衣倩 王琰

摘 要：本文旨在響應公路基礎設施數(shù)字化發(fā)展需求，針對當前公路基礎設施數(shù)字化標準零散、單一，缺乏科學指導體系的問題，對國內公路交通領域相關標準體系現(xiàn)狀進行調研總結，分析當前公路基礎設施數(shù)字化發(fā)展存在的問題及標準化需求，提出我國公路基礎設施數(shù)字化技術架構，并在此基礎上研究提出公路基礎設施數(shù)字化標準體系框架，為公路基礎設施數(shù)字化工作指明重點和方向，支撐公路全業(yè)務、全周期各要素信息資源的匯聚、融合和創(chuàng)新應用，為公路交通行業(yè)智慧化管理和高品質服務提供支持。

關鍵詞：公路基礎設施，數(shù)字化，標準體系

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.09.005

基金項目：本文受中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項資金項目（項目編號：2022-9041）資助。

Research on the Construction of the Digital Standards System of Highway Infrastructure

YI Qian* WANG Yan

（Research Institute of Highway， MOT）

Abstract： This paper aims to respond to the development needs of highway digitalization， and solve the problem of lacking the scientific guidance system. The paper investigates and summarizes the current situation of the relevant standards system in the fi eld of domestic highway transport， analyzes the problems existing in the current development of highway digital standards and the demand for highway digital standards， and puts forward the technical framework of highway digitalization. On this basis， it proposes the framework of the digital standards system of highway infrastructure. The research result points out the focus and direction of highway digitization work， and provides support for the data collection， fusion and innovative applications in the life circle， as well as the intelligent management and high-quality services of the highway transport industry.

Keywords： highway infrastructure， digitallization， standards system

0 引 言

隨著新一輪科技革命和產業(yè)變革的蓬勃發(fā)展，交通基礎設施、智能載運工具、管理服務系統(tǒng)與人工智能、通信、自動控制等先進技術加速融合，推動了交通運輸系統(tǒng)向智能化加速發(fā)展。公路基礎設施數(shù)字化作為智慧公路、無人駕駛、智能管控等智能應用的基礎條件，在我國逐步得到行業(yè)的認可并迅速發(fā)展。為推動公路基礎設施數(shù)字化發(fā)展，國家發(fā)布了一系列宏觀政策，提出了未來發(fā)展的方向和任務。國務院印發(fā)的《交通強國建設綱要》[1]，提出推進數(shù)據資源賦能交通發(fā)展，加速交通基礎設施網、運輸服務網和信息網絡融合發(fā)展。交通運輸部發(fā)布的《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》[2]《數(shù)字交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》[3]，均明確了交通基礎設施數(shù)字化發(fā)展的近期及中期目標?！对谝鄹删€公路基礎設施與安全應急數(shù)字化試點工作》[4]《“十四五”公路養(yǎng)護管理發(fā)展綱要》[5]，均明確提出匯聚融合公路基礎設施靜動態(tài)基礎數(shù)據，構建標準統(tǒng)一、信息全面、融合共享的公路基礎數(shù)據資源體系。

推進公路基礎設施數(shù)字化是貫徹落實國家“十四五”發(fā)展規(guī)劃、加快建設交通強國的內涵要求、實現(xiàn)公路高質量供給的需要、加快公路數(shù)字經濟發(fā)展的重大需求。而公路基礎設施數(shù)字化的建設需要完善的標準體系作為保障，支撐公路建設、管理、養(yǎng)護、運營、服務、全業(yè)務、全周期各要素信息資源的匯聚、融合和創(chuàng)新應用，對推動公路交通行業(yè)數(shù)據由“信息孤島”向信息資源整合、流通、共享轉變，推動數(shù)字化轉型、智能化升級，切實提升公路安全、效率和服務水平，具有重要現(xiàn)實意義。

1 公路基礎設施數(shù)字化標準現(xiàn)狀

1.1 國外標準化現(xiàn)狀

1.1.1 國際標準化組織（ISO）

現(xiàn)有國際公路基礎設施數(shù)字化標準主要集中在建筑信息模型（BIM）相關領域。ISO/TC 59/SC 13是國際標準化組織針對BIM的信息管理領域的技術委員會，該委員會負責制定在建筑和土木工程領域中的組織機構和信息數(shù)字化，包括BIM領域中相應標準的制定和維護。自2018年至2022年，ISO/TC 59/ SC 13陸續(xù)發(fā)布了ISO 19650系列標準《建筑和土木工程工程信息的組織和數(shù)字化，包括建筑信息建模（BIM）——使用建筑信息模型的信息管理》第1-5部分[6-10]，明確在建筑資產的全生命周期中，使用BIM進行信息管理。

1.1.2 美國標準

美國長期以來對公路數(shù)據的高度重視，積累了豐富的公路數(shù)據資源。美國聯(lián)邦公路局于2010年發(fā)布了《道路元素模型清單（MIRE）1.0版》[11]，提供了道路和交通數(shù)據元素及相關數(shù)據字典，構建了系統(tǒng)化的道路元素數(shù)字模型，支持數(shù)據驅動的道路安全改善決策。2017年修訂發(fā)布了2.0版本[12]，在MIRE1.0版本的基礎上修改了數(shù)據格式，使其與其他數(shù)據庫標準更加一致。除此之外，MIRE2.0通過簡化數(shù)據類型與數(shù)據元素描述實現(xiàn)了從孤立的數(shù)據集向現(xiàn)代數(shù)據庫環(huán)境的轉變。

2 016年，美國高速公路政策資訊辦公室發(fā)布《高速公路性能檢測系統(tǒng)現(xiàn)場操作手冊》（HPMS）[13]，明確了高速公路基礎設施數(shù)據收集和上報要求，并對所需的數(shù)據格式設置了統(tǒng)一標準。各州交通局每年更新上報高速公路數(shù)據至數(shù)據平臺，由聯(lián)邦高速公路管理局進行數(shù)據匯總。數(shù)據涵蓋美國國家高速公路的范圍、路況、性能、用途和運營特征，用于聯(lián)邦高速公路管理局的戰(zhàn)略規(guī)劃流程評估和報告高速公路系統(tǒng)的性能。數(shù)據還可以提供給各州、國家以及當?shù)氐慕煌Q策部門，以分析不同交通方式之間的權衡利弊，服務于城市交通和全州交通的規(guī)劃過程。

1.1.3 歐洲標準

歐洲標準對于推動歐盟數(shù)字化單一市場的建設發(fā)揮著關鍵作用。歐洲標準化委員會（CEN）和歐洲電工標準化委員會（CENELEC）在諸多領域開展標準工作，并與ISO、IEC開展廣泛合作，以制定全球適用的通用標準。

歐洲標準化委員會建筑信息模型技術委員會（CEN/TC 442）與ISO聯(lián)合制定了ISO 29481《建筑信息模型—信息傳遞手冊》1、2部分[14-15]、ISO 23387：2020《建筑信息模型（BIM）—建筑資產生命周期中使用的建筑對象的數(shù)據模板—概念和原則》[16]、ISO 23386：2020《建筑信息模型和其他數(shù)字過程—描述、編寫和維護互聯(lián)數(shù)據字典中的屬性的方法》[17]等一系列BIM標準，聚焦互連字典中的屬性描述、編寫和維護的方法，數(shù)據模板的概念和原則，以及BIM總體框架和適應性指南。這些標準，使建筑師、工程師和建筑專業(yè)人士能更高效地規(guī)劃、設計和管理建筑項目，從而造福整個歐洲建筑業(yè)。

1.2 國內標準化現(xiàn)狀

國內現(xiàn)有公路基礎設施數(shù)字化標準主要散布于公路工程標準體系、交通運輸信息化標準體系、智能運輸系統(tǒng)標準體系當中。

1.2.1 公路工程標準體系

為適應公路建設、管理、養(yǎng)護、運營的需要，我國JTG 1001-2017《公路工程標準體系》[18]以公路建、管、養(yǎng)、運各階段的技術應用需求為主體框架，將公路工程標準體系劃分為總體、通用、公路建設、公路管理、公路養(yǎng)護、公路運營六個部分，如圖1所示。

系統(tǒng)分析公路工程標準體系中相關標準與公路基礎設施數(shù)字化的關聯(lián)關系，結論如下：

（1）通用板塊缺少公路基礎數(shù)據庫、數(shù)據交換體系、數(shù)字底圖等相關技術標準。

（2）建設板塊數(shù)字化相關的專用標準較少，且主要為數(shù)字化的總體性要求，缺少數(shù)字化數(shù)據存儲、建設管理信息系統(tǒng)、數(shù)字化交付與驗收、智慧工地等相關內容的標準規(guī)范。

（3）管理板塊缺少對大件運輸服務與監(jiān)管的全流程相關技術標準。

（4）養(yǎng)護板塊多數(shù)標準只對養(yǎng)護數(shù)字化作簡要規(guī)定，未明確給出具體建設技術要求。

（5）運營板塊涉及較多機電系統(tǒng)，數(shù)字化基礎條件相對較好，但標準規(guī)范制修訂明顯滯后。

1.2.2 交通運輸信息化標準體系

交通運輸部科技司于2019年發(fā)布交通運輸信息化標準體系[19]。體系按照交通運輸行業(yè)在信息化咨詢、設計、建設、實施、運行、維護等活動中產生和制定的信息化標準內容及其內在聯(lián)系進行劃分，劃分為100基礎通用，200基礎設施，300數(shù)據資源，400信息應用，500網絡安全和600工程規(guī)范六個部分，如圖2所示。

系統(tǒng)分析交通運輸信息化標準體系中相關標準與公路基礎設施數(shù)字化的關聯(lián)關系，結論如下：

（1）基礎通用和數(shù)據表示模塊基本涵蓋了當前公路信息系統(tǒng)數(shù)據內容與編碼，但數(shù)據覆蓋面不全。

（2）數(shù)據采集模塊現(xiàn)有標準較少，不足以指導公路智能化的數(shù)據采集工作。

（3）數(shù)據交換模塊相關要求僅集中在營運車輛和航運領域。

（4）數(shù)據管理模塊現(xiàn)有標準較少，不足以指導公路智能化的數(shù)據管理工作。

（5）整個體系主要偏重信息化系統(tǒng)，缺少打通數(shù)據的統(tǒng)一、共性技術要求。

1.2.3 智能運輸系統(tǒng)標準體系

全國智能運輸系統(tǒng)標準化技術委員會于2022年更新了智能運輸系統(tǒng)標準體系[20]，根據智能運輸系統(tǒng)標準化活動的基本要素、業(yè)務流程和標準化對象，縱向維度按照標準的類型劃分為五個板塊：100基礎標準、200服務標準、300技術標準、400產品標準、900相關標準。橫向維度考慮了交通基礎設施數(shù)字化、智慧出行、智慧物流、自動駕駛與車路協(xié)同、交通運輸信息安全等重點發(fā)展方向，縱橫結合劃分了子版塊內容，如圖3所示。

智能運輸系統(tǒng)標準體系中相關標準與公路基礎設施數(shù)字化的關聯(lián)關系，結論如下：

（1）基礎標準模塊缺少公路數(shù)據庫分類編碼、公路基礎設施感知數(shù)據、公路數(shù)據治理相關標準，已有的數(shù)據字典也多聚焦于服務，覆蓋面不全。

（2）服務標準模塊主要圍繞客貨運服務及交通管理與應急，不涵蓋公路養(yǎng)護相關標準。

（3）信息采集技術模塊標準較少，不足以指導公路智能化的數(shù)據采集工作。

（4）平臺系統(tǒng)模塊主要圍繞客貨運服務及管理平臺，缺少公路網管理平臺相關技術標準。

（5）整個體系不涵蓋公路工程信息模型、公路工程建設、設計、施工、測試、交付等數(shù)字化相關標準。

2 公路基礎設施數(shù)字化標準需求分析

2.1 亟待解決的問題

客觀上講，公路交通信息化基礎能力還相對薄弱，多地針對高速公路運營階段開展的數(shù)字化、智能化應用場景仍主要以試點示范形式開展研究探索，實際效果尚需進一步驗證。當前公路基礎設施數(shù)字化遇到的問題主要聚焦于以下三點：

一是地理信息測繪、工程地質勘察、施工質量檢測等公路建管養(yǎng)運業(yè)務數(shù)據采集和感知能力不足，導致業(yè)務真實數(shù)據無法直接獲取。

二是公路建管養(yǎng)運全周期涉及到大量業(yè)務軟件和數(shù)據采集設備，數(shù)據多源、格式多樣，缺乏統(tǒng)一數(shù)據交換標準，絕大部分數(shù)據停留在業(yè)務實施階段，缺乏整合和再利用。

三是公路建管養(yǎng)運數(shù)據交換及融合應用不足。一方面，由于工程實體業(yè)務信息化起步較晚，致使數(shù)據與業(yè)務明顯脫節(jié)。另一方面，公路建管養(yǎng)運涉及大量數(shù)據與生產、管理及服務部門交換，交換能力不足致使數(shù)據價值遠未發(fā)揮出來。

2.2 標準化需求

當前，公路行業(yè)對數(shù)字化標準的迫切需求主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）數(shù)據采集和感知層面：例如數(shù)字測繪、地質勘察、工程質量智能檢（監(jiān)）測、工地安全智能監(jiān)控、智能巡檢、自動化檢測、安全監(jiān)測、環(huán)境氣象監(jiān)測、交通事件智能識別等。

（2）基礎設施層面：數(shù)據中心、監(jiān)測感知設施、電力能源設施、網絡通信設施、電子地圖、信創(chuàng)設施等。

（3）數(shù)據治理層面：基礎數(shù)據庫建設、多源數(shù)據處理、數(shù)據中臺、編目編碼規(guī)則、數(shù)據字典、數(shù)據交換、數(shù)據挖掘、數(shù)據可視化等。

（4）業(yè)務應用層面：公路三維正向設計、勘察設計數(shù)字集成交付、建設協(xié)同管理、智能建造、智慧工地、數(shù)字驗收、綜合養(yǎng)護管理、養(yǎng)護智能決策、安全應急指揮、路網運行監(jiān)測、云控平臺、出行信息服務等。

（5）信息安全層面：等保測評、數(shù)字證書應用、安全接口、網絡安全運維服務等。

3 公路基礎設施數(shù)字化技術架構

公路基礎設施要實現(xiàn)數(shù)字化的對象是公路基礎設施建管養(yǎng)運服產業(yè)鏈條上的具體業(yè)務，技術手段是信息通信技術的集成應用，即用信息通信技術解決傳統(tǒng)公路行業(yè)的業(yè)務問題。雖然不同業(yè)務應用場景的工作對象和解決問題各不相同，但從技術實現(xiàn)角度上看，數(shù)字化的技術架構基本相似，如圖4所示。

公路基礎設施數(shù)字化技術架構包括四大體系：支撐技術體系、業(yè)務應用體系、制度標準體系和信息安全體系。支撐技術體系包含信息基礎設施（電、網、邊緣工作站、數(shù)據中心等）和信息集成技術（人工智能、數(shù)據中臺、數(shù)字簽章、PaaS或SaaS開發(fā)平臺等）；業(yè)務應用體系指的是公路基礎設施建管養(yǎng)運服產業(yè)鏈條上具體的業(yè)務應用場景；同時，配套制度標準體系和信息安全體系。由圖4可知，公路基礎設施數(shù)字化的本質就是信息通信技術與公路基礎設施建管養(yǎng)運服業(yè)務融合應用并創(chuàng)造價值的過程。

4 公路基礎設施數(shù)字化標準體系

4.1 標準體系構建方法

標準體系構建是運用系統(tǒng)論指導標準化工作的一種方法。根據GB/T 13016-2018《標準體系構建原則和要求》[21]的規(guī)定，標準體系的構建應遵循目標明確、全面成套、層次適當、劃分清楚的原則。構建方法步驟為：確定標準化方針目標、調查研究、分析整理、編制標準體系表、動態(tài)維護。

4.2 標準體系框架

依照上述標準體系構建方法步驟，以公路基礎設施數(shù)字化技術架構為基礎，溯源數(shù)字公路信息全鏈條的邏輯過程，結合公路基礎設施數(shù)字化標準需求分析結果，構建出公路基礎設施數(shù)字化標準體系，主要包括基礎通用、支撐技術、工程應用、信息安全四個版塊，如圖5所示。

4.3 標準體系內容

（1）基礎通用

基礎通用板塊主要包含術語及符號、分類與編碼、數(shù)據字典、通用規(guī)則四部分。

術語及符號主要規(guī)范公路數(shù)字化技術與應用涉及相關術語類、定義、符號類技術標準。分類與編碼主要規(guī)范公路數(shù)字化技術與應用涉及的分類標準、編碼標準。數(shù)據字典主要規(guī)范公路數(shù)字化技術與應用涉及的數(shù)據字典標準。通用規(guī)則主要包含公路數(shù)字化領域具有廣泛適用范圍的基礎性或通用條款的標準。

（2）支撐技術

支撐技術板塊主要包含基礎設施、數(shù)據資源、產品與平臺、算法模型、測試評價五部分。

基礎設施主要規(guī)范公路監(jiān)控感知設施、電力基礎設施、網絡通信設施等的技術標準。數(shù)據資源主要規(guī)范公路數(shù)字化主數(shù)據、數(shù)據表達與管理、數(shù)據共享與交換和數(shù)據指標等的技術標準。產品與平臺主要規(guī)范公路數(shù)字化產品與平臺的標準。算法模型主要規(guī)范公路數(shù)字化算法模型的技術標準，包括數(shù)據治理、數(shù)據評估、數(shù)據評價等技術標準。測試評價主要規(guī)范公路數(shù)字化測試評價的相關技術要求，包括設施性能測試、數(shù)字化指標評價等標準。

（3）工程應用

工程應用主要包含建設、養(yǎng)護、運營、管理四部分。

公路建設主要規(guī)范公路建設數(shù)字化相關的技術標準，包括項目管理、勘測、設計、施工、造價、驗收等技術標準。公路管理主要規(guī)范公路數(shù)字化管理相關的技術標準，包括信息系統(tǒng)、執(zhí)法等技術標準。公路養(yǎng)護主要規(guī)范公路養(yǎng)護數(shù)字化相關的技術標準，包括養(yǎng)護綜合、檢測評價、養(yǎng)護決策、養(yǎng)護設計、養(yǎng)護施工、養(yǎng)護造價等技術標準。公路運營主要規(guī)范公路數(shù)字化運營相關的技術標準，包括運行監(jiān)測、收費服務、應急處置、出行服務和車路協(xié)同等技術標準。

（4）信息安全

信息安全主要包含安全技術、安全管理、網絡信任、安全服務四部分。

安全技術主要包含公路數(shù)字化領域的數(shù)據安全等安全技術標準。安全管理主要包含公路數(shù)字化領域的交易安全、身份認定等安全管理標準。網絡信任主要包含公路數(shù)字化領域的網絡信任安全標準。安全服務主要包含公路數(shù)字化領域的安全服務相關標準。

5 結 論

數(shù)據交換能力不足是信息通信領域的傳統(tǒng)痼疾，非公路交通行業(yè)獨有，但客觀上引起生產及管理效率下降，造成實體資源的無效耗損。數(shù)字化的技術紅利在于充分利用信息交換低廉的邊際成本帶來實體世界的資源優(yōu)化配置。公路基礎設施數(shù)字化根本途徑在于數(shù)據采集體系數(shù)字化、數(shù)據傳輸體系網聯(lián)化、數(shù)據應用體系智能化。雖然近年來數(shù)字化相關標準研制數(shù)量有所提升，但仍存在標準零散分布、體系化不強、內容規(guī)定不全面以及重要業(yè)務板塊標準缺失等問題。本文基于當前公路基礎設施數(shù)字化發(fā)展存在的問題，對公路基礎設施數(shù)字化標準開展了需求分析，結合公路基礎設施數(shù)字化技術架構，提出了涵蓋公路數(shù)字化表達、數(shù)據的采集、處理、共享與交換、業(yè)務應用、支撐技術、信息安全、測試評價等方面的公路基礎設施數(shù)字化標準體系框架，能夠有效支撐公路基礎設施數(shù)字化的研究，支撐智慧公路建設、智能駕駛研究及智能管控應用。

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作者簡介

衣倩，通信作者，碩士研究生，副研究員，研究方向為智能交通系統(tǒng)。

王琰，博士研究生，研究員，研究方向為智能交通系統(tǒng)。

（責任編輯：袁文靜）