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智慧高速建設路徑探究

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  • 更新時間:2020-09-17

作者:史俊 

同濟大學建筑設(she)計研(yan)究院(集團)有限公司 

摘要(yao):本(ben)文對智(zhi)(zhi)慧高(gao)(gao)速(su)公(gong)路(lu)(lu)(lu)智(zhi)(zhi)慧層(ceng)級進(jin)行(xing)劃分,給出(chu)中級智(zhi)(zhi)慧高(gao)(gao)速(su)的(de)含義和特征,指(zhi)(zhi)出(chu)高(gao)(gao)速(su)公(gong)路(lu)(lu)(lu)信息(xi)化建(jian)設(she)的(de)現(xian)狀(zhuang)及問題,并從技(ji)術和管理(li)兩方(fang)面給出(chu)智(zhi)(zhi)慧高(gao)(gao)速(su)的(de)建(jian)設(she)路(lu)(lu)(lu)徑,為國內(nei)高(gao)(gao)速(su)公(gong)路(lu)(lu)(lu)由初(chu)級智(zhi)(zhi)慧階(jie)段邁向(xiang)中級智(zhi)(zhi)慧階(jie)段指(zhi)(zhi)明(ming)了方(fang)向(xiang)和建(jian)設(she)路(lu)(lu)(lu)徑,對國內(nei)智(zhi)(zhi)慧高(gao)(gao)速(su)公(gong)路(lu)(lu)(lu)的(de)建(jian)設(she)規劃具有(you)一(yi)定(ding)的(de)參考價值。

      智慧高速公路是智慧交通的重要組成部分,自2012年以來,浙江、云南、湖南、江西、山東等地就陸續提出開展智慧高速公路建設工作或試點工作[1],2016年7月,國家發展改革委、交通運輸部發布《推進“互聯網+”便捷交通 促進智能交通發展的實施方案》,要求推動智慧公路建設,增強道路網運行控制管理能力。2018年2月,北京、河北、吉林、江蘇、浙江、福建、江西、河南、廣東等9省(市)作為新一代國家交通控制網和智慧公路的試點地區,重點面向基礎設施數字化、基于大數據的路網綜合管理等六個方向開展建設,在全國掀起了智慧公路建設的高潮。但從各地已建成的智慧高速公路實際效果看,更像是高速公路信息化建設的延續,“智慧化”程度還相對較低,處于智慧高速的初級階段。為什么對智慧高速的理解會不一致?什么是智慧高速公路?智慧高速公路有哪些特征?如何在現有高速公路信息化基礎上進行升級從而建成真正意義上的智慧高速公路?國內對這些問題研究還有待進一步深入。本文圍繞上述問題進行了闡述。

智慧高速公路發展概述

早在2012年,浙江省率先提出建設智慧高速,但8年來,行業內對智慧高速公路的概念和內涵[1]的理解仍不盡相同,究其原因,主要在于科學技術的快速發展,促使人們對“智慧化”的認識和期望也在不斷提升,因此從發展的角度來說,智慧高速公路的定義也必將隨著技術發展而呈現不同的特征。

智慧高速公路概念源自于IBM公司提出的“智慧地球(Smart Planet)”發展戰略,其核心是“3I”即“感知化”“互聯化”和“智能化”[2]。“智(zhi)慧”的中文意(yi)思(si)是根據(ju)人的理解(jie)(jie)和經驗作(zuo)出更好和更準確判斷,從而(er)擁有能更好解(jie)(jie)決問(wen)題的能力。按照智(zhi)慧高速公路“3I”的運用范(fan)圍、技術水平及體現出來的解(jie)(jie)決問(wen)題的能力,可將智(zhi)慧高速公路分為三個(ge)層級。其分類見下(xia)表。

近階段智慧高速的含義和特征

(一(yi))智慧(hui)高速公路含(han)義(yi)
       近年來,大帶寬、低時延、廣聯接的5G通信技術,物聯網感知技術,大數據計算技術和人工智能技術的飛速發展將“互聯”“感知”“智能”帶到了前所未有的高度。5G通信技術使得無線傳輸內容更加廣泛、組網方式更加靈活,感知技術的發展使得感知的內容更加全面和準確,計算能力的提升使得關聯運算的能力更加強大,人工智能技術的進步使得機器圖像識別和決策分析能力更加精準,近階段技術的發展有助于將智慧高速的層級從初級提升為中級。
      因此,近階段將要打造的中級智慧高速公路需要:將云計算、物聯網、移動互聯網、大數據、人工智能、5G通信技術、高精度定位技術等新一代信息技術與高速公路“安全、高效、可控、智能”發展需求進行有效融合,構建以全面感知為基礎,智能分析為核心,協同運行為方式,自主決策為關鍵,瞬時響應為要求,精準管控為目標的新型高速公路信息化技術形態。
(二)智慧高速公路特征
中級智慧高速公路的特征主要表現在六個方面:全面感知、智能分析、協同運行、自主決策、瞬時響應和精準管控。
全面感知:具備對高速公路及沿線設施、承載車輛、運行環境、作業活動等進行全面、智能、實時、準確的感知能力,能夠主動感知設施設備、交通環境、作業活動、交通流運行異常情況,為后續自主決策、瞬時響應和精準管控提供數據支撐。
智能分析:具備對各種感知手段獲取的群體信息與個體信息,歷史信息與實時信息等多源信息,在一定準則下進行智能融合分析的能力,能夠有助于識別異常,并支撐后續的自主決策。
協同運行:具備高速公路路段內不同業務之間,高速公路路段之間,高速公路與普通道路之間,高速公路與載運工具之間,高速公路與交通參與者之間實現互聯與協同聯動的能力,以助于提升管理效率和服務水平。
自主決策:具備利用機器學習技術開展高速公路異常事件自主學習的能力,針對高速公路運行異常進行實時運算,精準推測發展軌跡和結果,快速提出最優行動方案的能力,全面提升高速公路決策水平。
瞬時響應:具備實時感知應急事件的發生、迅速判斷應急事件的級別、瞬時生成詳細處置的方案、快速調動應急處置的資源的能力,全面提升高速公路的應急處置水平。
精準管控:具有高速公路全面的感知能力和路網異常運行的識別能力,具備主動開展路段級、車道級、車輛級(特殊車輛)精準化管控的能力,全面提升高速公路的管控水平,保障高速公路的安全、有序、暢通運行。

高速公路信息化現狀分析

國內智慧高速公路建設是在傳統高速公路信息化基礎上的升級,建設的主要依據為三類。一是技術要求類:主要包括《高速公路監控技術要求》《高速公路通信技術要求》《公路網運行監測與服務暫行技術要求》《全國高速公路視頻云聯網技術要求》等。二是規劃、發展綱要類:主要包括“十二五”“十三五”期間編制的交通運輸信息化規劃、公路養護管理發展綱要、數字交通發展規劃綱要等。三是行動計劃、實施方案類:主要包括《推進智慧交通發展行動計劃(2017—2020年)》《推進“互聯網+”便捷交通 促進智能交通發展的實施方案》《全國高速公路視頻聯網工作實施方案》等。由于缺乏系統性、持續性的建設,目前高速公路信息化普遍呈現如下不足。
(一(yi))感知內容少、智能化程度低
感知設施布設范圍覆蓋不足,檢測手段智能化程度低。目前高速公路主要監測手段還是以線圈車檢器、氣象儀及視頻監控攝像機為主,針對橋梁等設施輔以少量物聯網監測設施。線圈車檢器布設間距長,易于損壞,難以維修,無法全面準確感知交通運行情況;視頻監控攝像機布設間距長,智能化程度低,發現事件仍然需要依靠人工巡視。
(二)數據共(gong)享不充分(fen)、分(fen)析能力弱
高速公路數據分析主要還是依靠車檢器采集的數據,缺乏其他方式采集的結構化數據,也缺少收費等數據的融合,數據分析主要采用報表式的統計分析方式,對實時數據的分析處理能力較弱。
(三(san))業務(wu)不聯動,協(xie)同不密切
高速公路各路段運行業務與養護業務之間缺少聯動,同一業務跨路段、跨路網的協同不密切,聯合調度指揮能力弱。
(四(si))預測能力差、輔(fu)助水(shui)平低
因缺乏數據支撐,導致系統預測能力差,無法為人工決策提供有效的輔助,決策水平主要取決于指揮人員的經驗。
(五)感知手段(duan)少、響(xiang)應速度慢
因感知手段少,智能化程度低,監控覆蓋面不夠,導致事件發生后,無法第一時間掌握現場狀況,無法快速生成應急指令,從而降低了響應速度和指揮效率。
(六)問題溯源能力(li)差(cha)、管控水平弱(ruo)
因缺乏全面感知的數據,無法對事件發生的根本原因通過仿真等方式展開溯源,無法確定問題癥結,導致無法實現精準化管控。
除上述六方面的問題外,還存在著網絡安全問題突出、信息孤島化嚴重、標準規范有待加強、公眾服務質量有待提高[3]等問題。

智慧高速建設路徑分析

為建設更高水平的智慧高速,建議從技術和管理兩方面發力,共同推進智慧高速建設。
(一)技術(shu)路徑
1、建立標準規范
在全面推進智慧高速建設之前,應建立符合本地實際情況的智慧高速建設標準或建設指南,明確智慧高速的總體架構、建設內容、相關系統的建設要求和技術指標、數據接口規范等內容。
2、夯實基礎設施
(1)完善路網感知設施
為實現全面感知、自主決策、精準管控,離不開各類感知設施的建設,因此應夯實基礎設施,加密感知設施的布設間距,豐富感知手段,提升感知手段的智能化水平,實現路網的全面感知。
(2)提升基礎設施數字化水平
除完善感知設施外,還應推動交通基礎設施規劃、設計、建造、養護、運行管理等全要素、全周期數字化。構建高精度交通地圖,完善要素信息,實現高速公路設施的三維數字化呈現,支撐后續全天候復雜交通場景下自動駕駛、大件運輸、事件溯源等專業應用。
3、匯聚數據資源
(1)加強數據匯聚和治理
智慧高速時代,應以數據為關鍵要素和核心驅動,賦能高速公路的運行、養護、服務等各項業務,匯聚高速公路運行、養護、收費等各類數據資源,通過脫敏、抽取、清洗、修補、轉換、整合等手段進行數據治理。
(2)構建數據分析環境
搭建基于大數據分析技術的物理環境,支撐基于海量實時和歷史數據的處理和大數據分析應用。
4、 強化應用水平
(1)強化數據分析水平
構建綜合性大數據分析技術模型,綜合運用跨路網、跨區域、跨行業的數據,研究建立具有較強應用價值的及時性、全局性大數據分析模型,有效支撐高速公路決策管理與服務。
(2)強化業務應用功能
以數據賦能,強化業務功能,有力支撐運行、養護、服務等各項業務。
(二)管理(li)路徑
1、建(jian)立統(tong)籌協(xie)調機制
智慧高速建設,既需要行業內的管理單位、路段公司、養護單位配合,也需要信息化、財政等行政主管部門的支持,需要建立統籌協調機制,由管理部門的主要領導牽頭,建立智慧高速建設領導小組,協調各項資源,加快推進建設。
2、建立創新引領機制
建立創新引領機制,搭建開放性的創新應用試驗平臺,有條件地開放各類數據資源和圖像資源,供企業、高校和科研機構開展研究。不斷優化科研機制和成果轉化機制,對于試用效果好的創新類產品、模型,從政策上加以傾斜,優先應用。
3、建立資金保障機制
智慧高速建設,既需要科研資金支持,也需要建設資金的保障,因此需要建立資金保障機制,通過專項資金的方式,支持智慧高速的建設。
4、建立人才保障機制
智慧高速建設和運行,需要專業化的人才隊伍。建立跨領域、多層次人才培養體系,創新智慧高速人才培養機制和激勵機制,建立智慧高速人才智庫,培育層次多樣、良性流動、激勵有效的專業化人才隊伍。

結束語

信息技術的飛速發展對高速公路行業產生了革命性影響,智慧高速作為交通運輸行業信息化、智能化發展程度最高的領域之一,是建設交通強國的必由之路,將有力帶動信息產業的快速發展。本文結合智慧高速技術發展和解決問題的能力,提出了智慧高速公路智慧層級的劃分,給出了近階段智慧高速的含義和特征,指出了高速公路信息化建設的現狀及問題,并給出了智慧高速的建設路徑。本研究為國內高速公路由初級智慧階段邁向中級智慧階段指明了方向和建設路徑,對國內智慧高速公路的建設規劃具有一定的參考價值。
參考文獻(xian)
[1] 梁仁鴻,閆超,賈皓等.我國智慧公路發展(zhan)存在的問題及對策建議[J].交(jiao)通(tong)世界,2017,28:8-10
[2] 呂(lv)征奇. 論智慧城(cheng)市的(de)建(jian)設對城(cheng)市發展意義[J]. 科技視界,2012,31:67,105

[3] 胡曉.智慧高(gao)速公(gong)路(lu)管(guan)理平臺建設思考(kao)-以浙江(jiang)省建設智慧高(gao)速公(gong)路(lu)為例[J]. 科技與創新,2018,22:114-119

(原(yuan)文刊(kan)載于2020年第(di)8期《中國交通信息(xi)化》)


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