張鵬、羅如意、歐陽(yáng)詩(shī)杰
(湖北交投科技發(fā)展有限公司,湖北 武漢 430000)
基于數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展,高速公路的數(shù)字化、智慧化建設(shè)進(jìn)程不斷加快,在為社會(huì)公眾提供良好出行服務(wù)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步推進(jìn)了高速公路的發(fā)展。為加強(qiáng)智慧高速公路建設(shè),實(shí)現(xiàn)高速公路的高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展,文章分析智慧高速公路的來(lái)源與內(nèi)涵,同時(shí),對(duì)世界各國(guó)智慧公路發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行詳細(xì)介紹,并對(duì)其發(fā)展方向進(jìn)行探討,以期為我國(guó)高速公路智慧化發(fā)展提供指導(dǎo)和參考價(jià)值。
自2008 年美國(guó)IBM 公司首次提出“智慧地球”的概念以來(lái),“智慧”的概念逐步被世界各國(guó)所認(rèn)可和普及。我國(guó)交通運(yùn)輸部也將智慧高速公路確定為智慧交通的重要組成部分[1]。目前,我國(guó)對(duì)于智慧高速公路的認(rèn)識(shí)存在不同程度的差異,智慧高速公路通過(guò)“智能思維+先進(jìn)技術(shù)手段+協(xié)同運(yùn)作機(jī)制+創(chuàng)新模式”來(lái)提高高速公路管理和服務(wù)水平。具體來(lái)說(shuō),就是利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù),并將互聯(lián)網(wǎng)思想融入其中,建立以數(shù)據(jù)為中心的高速公路協(xié)同管控與創(chuàng)新服務(wù)體系,從而達(dá)到高速公路管理科學(xué)化、運(yùn)行高效化、服務(wù)質(zhì)量化的目的,推動(dòng)高速公路行業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展。在科技進(jìn)步的今天,人們對(duì)道路認(rèn)知水平的提高,必將為道路交通智慧化提供新理念、新技術(shù)、新模式、新機(jī)制,使道路交通變得越來(lái)越智慧化。
目前,世界各國(guó)根據(jù)新興技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),著力探索與完善智慧高速公路發(fā)展路徑,通過(guò)該項(xiàng)目研究,可望解決多感知信息融合、智能主動(dòng)管控、車(chē)路協(xié)同、長(zhǎng)壽命路面新材料等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,為我國(guó)高速公路交通領(lǐng)域汽車(chē)電子控制技術(shù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐[2]。
目前,全球智慧高速公路發(fā)展進(jìn)程不同,各有側(cè)重,具體情況如表1 所示。
表1 全球智慧高速公路發(fā)展情況
“全要素感知、主動(dòng)式精細(xì)管控、伴隨式個(gè)性服務(wù)、新技術(shù)集成、多主體創(chuàng)新協(xié)同模式”——“智慧公路”已在全球范圍內(nèi)形成基本概念,且正加速走向完善。新技術(shù)、新經(jīng)濟(jì)、新基建加速步入快車(chē)道,這是今后智慧高速公路進(jìn)入規(guī)?;ㄔO(shè)階段的必經(jīng)之路:從初級(jí)自動(dòng)化1.0,到注重信息化的智慧高速2.0,再到智能高速3.0,見(jiàn)表2。
表2 智慧高速公路發(fā)展趨勢(shì)
目前,各高速公路分合流區(qū)、關(guān)鍵橋梁等部分點(diǎn)位,已具備較為完整的基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)及交通運(yùn)行體系,但存在設(shè)備功能單一、覆蓋區(qū)域不足、信息融合不夠等問(wèn)題。在人、車(chē)、路、環(huán)境等多要素智能分析等方面尚存在不足[3]。未來(lái)的實(shí)踐發(fā)展需要借助以5G 為核心的高速公路通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),科學(xué)布設(shè)高清監(jiān)控、北斗定位、專(zhuān)用傳感器等多類(lèi)型監(jiān)測(cè)設(shè)備等手段,以多源感知耦合為基礎(chǔ),構(gòu)建全要素、全時(shí)空感知系統(tǒng);以新型通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為基礎(chǔ),促進(jìn)相關(guān)信息服務(wù)和實(shí)時(shí)交通管理等領(lǐng)域的迅速發(fā)展,以達(dá)到高品質(zhì)信息收集和高可靠傳輸目的。
傳統(tǒng)高速公路運(yùn)行環(huán)境相對(duì)封閉,信息傳遞、數(shù)據(jù)采集相對(duì)滯后。而通過(guò)對(duì)動(dòng)靜態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析,能夠科學(xué)、宏觀地預(yù)測(cè)運(yùn)行狀況,并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)關(guān)鍵匝道、瓶頸路段、主流量通道等,進(jìn)而全面改善動(dòng)態(tài)匝道控制、路肩控制、車(chē)道控制、費(fèi)率調(diào)整等,提升高速公路通行和應(yīng)急處置能力,這也是智慧高速公路的發(fā)展趨勢(shì)。
當(dāng)前,我國(guó)高速公路上的道路導(dǎo)航以靜止道路標(biāo)志為主,無(wú)法實(shí)現(xiàn)道路信息無(wú)差別推送,無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前快速道路環(huán)境下的道路導(dǎo)航需求,如實(shí)時(shí)推送前方道路事故信息,積極提供車(chē)道及出行方案[4]。通過(guò)5G遙控、北斗高精度定位和知識(shí)圖譜等技術(shù),實(shí)現(xiàn)出行前—出行中—出行后全過(guò)程精準(zhǔn)引導(dǎo)。建立旅客出行行為、出行路徑等個(gè)人出行特性模型,滿(mǎn)足旅客出行動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃、安全行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等智慧化、個(gè)性化的出行體驗(yàn)。
以收費(fèi)、通信和監(jiān)控為主要功能的電子機(jī)械系統(tǒng),在以往信息化道路上扮演著舉足輕重的角色。然而,隨著全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的加速發(fā)展,更復(fù)雜、智能的運(yùn)行控制,更精準(zhǔn)、可靠的多元服務(wù)等成為高速公路亟待解決的問(wèn)題。先進(jìn)的技術(shù)在高速公路智慧化建設(shè)中迅速推進(jìn),包括融合感知、自動(dòng)駕駛、車(chē)路協(xié)同等[5],這將大幅度提升高速公路通行能力與安全水平,并進(jìn)一步延伸高速公路管理及服務(wù)內(nèi)涵。逐漸成熟的無(wú)人駕駛技術(shù),在相對(duì)封閉的高速公路通行中,成功展示了干線(xiàn)物流運(yùn)輸、編隊(duì)駕駛等應(yīng)用場(chǎng)景,給高速通行帶來(lái)巨大便利,并促進(jìn)路側(cè)融合感知、C-V2X、邊緣計(jì)算及云控平臺(tái)等車(chē)路協(xié)同設(shè)備設(shè)施的推廣與應(yīng)用[6],引領(lǐng)以無(wú)人駕駛車(chē)輛為載體的未來(lái)出行模式探索。
要想建設(shè)出符合人性化出行的智慧高速公路,應(yīng)滿(mǎn)足交通出行者、交通管理者、道路運(yùn)營(yíng)方等多方的需求,要把各方用戶(hù)的需求結(jié)合在一起,集中一切力量,形成產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,加速相關(guān)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的推廣與實(shí)施。在智慧高速公路車(chē)路協(xié)調(diào)發(fā)展中,不僅需要部署路側(cè)智能設(shè)備,還需要在運(yùn)輸企業(yè)車(chē)輛、出行公眾車(chē)輛等安裝智能設(shè)備,做到跨地區(qū)無(wú)縫對(duì)接,實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)營(yíng)單位的服務(wù)信息跨路段的連續(xù)服務(wù),最終提升高速公路出行的出行品質(zhì)和效率。
隨著交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展,全國(guó)高速公路上的一網(wǎng)收費(fèi)、云視頻引領(lǐng)預(yù)示著一網(wǎng)協(xié)同趨勢(shì)日漸明顯。下一步應(yīng)從頂層設(shè)計(jì)、技術(shù)突破、生態(tài)培育、標(biāo)準(zhǔn)支撐、模式創(chuàng)新等方面,推動(dòng)行業(yè)研發(fā)建設(shè)、生態(tài)共建,系統(tǒng)性推進(jìn)智慧高速公路建設(shè),以及完成數(shù)字互聯(lián),支持信息協(xié)作,支持智慧分析,支持決策協(xié)作,新舊共融支撐設(shè)施協(xié)作,實(shí)現(xiàn)高速公路全業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的智慧化立體式轉(zhuǎn)型升級(jí)。
該項(xiàng)目以我國(guó)高速路網(wǎng)為研究對(duì)象,從我國(guó)高速公路路網(wǎng)交通運(yùn)營(yíng)規(guī)律、地域特征、發(fā)展需要等方面出發(fā),依據(jù)我國(guó)高速公路路網(wǎng)新模式與新技術(shù)賦能、提升質(zhì)量與效能的內(nèi)在機(jī)理,確立其核心功能體系、實(shí)施時(shí)序與建設(shè)優(yōu)先級(jí),并結(jié)合“傳動(dòng)—機(jī)電”交叉融合,對(duì)各階段發(fā)展方向進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃,形成功能性拓展體系框架。
圍繞“虛擬并行系統(tǒng)構(gòu)建”“智能決策與主動(dòng)控制”和“個(gè)性化精準(zhǔn)引導(dǎo)”三大關(guān)鍵技術(shù),分層次對(duì)高速道路進(jìn)行深入研究,包括:高速道路動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與態(tài)勢(shì)推演、“線(xiàn)網(wǎng)協(xié)同”匝道控制、“在線(xiàn)仿真”應(yīng)急救援、“車(chē)路協(xié)同”異常駕駛行為識(shí)別等[7]。加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)理論、軟件系統(tǒng)、硬件設(shè)備等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)研究及應(yīng)用,不斷探索完善智慧高速公路虛擬平行系統(tǒng)構(gòu)建、智能決策及主動(dòng)控制、個(gè)性化精準(zhǔn)誘導(dǎo)等核心功能,為加快我國(guó)智能高速發(fā)展和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
然而,智慧道路建設(shè)缺乏回溯性,使其應(yīng)用體系和設(shè)備在技術(shù)成熟度和運(yùn)行可靠性上還有待驗(yàn)證。遂在推進(jìn)智慧高速運(yùn)行中,應(yīng)依托智慧高速公路建設(shè)總體規(guī)劃,結(jié)合高速公路運(yùn)行特點(diǎn),選擇問(wèn)題較多的區(qū)域作為智慧高速公路的試點(diǎn),對(duì)其技術(shù)效果和可靠性進(jìn)行檢驗(yàn),然后逐步大規(guī)模推廣。
以智慧高速公路總體功能框架、技術(shù)路線(xiàn)、產(chǎn)品性能等關(guān)鍵要素為基礎(chǔ),展開(kāi)深入研究,構(gòu)建一系列包含高速公路全息感知、智能決策、綜合服務(wù)等核心環(huán)節(jié)的完備功能體系,明確多源感知體系的前端設(shè)備布設(shè)原則、應(yīng)用系統(tǒng)功能、主動(dòng)管控策略、車(chē)路協(xié)同設(shè)備性能及安裝、數(shù)據(jù)格式及接口等標(biāo)準(zhǔn)需求[9],從而科學(xué)制訂智慧高速公路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,推動(dòng)智慧高速公路快速?gòu)?fù)制和推廣。
優(yōu)質(zhì)建設(shè)與運(yùn)作智慧高速公路,其關(guān)鍵在于精準(zhǔn)化,功能體系可持續(xù)擴(kuò)展,以及“綠色”與“效率”。智慧高速公路的建設(shè)不僅對(duì)信息化要求高,還對(duì)體系架構(gòu)和尖端技術(shù)的要求高[10]。在已建成的高速公路上,制訂智能應(yīng)用系統(tǒng)配建方案,推進(jìn)公路和信息基礎(chǔ)設(shè)施同步規(guī)劃、同步設(shè)計(jì)和同步建設(shè),并提前進(jìn)行空間布局,是推進(jìn)智慧高速公路發(fā)展的關(guān)鍵。對(duì)操作模式進(jìn)行創(chuàng)新,引導(dǎo)市場(chǎng)主體進(jìn)行角色轉(zhuǎn)變,并促進(jìn)信息化系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)集成,確保已有設(shè)備的高效使用,使新設(shè)備與已有設(shè)備之間相互協(xié)調(diào)。此外,細(xì)化行業(yè)的分工及角色,著重培育智慧高速公路運(yùn)維領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)咨詢(xún)機(jī)構(gòu),為建設(shè)智慧高速公路行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán),提供有力支撐。
綜上所述,智慧高速公路是高速公路建設(shè)發(fā)展的重要方向,尤其是在數(shù)字時(shí)代,高速公路的智慧化建設(shè)應(yīng)貫穿整個(gè)高速公路系統(tǒng)。為全面推進(jìn)高速公路的智慧化建設(shè),為公眾提供良好的公路服務(wù),并驅(qū)動(dòng)高速公路建設(shè)的高質(zhì)量發(fā)展,工作人員應(yīng)在明確智慧高速公路內(nèi)涵的基礎(chǔ)上,分析高速公路智慧化建設(shè)趨勢(shì),并把握數(shù)字化技術(shù)發(fā)展方向,探索多維、全面的智慧化建設(shè)路徑。