王 淼，于加晴，王 宇

中交公路规划设计院有限公司，北京 100010

1 智慧公路发展背景

从中国第一条公路的建成通车（1921年长潭公路），到中国高速公路通车里程稳居世界第一，每一次变迁都是一次历史性的突破，每一次突破都是技术的革新。随着智能感知、物联网、高性能计算等新一代信息技术与交通运输行业融合脚步的加快，新一轮科技革命和产业革命正在积聚力量。新一代信息技术的发展，正改变着人们的出行方式，也使道路发展的新常态由密集、高强度路网建设阶段向科学化、信息化方向转变。新基建时代下，公路因人车分离、交通运行环境相对简单，具有新技术落地最广泛的应用场景，智慧公路将为未来交通赋能。

2 智慧公路发展现状及趋势

从国家政策层面分析，2018年交通运输部发布《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》，不仅明确了九个试点省份，还提出了基础设施数字化、北斗高精度定位、车路短程通信技术、辅助驾驶、大数据分析与预警、“互联网+”等关键技术在智慧公路系统中的探索与应用，为智慧公路的建设提供了政策及技术支撑。2019年交通运输部发布《数字交通发展规划纲要》，前瞻性地提出了数字化的采集体系、网络化的传输体系和智能化的应用体系，为未来智慧公路体系的建设提供了架构支撑。

从技术层面分析，2020年《智慧高速公路建设指南（暂行）》指出了信息采集、传输、控制以及智慧设施的布设要求，为智慧公路建设提供了规范性指导文件。

从公路试点层面分析，延崇高速、杭绍甬高速、京雄高速等以政策为导向，分别从基础设施数字化、自动驾驶专用车道及广域感知、货车编队行驶与分等级车路协同等不同智慧应用角度，将智慧化技术手段与出行者的服务需求紧密结合，成为具备行业影响力的先行示范工程。

智慧公路系统的主流技术目前集中在智能感知、车路信息交互及多源异构交通大数据分析技术等，发展中存在如下问题：

（1）交通基础设施感知精度和数据传输速度受限。

（2）载运工具与基础设施间海量数据的可靠交互仍存在技术难点。

（3）各种数据相互孤立，尚未从动态变化的海量道路基础设施数据与交通状态信息中获取准确的决策分析依据。

智慧公路系统的主要发展趋势：第一，泛在感知与互联的数字化基础设施；第二，I2X融合通信；第三，基于移动互联及大数据分析的综合智能与出行定制化服务；第四，基于全域最优化的国家交通控制。

3 未来智慧公路体系

3.1 应用场景

以提升交通系统的效率、安全和服务水平为导向，面向未来路和车的智能化发展趋势，充分吸纳正在研究中的国家交通控制网、国家综合立体交通网规划纲要等阶段性成果，分析梳理涵盖人、车、路、环境、能源等交通要素的应用需求，从创新道路基础设施、效率提升、安全运营和综合管理四个方面，进行未来智慧公路系统的应用场景研究。

3.2 架构体系

瞄准未来交通“零拥堵、零管制、零死亡、零排放”的愿景，充分将北斗、物联网、人工智能、边缘计算、5G等新一代信息技术与未来智慧公路的安全管理、效率提升和信息服务等应用场景进行深度融合，按照信息流向和能源流向两个维度，构建开放性、兼容性、模块化、一体化的未来智慧公路系统架构体系。

3.3 内容组成

以交通大数据挖掘与综合利用为核心，突破传统的交通感知、传输、处理与应用的理念束缚，重点研究公路智能管控中枢系统、基础设施和交通安全设施的数字化、人车路环境能源的物联化、感知与传输的融合化、出行需求与交通控制的定制化等关键技术，提出面向数字化、物联化、融合化和定制化的未来智慧公路系统内容组成。未来智慧公路体系框架如图1所示。

图1 未来智慧公路体系框架

4 未来智慧公路场景构想

4.1 创新道路基础设施

目前智能道路主要是路侧主导，未来道路基础设施将具有主动感知、自主适应、动态交互的能力，从道路基础设施自身的结构、材料、交互能力创新的角度构想，场景如下。

（1）道路自感知：能够通过先进的自感知混凝土材料层或内置于道路中的各种传感器进行交通参数及道路结构状态和安全的自感知。

（2）道路自供能：通过道路预留能源转化接口，将太阳能、风能、车路振动产生的机械能转化为电能，实现道路基础设施和交通工具的能源供给和自融雪等场景。

（3）道路自排水：通过采用吸水混凝土和特定道路结构，实现路面积水的快速渗透和夏日路面降温。

4.2 效率提升

可以预见，未来交通参与者（包括驾驶员、乘客、行人等）、交通管理者、交通工具、道路管理设施之间的交互和协同将更加紧密，以提升出行效率为目标，从云端与路端协同控制角度构想，场景如下。

（1）云端和路端智能调度：根据路网流量和交通状态云端生成全局最优出行路径，路端获取局部交通状态后生成瓶颈处的限速、限流控制策略，通过路况预测、拥堵提示、匝道口关闭等信息预报，缓解拥堵，实现畅通出行环境。

（2）动态可变车道：通过精确获取路面交通流和特殊车辆或紧急场景的通行需求，将专用车道的管理由时间和空间的静态转变为柔性可动态调整，如潮汐车道、可移动式护栏等。

（3）无感收费：车辆进入收费虚拟标志区域，通过路端定位及云端身份认证，完成车辆身份识别，行驶路径实时发送至云平台，全程自动无感缴费，提高车辆通行效率。

（4）自动事故认定：路端对多体交通驾驶行为进行识别和跟踪，全面检测交通违法责任判定关联数据因素，云端实现分析、判断及交通违法的自动责任认定。

4.3 安全运营

以提升出行安全性为构想出发点，场景如下。

（1）全天候通行：通过强化道路边界诱导和碰撞风险提示，实现低能见度环境下的安全通行。

（2）伴随式信息提示：事故多发路段、施工路段伴随式语音提醒减速慢行、小心驾驶等。

（3）文明驾驶监管：路端进行驾驶行为记录，通过云端统计与分析对违规变道超车、超速等不文明驾驶行为进行网联信用记录，并可与车辆保费动态关联。

4.4 综合管理

综合考虑交通管理、道路运营、基础设施管养等需求，通过构建综合智能网联、分析、预测及管控服务为一体的智慧应用系统，将形成业务融合的管理场景。

（1）预约出行：借助人工智能手段，搭建以预约为核心的交通信息实时感知系统，通过超级计算机系统和强大的交通云实现出行需求响应及动态最优化调配，实现错峰、有序出行。

（2）路网监测管控：通过支持车车、车路通信等全面服务功能的云路网中心，实现全局路网监测管控及局地应急事件自动响应与救援。

（3）基础设施管养：通过BIM与AR技术，将虚拟设施与物理设施融为一体，记录并展示基础设施全寿命周期的结构及运营数据态势，实现安全预警及可视化管养。

5 应用技术展望

结合政策及技术现状，综合考虑未来智慧公路的通行与管理需求，展望未来智慧公路系统可突破的关键技术如下：支撑道路自感知、自供能及自排水的道路智能材料及建造技术；移动充电技术；支撑路端交通状态识别与跟踪的路侧AI感知技术；支撑全局交通优化的边云协同技术；基于卫星定位的无感收费技术；多源异构交通数据分析与处理技术。

6 结束语

综上所述，文章主要从未来智慧公路的通行与管理需求与应用角度出发，提出了未来智慧公路的场景构想，后续将从未来智慧公路各类应用场景的系统组成、技术实现方式等方面进行深入研究，进而为智慧交通发展提供有力支撑。