、完善，系统将越来越智能；智慧监控系统，可自动识别发生事件、位置等信息，及时预警。2、高速公路收费稽核面向高速公路稽核需求，针对事后追缴证据不足、路径还原证据链缺失等稽核痛点，应用稽核平台与计算机相结合，实现精准识别车辆特征信息，实时获取车辆的信息，并将这些信息及时上传到云端。通过大数据平台，实现车辆路径还原、图搜服务、车辆异常分析、数据挖掘、收费稽核数据汇聚、证据链存储等计算处理，快速形成偷逃费证据链，为各收费稽核提供数据支撑服务和提升稽核追缴效率。3、智慧建设、管理、养护、服务的高速智慧公路充分利用物联网、云计算、卫星遥感、地理信息、MEMS传感器等新一代技术，结合具有自主知识产权的国际领先的人工智能交通气象预报算法和自主研发的气象、态监测等物联网采集系统，综合运用交通科学、系统方法、人工智能、知识挖掘等理论与工具，进行数据的采集、分析、整理、存储、整合、应用等，实现对高速公路建设、管理、养护、服务全过程、全要素的管理，充分保障交通安全、发挥交通基础设施效能、提升交通系统运行效率和管理水平，为通畅的公众出行和可持续的经济发展服务。4、智慧高速更安全、更便捷、更高效、更低碳通过高速公路传统基础设施（监控、通信、收费等）与车路协同新基础设施的融合发展、更新迭代，重点打造全天候通行、车道级服务、智慧管养、事件检测和收费稽核等行业应用生态，极大改善高速持续运营能力，形成高速公路“建管养运服务的闭环，以高效促低碳。建设智慧高速自由流收费可以让收费站拥堵减少、通行时间缩短，高速公路效率提升、交通事故减少、交通环境污染减少，实现更安全、更便捷、更高效、更低碳的智慧高速。5、高速智慧物流通道基于物流通道的交通组成中重载交通占比较高，智慧高速公路建设侧重对货运车辆的在途管控、基础设施结构健康监测以及智慧化养护等内容。一方面通过统计所有驶入路段的车牌、车型、轴载、进出时间、行驶区间等信息，形成一车一档的数据档案，并同步采集路面损伤和桥梁等重要结构的健康信息数据，分析重载交通对路面和桥梁结构的影响，科学指导养护计划；另一方面对货车开展在途管控，加强对货车长期占用超车道、超速、异常低速等不规范驾驶行为的监管和警示，综合提升物流通道的通行效率，保障行车安全。6、智慧旅游高速针对沿线景区资源丰富的高速公路，侧重公众出行服务，改善出行体验方面。加强与旅游景区、相关干线公路的数据交换共享，协调统筹高速公路收费站、服务区资源；借助互联网媒介、全彩信息发布屏、交通广播以及智能车载终端等途径为公众提供伴随式信息服务，发布周边景区客流信息；开展智慧服务区建设，配套建设智能停车、智能卫生间等设施提升服务品质，试点建设景区全息讲解设施，改善公众出行体验，带动地方旅游经济发展。7、智慧服务区依托智慧高速数据采集和分析能力，深度挖掘用户对服务区需求，实现智慧型服务区一体化的管理平台，通过信息推送手段向公众提供路况、预约、便捷服务等，满足公众出行服务需求；以服务区为高速公路枢纽节点，向高速公路客流运行提供指挥、保障、紧急医疗救助等服务，为恶劣天气、突发事件提供应急指挥和紧急救助，满足服务区运营监管、应急决策需要。8、车路协同自动驾驶自动驾驶是近几年车辆技术和交通行业的重点研究方向，在路段沿线配置智能感知设施和车路通信设施，协同开展自动驾驶，不仅能够提高自动驾驶车辆的安全性，还能提高道路运输效率；特别是对于长途货运来说，自动驾驶技术能够节约司机成本、降低交通事故率、提高行业运营效率。三、我国智慧高速公路建设情况及高速公路建设的“终点”（一）我国智慧高速公路建设情况2018年2月交通运输发布了《交通运输部办公厅关于加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点的通知》（交办规划函〔2018〕265号），明确北京、河北、吉林、江苏、浙江、福建、江西、河南、广东共有9个智慧公路试点地区，将围绕基础设施数字化、路运一体化车路协同、北斗高精度定位综合应用、基于大数据路网综合管理、“互联网+”路网综合服务、以及新一代国家交通控制网这六个方面开展全新试点及发展。随着我国“新基建”与“交通强国”加速推进，智能交通领域备受瞩目，AI、5G、工业互联网等数字化技术为交通带来的发展理念、管理