■文/沙銳 梁德建（科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心）

智慧公路是以5G、物聯(lián)網(wǎng)、高精度導(dǎo)航定位技術(shù)為基礎(chǔ)的新型公路系統(tǒng)。在“新基建”的帶動(dòng)下，智慧公路迎來了屬于自己發(fā)展的黃金時(shí)代，成為我國近期發(fā)展的熱點(diǎn)和交通運(yùn)輸增長的新動(dòng)力。本文對智慧公路的概念、體系結(jié)構(gòu)和功能，以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)進(jìn)行了梳理，提出了我國智慧公路發(fā)展的對策建議。

一、關(guān)于智慧公路

（一）智慧公路的概念

智慧公路是以5G、物聯(lián)網(wǎng)、高精度導(dǎo)航定位技術(shù)為基礎(chǔ)，由感知和收集、網(wǎng)絡(luò)通信、決策和處理以及服務(wù)提供等系統(tǒng)構(gòu)成，具有道路信息高效采集、泛在控制誘導(dǎo)、智慧決策以及個(gè)性化服務(wù)等功能的新一代公路基礎(chǔ)設(shè)施。

智慧公路可以通過感知基礎(chǔ)設(shè)施與多網(wǎng)融合的通信設(shè)施，實(shí)現(xiàn)海量公路數(shù)據(jù)的超低時(shí)延、超高可靠、超大帶寬的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集和傳輸，從而全面、準(zhǔn)確掌握每段路、車、結(jié)構(gòu)物的狀況，協(xié)助智能車輛實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知和運(yùn)動(dòng)行為控制，最終顯著提升交通系統(tǒng)的安全水平、通行效率和服務(wù)水平，是交通行業(yè)與人工智能、新能源產(chǎn)業(yè)深度融合的“黑科技”。

（二）智慧公路的體系結(jié)構(gòu)及功能

智慧公路以人-車-路全面精準(zhǔn)感知以及智能決策為核心，通過人-車-路互聯(lián)與協(xié)作，構(gòu)建整個(gè)路網(wǎng)的協(xié)同管控與服務(wù)，其系統(tǒng)構(gòu)成及主要功能為：

感知及傳輸系統(tǒng)。傳統(tǒng)智能交通系統(tǒng)的信息采集手段單一，高速公路均采用固定的交通流采集設(shè)施，由于只在關(guān)鍵路段定點(diǎn)布設(shè)，覆蓋范圍受限。而智慧公路除固定交通流采集設(shè)施之外，還可通過導(dǎo)航數(shù)據(jù)、移動(dòng)終端數(shù)據(jù)等獲取信息，從而具備多維信息感知能力，實(shí)現(xiàn)車-路、車-車間的信息互聯(lián)互通，并與交通參與者協(xié)同聯(lián)動(dòng)，實(shí)時(shí)主動(dòng)檢測路網(wǎng)運(yùn)行情況和道路擁堵、匝道流量、設(shè)備故障等信息，為公路交通安全和高效通行提供數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同和區(qū)域路網(wǎng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)功能。除具備多維感知能力之外，智慧公路還采用信息雙向傳輸共享技術(shù)，以形成人-車-路多方協(xié)作機(jī)制，對路網(wǎng)的車輛進(jìn)行誘導(dǎo)，使路網(wǎng)車輛更加均衡。

智能管控決策系統(tǒng)。傳統(tǒng)智能交通由于感知和決策能力受限，無法實(shí)現(xiàn)全路段的管控，難以完成全路段車輛合理分流。隨著動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的接入、云計(jì)算以及邊緣計(jì)算等新技術(shù)的應(yīng)用，可以滿足智慧公路實(shí)時(shí)、復(fù)雜的計(jì)算需求，通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、多維數(shù)據(jù)接入，構(gòu)成智慧公路的大腦，大大提高智慧公路反應(yīng)決策能力，以減少人工操作和誤判，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)預(yù)測、快速響應(yīng)的智能化日常運(yùn)維管理。

智慧服務(wù)系統(tǒng)。傳統(tǒng)公路服務(wù)僅限于數(shù)字廣播、大屏顯示，無法實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、即到即享。智慧公路系統(tǒng)可通過人-車-路互聯(lián)互通，及時(shí)發(fā)布跨區(qū)域的交通信息及事故信息，延展信息傳遞范圍；通過對車流和車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急信息提示、路況預(yù)判、應(yīng)急救援、分流預(yù)案、定位等功能，提供個(gè)性化、定制化、門到門的全鏈條服務(wù)，提高了公路信息服務(wù)水平和質(zhì)量。

二、國內(nèi)外智慧公路發(fā)展現(xiàn)狀

（一）國外智慧公路發(fā)展情況

20 世紀(jì)80 年代美國聯(lián)邦公路管理局（Federal Highway Administration，F(xiàn)HWA）開展有關(guān)自動(dòng)公路系統(tǒng)（Automated Highway Systems，AHS）的研究。隨著技術(shù)的發(fā)展，AHS 逐步朝著智能化的方向發(fā)展，智慧公路的概念也從其中演化而來。目前，發(fā)達(dá)國家正相繼開展支撐自動(dòng)駕駛車輛的智慧公路示范建設(shè)與試驗(yàn)驗(yàn)證。

為了推進(jìn)智慧公路技術(shù)的發(fā)展，美國威斯康辛州和科羅拉多州正在籌建智慧公路。其中，威斯康辛州擬投入近5 億美元，對94 號州級高速公路進(jìn)行長度約30 公里的改造，將其中一個(gè)車道改建為能用于支持富士康無人自動(dòng)駕駛項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)車道。該車道將部署“聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)駕駛車輛”相關(guān)設(shè)備，包括監(jiān)控?cái)z像頭、光纖通訊系統(tǒng)、微波傳感器等，以能夠?qū)崟r(shí)報(bào)告緊急狀況和車流情況。改造計(jì)劃將于2021 年完工，并可根據(jù)技術(shù)發(fā)展更新升級。

歐盟通過“荷蘭—奧地利—德國”泛歐（跨國）高速公路信息服務(wù)走廊建設(shè)，積極探索公路基礎(chǔ)設(shè)施未來的發(fā)展方向，并已提出“第五代道路”的概念，旨在打造Forever Open Road，服務(wù)未來，所強(qiáng)調(diào)的高度自主適應(yīng)性和協(xié)同服務(wù)能力是其中的關(guān)鍵。

日本通過“車載信息及通信系統(tǒng)”“電子收費(fèi)系統(tǒng)”和“智能公路系統(tǒng)”等系列項(xiàng)目，持續(xù)推進(jìn)車路協(xié)同互聯(lián)的信息交互系統(tǒng)的研發(fā)、建設(shè)與規(guī)模化應(yīng)用，并統(tǒng)一了信息傳輸和接口標(biāo)準(zhǔn)。

（二）我國智慧公路發(fā)展?fàn)顩r

2018 年2 月，交通運(yùn)輸部組織開展了新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)示范工程項(xiàng)目，確定了北京等9 個(gè)?。ㄊ校┏袚?dān)第一批試點(diǎn)任務(wù)，示范構(gòu)建支撐新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路技術(shù)體系。項(xiàng)目將基礎(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)、新一代國家交通控制網(wǎng)等6 個(gè)方向作為重點(diǎn)，在9 個(gè)?。ㄊ校┓謩e開展重點(diǎn)實(shí)施。

目前，我國首條智慧高速公路已在浙江省開始建設(shè)，預(yù)計(jì)2022年杭州亞運(yùn)會前通車。公路起點(diǎn)位于杭州繞城下沙樞紐，終點(diǎn)位于寧波穿山疏港柴橋樞紐，全長約161公里，規(guī)劃雙向6 車道。該公路將具備智能、快速、綠色、安全四大要素。安全預(yù)警、實(shí)時(shí)誘導(dǎo)、專用車道、編隊(duì)行駛、自由流收費(fèi)、全天候通行、精準(zhǔn)管控調(diào)度等創(chuàng)新服務(wù)將得以實(shí)現(xiàn)。預(yù)計(jì)通行能力將提升20%到30%，可為現(xiàn)有社會存量車輛提供精準(zhǔn)信息服務(wù)和安全提醒，為駕駛車輛提供安全預(yù)警輔助和決策輔助。此外，這條智慧高速公路的設(shè)計(jì)將為無人駕駛提供安全的駕駛環(huán)境，通過智能化和容錯(cuò)設(shè)計(jì)，來提升道路系統(tǒng)的安全性，將事故危害程度降到最低，實(shí)現(xiàn)全天快速通行車輛以及零死亡。

此外，作為新基建的重要組成部分，5G 網(wǎng)絡(luò)為智慧公路的建設(shè)提供了基礎(chǔ)和保障。五峰山過江通道公路是江蘇首條5G 網(wǎng)絡(luò)全覆蓋的高速公路。在五峰山過江通道及南北公路接線工程實(shí)施交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施和公共通信基礎(chǔ)設(shè)施中，同步規(guī)劃、同步設(shè)計(jì)、同步施工、同步驗(yàn)收5G 基礎(chǔ)設(shè)施。待公路建成通車時(shí)，將成為江蘇省首個(gè)5G 網(wǎng)絡(luò)全覆蓋的公路交通設(shè)施，為進(jìn)一步的智慧公路建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

三、智慧公路技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)和方向

以“信息軌（數(shù)字化、信息化的道路形成的虛擬導(dǎo)航軌道）+車路網(wǎng)（車-路互聯(lián)形成的信息交互與實(shí)時(shí)反饋控制物聯(lián)網(wǎng)）+控制腦（由前端邊緣計(jì)算和后臺中心計(jì)算系統(tǒng)構(gòu)成的交通統(tǒng)籌調(diào)度與協(xié)同控制中心）”為核心，按照應(yīng)用維度和技術(shù)維度相結(jié)合的技術(shù)路線，智慧公路技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展重點(diǎn)和方向?yàn)椋?/p>

感知和辨識技術(shù)。重點(diǎn)推動(dòng)泛在傳感、多傳感融合、環(huán)境理解、高影響度對象辨識等技術(shù)的研究，為網(wǎng)聯(lián)汽車多車協(xié)同決策和規(guī)劃提供基礎(chǔ)。

交互和干預(yù)技術(shù)。重點(diǎn)推動(dòng)邊緣計(jì)算、多方式通信組網(wǎng)、交互信息內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)化、復(fù)雜決策規(guī)劃、車群編隊(duì)與運(yùn)動(dòng)控制、新型交通信號系統(tǒng)、新型交通指揮控制系統(tǒng)等技術(shù)的研究，建立無縫連接的道路車輛信息化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

新技術(shù)及新裝備。重點(diǎn)推動(dòng)高精度數(shù)字地圖快速生成技術(shù)、信息安全防護(hù)技術(shù)、公路線形與行車道結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)節(jié)等技術(shù)的研究，以及雷達(dá)和視覺處理裝備、低功耗高可靠泛在傳感設(shè)備、云控平臺、路側(cè)邊緣計(jì)算設(shè)備、新型交通流誘導(dǎo)、綜合測試評估等裝備的研制。

四、我國智慧公路發(fā)展對策建議

一是加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)支撐智慧公路健康發(fā)展。我國智慧公路正處于高速發(fā)展階段，相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新迭代迅速。應(yīng)以創(chuàng)新為牽引，加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)發(fā)展、用戶需求相結(jié)合，標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量提升相結(jié)合，國家標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等各層級標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的原則，建立有利于支撐智慧公路技術(shù)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)體系。

二是形成自主可控的核心技術(shù)裝備鏈。創(chuàng)新發(fā)展要依托源頭技術(shù)和核心裝備突破。以“信息軌+車路網(wǎng)+控制腦”為核心，按照應(yīng)用維度和技術(shù)維度相結(jié)合的技術(shù)路線，明確智慧公路產(chǎn)業(yè)源頭技術(shù)的重點(diǎn)領(lǐng)域和突破方向。

三是促進(jìn)車路協(xié)同的自動(dòng)駕駛技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用。公路系統(tǒng)的發(fā)展與載運(yùn)工具的發(fā)展具有高度相關(guān)性，自動(dòng)駕駛現(xiàn)已成為當(dāng)前汽車和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的焦點(diǎn)，智慧公路的發(fā)展將不可避免地面對不同技術(shù)等級的自動(dòng)駕駛車輛的逐步規(guī)?；瘧?yīng)用，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對公路線形和橫斷面參數(shù)，以及沿線新型監(jiān)測、交互、誘導(dǎo)、干預(yù)和控制手段的研發(fā)、部署與集成運(yùn)用。

四是通過示范驗(yàn)證加快技術(shù)落地和產(chǎn)業(yè)生態(tài)形成。智慧公路集成人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等多項(xiàng)新技術(shù)，具有學(xué)科交叉、產(chǎn)業(yè)協(xié)同、升級迭代迅速、牽動(dòng)面廣等突出特征，必須要走集成創(chuàng)新、協(xié)同驗(yàn)證的發(fā)展道路。應(yīng)依托重點(diǎn)實(shí)體試驗(yàn)基地和戰(zhàn)略區(qū)域重大示范工程，開展各類技術(shù)裝備集成應(yīng)用示范和持續(xù)效果評估、性能提升與技術(shù)組合優(yōu)化，加強(qiáng)“產(chǎn)學(xué)研用金”結(jié)合，打通產(chǎn)業(yè)鏈上下游，充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮各方優(yōu)勢資源及力量，聚力推動(dòng)技術(shù)落地，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)布局，盡快推出新一代智慧公路落地實(shí)體，并不斷優(yōu)化升級。