吳會彩

（河北省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

高速公路是現(xiàn)代科技的產(chǎn)物，目前，我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展越來越快，高速公路的總路程越來越長，但是面對不斷增長的車輛數(shù)量，道路資源有限的矛盾日益突出。一些高速公路仍然使用以往的設(shè)備，各種信息數(shù)據(jù)沒有及時更新，全面感知能力較差，交通設(shè)備和軟件的聯(lián)通性不足，導(dǎo)致交通系統(tǒng)的智能水平不高，不利于道路網(wǎng)絡(luò)的順利通行，還會降低大眾的出行感受。

為更好地開展動態(tài)、全面的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理，優(yōu)化大眾出行服務(wù)，我國出臺了相關(guān)文件以支撐交通強(qiáng)國建設(shè)的推進(jìn)。因此，相關(guān)部門要審時度勢，把握時代紅利，不斷創(chuàng)新和完善各種交通技術(shù)與手段，建立數(shù)字與網(wǎng)絡(luò)一體化交通信息網(wǎng)，促進(jìn)交通設(shè)施的數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展。

1 國內(nèi)智慧高速公路的發(fā)展情況

當(dāng)下，我國越來越多地區(qū)推行智慧高速公路建設(shè)，全新的智慧高速公路總長度已超過4000km。通過豐富的實(shí)踐活動，智慧高速公路的理論成果越來越飽滿。一些地區(qū)考慮到當(dāng)?shù)氐膼毫犹鞖?，在安全事故多發(fā)地區(qū)建立了主動的防冰融雪預(yù)警平臺，能夠及時預(yù)警災(zāi)難天氣，便于做好相關(guān)的預(yù)防工作；有些地區(qū)考慮到重大國際活動的開展，采取車路協(xié)同與道路智慧服務(wù)，更加科學(xué)地管控車道級交通流；還有些地區(qū)的智慧高速公路可以全天候高速運(yùn)行，且具有自動駕駛功能，以及分車道、分時段的車輛控制系統(tǒng)，能夠更加全面地監(jiān)督車輛的運(yùn)行情況。例如，山西某地區(qū)結(jié)合當(dāng)?shù)刂剌d貨運(yùn)交通繁忙的實(shí)際情況，應(yīng)用全道路汽車軌跡跟蹤系統(tǒng)，在關(guān)鍵路段記錄車輛信息，充分發(fā)揮其交互作用。不同地區(qū)的智慧高速公路都合理地使用信息化技術(shù)與智能化手段，使公路的建設(shè)、運(yùn)行和服務(wù)得到優(yōu)化，從而更好地幫助道路管理人員開展工作，大幅度降低交通事故的發(fā)生概率，有效提升高速公路的運(yùn)行效率。

2 智慧高速公路的建設(shè)

2.1 智慧高速公路的建設(shè)需要

智慧高速公路的建設(shè)包括新建高速公路、改建和擴(kuò)建高速公路、提高高速公路智慧化水平等多個內(nèi)容。為了進(jìn)一步達(dá)到全過程智慧化高速公路的運(yùn)行要求，高速公路智慧化建設(shè)要圍繞不同情況進(jìn)行設(shè)計。

例如，在事故多發(fā)地區(qū)、人口流動較大地區(qū)、交通樞紐地區(qū)、重點(diǎn)風(fēng)險地區(qū)，相關(guān)部門要考慮其不同的交通管控與安全防控需要，進(jìn)一步提升道路交通安全水平、通行效率和運(yùn)輸能力，建設(shè)智慧的高速公路。

2.2 智慧高速公路體系

智慧高速公路，顧名思義，需要在傳統(tǒng)的公路交通系統(tǒng)中納入智能科學(xué)技術(shù)，使高速公路更加科學(xué)和智能靈動。要正確地使用人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計算技術(shù)，將多種信息元素組建成為巨大的信息化網(wǎng)絡(luò)，從而更加全面地分析和觀察高速公路運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)高速公路智慧化。圍繞傳統(tǒng)的公路系統(tǒng)，建設(shè)智慧的公路運(yùn)營模式、道路養(yǎng)護(hù)管理模式以及商業(yè)服務(wù)體系。智慧高速公路體系是一個龐大的架構(gòu)，相關(guān)部門要厘清智慧安全、智慧管理和智慧服務(wù)等要素的權(quán)重，更好地實(shí)現(xiàn)高速公路的智能網(wǎng)聯(lián)和自動化駕駛目標(biāo)。道路管理部門和交通運(yùn)輸部門要深入了解交通管控需求，積極做好安全防控工作，大幅度提高高速公路網(wǎng)的調(diào)度與管控水平，推動高速公路的轉(zhuǎn)型發(fā)展。

2.2.1 智慧安全

智慧安全需要具備全息感知和準(zhǔn)確研判的功能。通過全生命周期數(shù)據(jù)來感知以及各種交互系統(tǒng)的配合，深入分析高速公路的安全狀況，使道路施工更加順暢，關(guān)鍵風(fēng)險地區(qū)的管控更加安全，關(guān)鍵運(yùn)輸車輛的管控更加精準(zhǔn)，大幅度提高道路交通的安全性及運(yùn)行效率[1]。

2.2.2 智慧管理

智慧管理需要利用數(shù)字化技術(shù)。高速公路在施工作業(yè)期間要使用智慧工地管理功能與資產(chǎn)管理功能，以全方面地調(diào)配資源，促進(jìn)資源的優(yōu)化配置；高速公路在運(yùn)行維護(hù)過程中要建設(shè)綜合管理平臺，確保信息管理的安全性，大幅度提升道路網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度能力；同時，要利用數(shù)字化技術(shù)促進(jìn)各項決策的科學(xué)性，并更好地評估高速公路的機(jī)電設(shè)備狀況[2]。

關(guān)于選擇權(quán)的典型條款如：項目單位同意購買方以與本協(xié)議相同的條件行使額外減排量的購買選擇權(quán)。這種排他性的條款使得項目業(yè)主對于額外減排量或2012年之后的減排量失去了自由選擇第三方交易對象的權(quán)利。如果屆時市場價格上揚(yáng)，業(yè)主只能以既定的價格執(zhí)行交易；如果減排交易市場不景氣，購買方不愿意購買選擇權(quán)部分的CERs，就會造成項目業(yè)主剩余的CERs賣不出去，導(dǎo)致浪費(fèi)的嚴(yán)重后果。這也對項目業(yè)主向其他購買方出售CERs產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響，導(dǎo)致項目業(yè)主在履行與其他購買方協(xié)議時受到制約，從而增加了項目業(yè)主違約風(fēng)險。要慎重對待此類選擇權(quán)條款的約定。

2.2.3 智慧服務(wù)

智慧服務(wù)需要將多源數(shù)據(jù)驅(qū)動放在重要位置，通過智慧服務(wù)全時段地為大眾提供各種信息和資料，更好地保障高速公路上車輛的順利、安全運(yùn)行，并通過建設(shè)智慧服務(wù)區(qū)幫助運(yùn)行車輛解決緊急問題。相關(guān)部門可以應(yīng)用智能設(shè)備檢測高速公路路面、橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)的病害，進(jìn)一步提高公路的質(zhì)量，真正達(dá)成出行服務(wù)與科學(xué)養(yǎng)護(hù)的一體化管理[3]。

2.2.4 全要素支撐

高速公路的智慧化建設(shè)要從基本設(shè)施出發(fā)，結(jié)合道路網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，考慮通信和供電需求，做好道路基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。同時，使用智能設(shè)備收集和保存信息數(shù)據(jù)，確保各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩晚槙常刮锢硐到y(tǒng)和信息系統(tǒng)得以貫通發(fā)展，促進(jìn)路網(wǎng)、人流、車輛、云平臺的聯(lián)動，進(jìn)一步提高高速公路的智慧水平[4]。

3 智慧高速公路關(guān)鍵技術(shù)路徑分析

3.1 多源感知組網(wǎng)的信息聯(lián)動

高速公路智慧化建設(shè)使用LTE-V2X 通信技術(shù)能夠更好地實(shí)現(xiàn)車路信息的雙向傳遞，還可以為交通運(yùn)輸管理部門提高信息的準(zhǔn)確度。LTE-V2X 通信系統(tǒng)還配置了地圖信息及道路靜態(tài)信息，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時監(jiān)控和及時報警，圍繞車路協(xié)同和系統(tǒng)儲備的關(guān)系，有效協(xié)調(diào)系統(tǒng)的負(fù)載與吞吐量，測量車路協(xié)同路段的V2X 帶寬。高速公路的運(yùn)行車輛能夠利用上行空口發(fā)送V2X 信息到RSU，然后由RSU 利用下行空口傳遞信息給對應(yīng)地區(qū)的車輛；利用傳感器可以實(shí)時監(jiān)測所在地區(qū)的全部車輛，確保車輛遠(yuǎn)程控制和信息發(fā)布的及時有效[5]。

3.2 交通行為和車輛荷載智能技術(shù)

高速公路的智慧化建設(shè)需要把握道路交通行為和車輛荷載，從而更好地開展道路路面的設(shè)計和做好高速公路的管理和養(yǎng)護(hù)工作。相關(guān)部門可以應(yīng)用智能稱重感知系統(tǒng)，在車輛正常運(yùn)行時監(jiān)測軸載重量。動態(tài)的智能稱重感知系統(tǒng)具有動態(tài)稱重系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)與環(huán)境感知系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)與環(huán)境感知系統(tǒng)需要使用1 臺攝像機(jī)，動態(tài)稱重系統(tǒng)的傳感器安裝在行車道與超車道上，車輛運(yùn)行過程中其軸載重量及行駛軌跡會有變化，智能稱重感知系統(tǒng)根據(jù)車輛軸載重量及行駛軌跡能夠及時地播報車速與跟車間距，實(shí)現(xiàn)自動化駕駛，并將各種信息上傳給監(jiān)管部門，然后結(jié)合視頻監(jiān)控來識別車輛，幫助交通運(yùn)輸管理部門更好地管理道路交通，確保車輛安全[6]。

3.3 路面濕滑狀態(tài)感知技術(shù)

如果高速公路存在濕滑路段，則容易引發(fā)交通事故，故相關(guān)部門應(yīng)在該路段安裝水膜感知系統(tǒng)，根據(jù)水膜厚度更好地化解濕滑風(fēng)險。水膜感知系統(tǒng)含有1個遙感器和2 個嵌入式水膜厚度傳感器。遙感器安裝在K361+550 立柱高6m 的橫臂上，嵌入式水膜厚度傳感器安裝在K361+900 和K362+250 外部車道右方輪跡帶上。當(dāng)路面處于濕滑狀態(tài)時，高速公路路面會覆蓋一層水膜，水膜能夠潤滑輪胎和路面連接處，從而增加車輛的剎車距離，降低車輛的行駛穩(wěn)定性。對此，工作人員應(yīng)采用路面濕滑狀態(tài)感知技術(shù)以獲取濕滑狀態(tài)下輪胎、路面和水膜的運(yùn)動信息，從而采取相應(yīng)的預(yù)警對策，更好地消除濕滑風(fēng)險，提升道路交通運(yùn)輸體系的安全高效性[7]。

3.3.1 智能水膜厚度的感知

感知技術(shù)的使用將幫助工作人員更好地測量高速公路路面的水膜厚度，將遙感器連接到嵌入式水膜厚度傳感器，之后應(yīng)用小波去噪與ARMA 序列算法獲取降噪數(shù)值，進(jìn)而科學(xué)地計算出路面相關(guān)位置的水膜厚度值[8]。

3.3.2 準(zhǔn)確預(yù)估路面抗滑性

高速公路路面鋪設(shè)有一層瀝青，而瀝青路面的濕滑狀態(tài)容易受降雨因素、水膜厚度以及路面紋理等因素的影響，對此，可以通過分析瀝青路面的濕滑狀態(tài)來評價其整體抗滑性。從流體力學(xué)理論出發(fā)，構(gòu)建坡面徑流中流線水膜厚度的分布圖，考慮模型的奇點(diǎn)原理以及水膜厚度時間的變化，不斷完善流線水膜厚度分布模型。之后結(jié)合水膜厚度傳感器所獲取的信息，及時調(diào)整相關(guān)參數(shù)，將理論上的水膜分布要點(diǎn)與水膜測量參數(shù)進(jìn)行融合，更好地感知水膜厚度的時間演變規(guī)律，使監(jiān)測數(shù)據(jù)從點(diǎn)擴(kuò)散至整個區(qū)域，便于準(zhǔn)確預(yù)估路面的整體抗滑性[9]。

3.3.3 低延時預(yù)警抗滑風(fēng)險

工作人員要結(jié)合水膜厚度區(qū)域估算具體數(shù)值，使用Lugre 摩擦模型，分析輪胎、路面和水膜的運(yùn)動路徑，計算出車輛行駛過程中的摩擦數(shù)值。之后，使用模糊PID 算法和可視化仿真軟件，準(zhǔn)確地模擬車輛在ABS 系統(tǒng)制動下的運(yùn)行過程，從而可以知道車輛在濕滑狀態(tài)下的制動距離。接著，工作人員要結(jié)合水膜的厚度、車速和輪跡等要素，借助風(fēng)險理論模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算法，組建不同運(yùn)動狀態(tài)下關(guān)于車輛抗滑失效風(fēng)險的評估模式，進(jìn)而了解車輛在不同濕滑狀態(tài)下的抗滑失效率，做好低延時抗滑風(fēng)險的評估和預(yù)判[10]。

3.4 數(shù)字化綜合管控云平臺

數(shù)字化綜合管控云平臺包含人工系統(tǒng)、計算機(jī)以及平行系統(tǒng)三要素，相關(guān)部門在建設(shè)智慧高速公路時要考慮不同要素。人工系統(tǒng)包括人工車輛運(yùn)行系統(tǒng)、路面系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)以及交通管理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都要基于人工環(huán)境下開展相關(guān)計算，進(jìn)而更好地體現(xiàn)不同系統(tǒng)在道路通行中的重要性。計算機(jī)連接運(yùn)行傳感器，建立基于人工的高速公路運(yùn)行體系。以往的平行系統(tǒng)是用于找到系統(tǒng)的最佳規(guī)劃或管理辦法，目前的平行系統(tǒng)需要進(jìn)一步提升運(yùn)行效率，確保高速公路安全運(yùn)行[11]。

數(shù)字化綜合管控云平臺融合了雷達(dá)與視頻等感知手段，借助道路旁邊的毫米波雷達(dá)，準(zhǔn)確地把握車輛的運(yùn)行蹤跡，工作人員在跟蹤軌跡的過程中可以更好地了解高速公路路面通行狀況，雷達(dá)系統(tǒng)可以檢測目標(biāo)、判斷目標(biāo)類型、計算車流量、檢測車速、跟蹤目標(biāo)狀況等，工作人員在判斷交通風(fēng)險狀況時，可以更好地對道路風(fēng)險問題進(jìn)行預(yù)警，幫助交通管理人員針對道路通行狀況進(jìn)行合理的調(diào)度和指揮。高速公路的卡口地帶應(yīng)收集車輛的車牌信息，并促進(jìn)雷達(dá)與視頻卡口的聯(lián)系，以更好地確定不同地區(qū)的交通狀況，全面把握道路通行及交通狀態(tài)[12]。

4 結(jié)語

總而言之，隨著我國交通系統(tǒng)的不斷變革，高速公路的通行及其管理模式也在全面升級，但是一些高速公路存在軟件和硬件的協(xié)調(diào)性不足、交通服務(wù)和養(yǎng)護(hù)管理水平較低等問題，這些都會制約高速公路的建設(shè)發(fā)展。伴隨著人工智能、大數(shù)據(jù)和云計算等高新技術(shù)的出現(xiàn)，國家也更加重視智慧交通建設(shè)，越來越多的地區(qū)致力提升道路通行質(zhì)量和大眾出行服務(wù)水平。本文深入分析了智慧高速公路的關(guān)鍵技術(shù)路徑及其應(yīng)用，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人員有所幫助，從而建設(shè)更加高質(zhì)量的智慧高速公路，帶給人們更加智能和高效的出行方式。