林奕俊

（广东华路交通科技有限公司，广东广州510080）

0 引言

为了顺应公路工程的数字化、信息化、网络化、协同化以及智慧化发展趋势，智慧公路基于数字化信息平台，融合边缘计算、物联网以及AI 等信息化技术，以路网感知以及路网数字化技术为基础，构建一张包括高速公路网、公共交通图等解决方案，实现对于公路网的全程化可视、可管以及可控，打造安全畅通的公路交通网络，使得公众出行更加便捷愉快、交通管理更加高效智能、智慧道路的建设更加绿色经济，促进全要素感知的智慧公路信息化工程设计。随着现代社会及科学技术的飞速发展，智慧公路成了公路现代化建设工程的重要标志及高质量发展的关键演变形态，我国拥有全世界上最为复杂庞大的高速公路网络、最复杂的公路应用场景与超大规模的公路线网，因此，发展全要素感知的智慧公路信息化工程具有巨大的发展潜力及广阔的发展空间。智慧公路在实际应用中，具有以下三个核心价值及优势：

首先，智慧公路具有精确感知的功能，通过全网智能、多元拟合，实现人、车、路以及环境因素的全天候精准感知。

其次，智慧公路具有实时处理的优势功能，通过边缘智能技术对于路网感知数据进行实时化分析处理，迅速地对于各种业务进行实时更新处理。

最后，智慧公路具有云端协同的优势功能，通过云端化训练及边缘推理等信息化技术功能，在线提升智慧公路的信息化能力，面向业务能力进行可持续演进[1]。

根据相关数据显示，在我国大数据产业生态联盟联合《软件和集成电路》杂志社、赛迪顾问、工信部赛迪智库共同编制的《2021 中国大数据产业生态地图暨中国大数据产业发展白皮书》，据其中相关数据统计，截止2020年，我国新建高速公路智能系统市场规模约为24312 亿元，较2019年增长了11% 左右，较2020年全面增长6.0%，据前瞻产业研究院预测，到2023年年底，高速公路市场规模将接近25000 亿元，复合年增长率约为5%，为保障我国智慧公路的健康发展，应从加大资金投入、加强人才培养、加快技术创新三个方面入手，真正实现智慧公路的设计理念。

1 全要素感知的智慧公路信息化工程概念

全要素感知的智慧公路信息化工程是基于国土空间基础信息平台，为高速公路高效智能化监测监管提供影像智能识别、虚拟地理场景智能孪生、业务智能研判、空间智能分析等能力，实现对高速公路“天上看、空中探、地上查、网上管”的一体化的智能感知，全面支撑高速公路的规划管控、开发利用、保护修复与灾害监测监管，为高速公路主管部门、督查部门等提供多尺度、多层级、全域覆盖的智能感知监测监管手段。

公路信息化施工其实是继工程建设数字化建设、智能化应用之后的新型公路管理模式和组织形式，是先进信息技术、工业技术与管理技术的深度融合。通过智慧公路信息工程建设，不仅能促进工程建设管理单位内部生产关系的转型升级，完成与互联网社会生产力的和谐连接，还能进一步释放公路管理企业员工的创新和效率活力，为智慧公路信息工程建设管理单位提供可持续发展的动力。全要素感知的智慧公路信息化工程有助于实现自主、实时的全路段运行情况掌握，实现对于智慧公路的运营、服务以及平安三大体系设施基础的技术手段管理。全要素感知主要包含公路主体及其附属设施监测、交通运行状态监测以及公路气象环境监测等，将多种检测设备进行融合感知，实现了对于人、车、路以及环境的状态感知及管理程度，从而实现对于高速公路的交通事件以及气象环境的自动识别，全面提升智慧公路路段的感知及监测能力。全要素感知的智慧公路信息化工程设计，体现了现代化公路的服务水平，提升了智慧公路项目的服务能力。

2 传统的公路信息化工程设计过程中存在的主要问题

在全要素感知的智慧公路信息化工程的设计过程中，按照智能化、信息化理念设计全要素感知的智慧公路，有助于使高速公路具备一定的信息化采集服务功能，在信息网络之中实现互联共享、迅速地分析处理相关数据及问题，但是，在全要素感知的智慧公路信息化工程的设计过程中，还存在以下几个方面的问题。

2.1 智慧公路运营工作体系不够合理

随着公路基础设施的逐步形成，公路信息化也进入了人们的视野。但是，公路管理的职能部门还不够明确，权责划分仍然不太清晰，这就会导致出现无人管理及管理部门相互推脱职责，或者几个管理部门共同管理，但处理意见不一致的情况，在一定程度上不仅使责任划分不清，还导致人力、物力、财力的浪费。

2.2 保障体系不完善

随着经济的发展和人们需求的增加，路网规模不断扩大，随之而来的是公路信息化建设的压力，日益繁重的工作使得相关部门无法及时应对具体的施工情况，在一定程度上影响了施工的效率和合理性，从而使施工得不到应有的保障。

目前高速公路信息化建设管理基本上是以自身经济利益为原则，服务内部群众，严重阻碍了其社会化的全面发展，也增加了统筹管理和保障建设的难度。

2.3 缺乏机电系统技术方面的专业人才

机电系统技术的广泛应用加速了高速公路的信息化，但目前缺乏机电系统技术方面的专业人才，导致了技术和管理两方面的问题，不仅在技术上存在基本的技术建设问题，也影响了相关方面的发展规划。

2.4 信息资源没有得到充分利用

高速公路拥有庞大的网络资源和实时信息资源，但是就目前的情况来看，对这些资源的挖掘和利用力度远远不够，因此在高速公路信息上存在着严重的资源浪费。

目前，对高速公路信息化最关心的是信息采集，但为了实现高效的信息现代化，更有必要对信息进行处理和利用。

信息收集的最终目的是为决策服务，即对信息进行处理和整理，产生合理的分析结果，使决策者做出更科学的、可行的、可预测的决策。如果停留在信息收集阶段，不仅会使信息失去应有的意义，还会在信息收集中造成不必要的经济损失[2]。

3 全要素感知智慧公路信息化工程总体设计

3.1 数据源采集及云联网系统

3.1.1 基于现场的道路全程可视化交通数据采集系统

智慧感知的第一要素是可靠的交通数据来源，可视化以及全覆盖性是道路数据源采集系统的基本前提，因此，可以依托云联网工作实现道路的全程可视化监测，通过建设全程道路感知可视化建设，实现对于道路每辆车的监控及录像，并自动生成交通报表，为智慧公路信息化工程提供基础数据，实现对于高速公路全程路段的全要素感知智能监测，提升智慧公路信息化工程的运行效率及服务效能。

3.1.2 基于后台的视频云联网数据库建设系统

建设具有可视化、可测性、可控性以及可服务性的高速公路运行监测体系建设，以满足人民群众高品质的出行需求，有助于实现交通强国战略的落实。基于云联网系统的辅助，通过升级云平台将道路视频进行上传，搭建公众服务数据库，此外，还可以通过部省两级云平台实现对于高速公路的全程监测管理，打造云联网数据库的跨省共享功能，为全国范围内云数据库的建设服务[3]。

3.2 闭环数字孪生智慧交通管理系统的设计

智慧交通信息化建设是数字孪生技术的天然沃土，充分利用数字孪生技术的特性搭建数字孪生智慧交通管理系统是智慧交通信息化建设的有效途径。充分利用现有系统中视频、雷达、气象、情报板等各类传感器的全息数据，将所有数据信息采集到数字孪生系统中，搭建智慧交通管理数字模型进行仿真、预测及控制，并在高精度地图上进行展示，最终完成对交通路网实时全息感知、态势展示、拥堵研判、指挥调度、路网评价等功能，从而实现“实时感知—虚拟空间映射—仿真推演—智能决策—实时控制—再感知”的闭环智慧交通管理系统。需要通过建立闭环数字孪生智慧交通管理系统，支撑智慧公路信息化工程的运行，实现对于高速公路的智能化应用。

3.3 毫米波广域雷达系统的设计

毫米波雷达是一种在毫米波波段探测的雷达，毫米波是指在30～300GHz 频域、波长为1～10mm 的电磁波，毫米波的波长介于微波和厘米波之间，因此毫米波雷达兼具微波雷达和光电雷达的优点。毫米波广域雷达系统具备车辆状态监测功能、交通参数监测功能、交通事故检测功能、自动存储功能、故障自动诊断和报警功能以及时钟同步功能等，将其用于高速公路现代化感知系统的建设之中，有助于实现对于道路全线的智能监测，提升高速公路的监督管理水平，满足道路交通网络的高效运行，提升道路的通行效率，降低高速公路事故的发生率。毫米波广域雷达能够对于各要素信息进行采集、把控、追踪、定位及研判等，并将采集到的信息上传至中心平台，将应急处理平台、协调指挥部门及交通控制部门等功能进行结合，形成信息与控制管理的闭环反馈。毫米波广域雷达还具有天线口径小、窄波束、大带宽、多普勒频率高，反隐身性能好等优势，通过建立毫米波广域雷达系统对于全平台进行高效率运营及统一建设管理，大大降低全要素感知智慧公路信息化工程设计的后期运营维护工作量[4]。

3.4 智慧运维管控平台系统的设计

智慧运维管控平台系统指的是通过先进的物联网技术及大数据平台，实现对于用户信息的采集、处理及远程监测，全面掌握道路的整体运行情况，通过标准化的运维服务流程，转变传统的被动运维方式，建立智慧化运维管控平台的设计。

首先，智慧运维管控平台具有操作简单、入门快、多种业务集成、支持移动端工作以及满足多角色需求等优势，将其用于全要素感知智慧公路信息化工程设计之中，可以助力高速收费平稳运行。通过设计新收费模式，保障大量智能设备的正常运行，助力高速收费业务平稳运行。

其次，有助于提升运维工作效率。使运维工作更加统一、直观、便捷，避免了传统运维方式中操作难、耗时长的弊端，有效提升运维工作的效率。

最后，有助于提升通行率。有效提高高速设施的通行效率和应急保障效率，对于智慧运维管控平台而言，实现了对于高速公路全程的数字化管理，一旦出现故障及问题，可以通过移动端快速报修，接单人员全程定位跟踪，从而高效地开展智慧公路应急处置工作[5]。

3.5 硬件生命周期在线监测及远程维护系统设计

通过硬件生命周期健康监测、故障精准定位、远程接入、能耗管控以及智能分析等功能，使全要素感知智慧公路信息化工程具备智能分析、风险预警、健康状态管控以及硬件带外方式远程接入等功能，保证全要素感知智慧公路信息化工程对于系统故障的平均修复时间保持在15min 之内，通过建设远程管理控制器对于各类数据服务器、视频服务器和存储核心计算机等设备进行远程深度控制，水平形变精度为2mm，高程形变精度为5mm，此外，还可以依托全要素感知智慧公路信息化工程硬件生命周期在线监测及远程维护系统大幅度降低系统的停机风险，提早制定系统检修计划，提升硬件生命周期在线监测及远程维护系统的可靠性，实现全要素感知智慧公路信息化工程的自动运维及远程维护工作质量[6]。

4 结语

综上所述，立足全要素感知智慧公路信息化工程建设工作，探讨了基于全要素感知的智慧公路信息化工程的设计方案，并对于传统的高速公路信息化建设监控体系存在的网络化及智能化水平不足、工作效率低下、公众对于信息化服务的需求越来越高、光缆信息储备不足、通信光缆的维修工作烦琐、维修成本高、公路检修效率较低、安全风险大以及传统无线网络效率较低、维护较为困难等问题，指出了全要素感知的智慧公路信息化工程的设计方案，为全要素感知的智慧公路信息化工程的建设提供了检验指导及思路方案，以期为相关类似工程提供经验指导及借鉴。