1、智慧高速公路的内涵及其架构 王少飞 谯志 付建胜 李敏 招商局重庆交通科研设计院有限公司 重庆云途交通科技有限公司 招商局公路网络科技控股股份有限公司 摘 要： 智慧高速公路是智慧交通的重要组成部分, 目前行业内对智慧高速公路的认识不尽统一。阐述了智慧高速公路的内涵, 认为智慧高速公路就是要构建以数据为核心的高速公路协同管控与创新服务体系, 利用“人的智慧思维+先进的技术手段+协同的运行机制+创新的模式”实现对高速公路管理与服务的提升。从技术、业务、数据、应用和部署 5 个方面提出智慧高速公路的架构, 为智慧高速公路建设指明了方向。随着智慧高速公路关键技术取得突破, 必然引发高速公路运营管理模
2、式、商业模式的创新与变革, 这将助力高速公路产业生态圈构建, 促进产业转型发展和提质增效。关键词： 高速公路; 智慧交通; 框架结构; 关键技术; 收稿日期：2017-03-15基金：重庆市“151”重大科技专项, 项目编号 cstc2013jcsf-zdzxqqX0003Connotation and Architecture of Smarter ExpresswayWANG Shao-fei QIAO Zhi FU Jian-sheng LI Min China Merchants Chongqing Communications Research China Merchants Hua
3、jian Highway Investment Co.Ltd.; Abstract： Smarter expressway is an important part of the smarter transportation.At present, the understanding of the smarter expressway is not uniform.This article expounds the connotation of the smarter expressway, and the author believes the smarter expressway is t
4、o build collaborative control and innovation service system at the core of data, enhance the management and service of expressway.This paper firstly puts forward the framework of smarter expressway from 5 aspects of technology, business, data, application and strategy.With the key technologies of sm
5、arter expressway having made an important breakthrough, it will inevitably lead to innovation and reform of expressway management model and business model, which will help the expressway industry ecosystem construction, and promote the quality and efficiency of industrial transformation and developm
6、ent.Keyword： expressway; smarter transportation; framework; key technologies; Received： 2017-03-15智慧高速公路是人类世界从 IT 时代进入 DT 时代的产物, 也是高速公路经历了数字化、信息化和智能化发展阶段之后的最新表现形态1-2。当前美日欧等发达国家和地区都在大力推进智慧型公路发展, 我国“十三五”现代综合交通运输体系发展规划中也提出在“十三五”期开展新一代国家交通控制网、智慧公路建设试点3。浙江、江苏等部分省区以及招商局集团等大型企业勇于探索、先行先试, 开展了大量富有成效的前期工作, 但当
7、前行业内对智慧高速公路尚未形成统一的认识, 还需要开展更加深入的研究, 为我国智慧高速公路快速可持续发展提供强大的技术支撑。1 智慧高速公路的内涵美国 IBM 公司于 2008 年 11 月首次抛出“智慧地球”的概念, 随后逐步得到世界各国的认可, 我国交通运输部也提出要加快推动智慧交通发展4。具体到细分领域而言, 智慧高速公路是智慧交通的重要组成部分, 当前国内对智慧高速公路的理解不尽相同, 我们认为智慧高速公路是指借助云计算、物联网、移动互联网、大数据、人工智能等新一代信息技术并引入互联网思维, 构建以数据为核心的高速公路协同管控与创新服务体系, 实现高速公路管理科学化、运行高效化和服务品
8、质化, 促进高速公路行业健康、可持续发展5。简而言之, 就是利用“人的智慧思维+先进的技术手段+协同的运行机制+创新的模式”对高速公路管理与服务进行提升。智慧高速公路是在实践中不断发展、不断完善的, 不存在一个终极的智慧状态。随着技术进步和认识提升, 智慧高速公路的内涵也会更加丰富。因此, 较为贴切的智慧高速公路英文翻译宜为“Smarter Expressway”即持续利用新理念、新技术、新机制、新模式, 实现管理和服务更加智慧的高速公路。2 智慧高速公路的架构2.1 技术架构智慧高速公路的技术架构分为感知层、网络层、数据层、应用支撑层、综合应用层和应用展现层 6 层, 如图 1 所示。(1)
9、 感知层。感知层是构建智慧高速公路全景交通信息环境的基础5, 包括对人、车、基础设施、环境及舆情等信息的更透彻感知6。智慧高速公路感知新技术包括北斗卫星定位、智能传感器、车联网终端、手机信令分析、无人机和用户众包 (UGC) 等。图 1 智慧高速公路的技术架构 下载原图(2) 网络层。构建集光纤传输骨干网、移动通信网、无线局域网、专用短程通信网 (DSRC) 、无线传感网、广播网等为一体的基础网络架构, 为数据、语音、图像的传输提供强有力保障。(3) 数据层。建设智慧高速公路基础数据库、业务数据库, 并建设决策分析、应急管理、养护管理、信息服务、增值服务等主题数据库, 为应用系统提供数据支撑。
10、形成行业云和公共云相结合的数据中心架构体系, 集约使用服务器、存储等各类信息化基础设施。(4) 应用支撑层。为实现信息共享、应用系统功能、业务协同工作提供技术支撑, 主要包括应用中间件、数据交换共享平台、交通地理信息系统 (GIS-T) 、BIM 模型、在线交通仿真系统等。(5) 应用层。包括路网运行监测系统、指挥调度与应急管理系统、基础设施养护管理系统、综合业务管理系统、分析研判与辅助决策系统、公众出行服务系统、大数据增值服务系统。(6) 应用展现层。其是面向智慧高速公路用户提供信息服务的窗口, 包括业务系统门户 (内网) 、公众出行信息服务系统门户 (外网) 、移动智能终端 APP、车载智
11、能终端、热线电话、高速公路广播等多种访问渠道。2.2 业务架构智慧高速公路的业务范围主要包括:路网运行监测、指挥调度与应急管理、基础设施养护管理、综合业务管理、分析研判与辅助决策、公众出行服务和大数据增值服务, 其服务的主体是政府部门、高速公路运营商、交通运输企业、商业化公司和社会公众。其中, 公众出行服务和大数据增值服务是实现数据变现的2 大核心业务域。智慧高速公路涉及 4 方面内外部业务协同:一是内部 7 大业务域的协同;二是与省内应急管理、安监、公安交通管理、消防、气象、环保、旅游、国土、卫生、规划等部门间的业务协同与应急联动;三是相关交通运输业务协同;四是与邻省相接高速公路的业务协同与
12、应急联动。智慧高速公路还涉及 3 方面上下级业务协同:一是部、省间业务协同与应急联动;二是省级 (区域) 大型高速公路运营商与省级交通运输主管部门或公路管理机构间的业务协同与应急联动;三是省级 (区域) 大型高速公路运营商与所属路段运营管理公司间的业务协同与应急联动。尤为重要的是, 智慧高速公路的发展更需要跨界融合, 要在对自身资源深度整合的基础上, 通过大数据技术打通与汽车后市场、金融、保险、旅游、物流、媒体、广告、餐饮、娱乐等行业的融合壁垒, 构筑高速公路产业生态圈。智慧高速公路的业务架构如图 2 所示。图 2 智慧高速公路的业务架构 下载原图2.3 数据架构智慧高速公路建设的重点任务之一
13、即为统筹规划数据中心, 集中或分布部署各类数据资源。省级 (区域) 高速公路云计算数据中心是支撑智慧高速公路运营管理与服务平台高效运行的关键, 其软、硬件配置应考虑实际情况选择公有云、私有云或混合云。智慧高速公路的数据架构如图 3 所示。2.4 应用架构智慧高速公路运营管理与服务平台一般可划分为路网运行监测系统、指挥调度与应急管理系统、基础设施养护管理系统、综合业务管理系统、分析研判与辅助决策系统、公众出行服务系统和大数据增值服务系统 7 大应用系统, 如图 4所示。图 3 智慧高速公路的数据架构 下载原图图 4 智慧高速公路的应用架构 下载原图智慧高速公路是实现“互联网+”路网管理的重要抓手
14、, 智慧高速公路运营管理与服务平台 7 大应用系统可保持总体稳定, 但各应用系统可根据需要不断扩展, 增加相应的子系统, 并保证相关业务间高效协同。2.5 部署架构智慧高速公路的部署架构包括交通运输部路网监测与应急处置中心 (含收费公路联网结算管理中心) 、省级 (区域) 高速公路联网运营管理中心、高速公路路段运营管理 (分) 中心和基层单元 4 级;其中, 后三者是当前智慧高速公路建设的重点。如图 5 所示。在省级区域内, 省级中心平台具有信息化智能化系统的最高指挥控制权。正常情况下, 由路段 (分) 中心进行设备控制、信息处理及发布;紧急状态下, 省级中心可以直接进行设备控制和信息发布。在
15、重大节假日期间或遇到突发灾害 (地震、冰雪、台风等) 时, 由交通运输部路网监测与应急处置中心进行全国公路网运行统筹调度、跨省 (区、市) 公路交通疏导、应急抢修保通等事项的组织与协调工作。图 5 智慧高速公路的部署架构 下载原图3 智慧高速公路的关键技术3.1 高速公路交通大数据分析与挖掘技术充分整合高速公路网的数据资源, 实现对多源多维数据的融合与可视化展示, 为路网规划、养护管理、应急管理、路政管理、节能减排、财务分析、公共出行等业务提供支撑;研究建立分析模型、预测模型和辅助决策支持模型, 提升路网运行研判与预测预警能力。为实现智慧高速公路可感知、可监视、可预测的目标提供技术支撑。深入挖
16、掘出行者数据, 分析驾乘者的出行特征、行为特征、消费特征, 进行用户画像, 从而为出行者提供极致服务, 如“精准交通信息”、“主动安全预警”、“特色餐饮推荐”、“出行社交助理”、“出行拥堵保险”、“出行安全保险”等, 并由此打通与汽车后市场、金融、保险、旅游、媒体、广告、餐饮、娱乐等行业的融合壁垒, 实现数据增值变现7。3.2 高速公路主动交通管控技术基于在线交通仿真、空地协同交通状态感知, 以及集成高速公路匝道控制、主线控制、通道控制、安全预警等多种技术手段, 实现对高速公路的主动交通管控 (Active Traffic Management, ATM) , 提高交通管控的可靠性、有效性,
17、提升高速公路的通行能力和安全运行水平。为实现智慧高速公路可监管、可控制的目标提供技术支撑。3.3 高速公路个性化信息服务技术要改变传统高速公路出行信息发布手段单一、内容滞后的现状, 开发支持车路专用短程通讯 (DSRC) 的前装式 ETC2.0 车载单元及其配套的路侧单元, 除具备不停车支付通行费这一功能外, 还应能提供个性化、差异化的交通信息服务, 如车辆安全预警信息、交通安全预警信息、交通控制信息、动态行车导航信息等8。为实现智慧高速公路可服务的目标提供技术支撑。3.4 智能车路协同技术智能车路协同技术是当今世界前沿技术领域之一, 其有望最先应用于高速公路领域并获得大规模推广。应结合高速公
18、路的线形特征、交通特征开发实用性强的应用场景产品, 如重点应用于高速公路分合流段、长大纵坡段、小半径曲线段、隧道群段、雾区等事故多发路段, 从而显著增强高速公路主动安全管控能力, 大幅降低高速公路交通事故和人员伤亡, 减少经济损失。为实现智慧高速公路“零事故”、“零死亡”的愿景提供技术支撑。4 智慧高速公路的亮点与传统高速公路信息化智能化发展方式相比, 智慧高速公路的亮点突出体现在以下 4 个方面。一是智慧高速公路更加重视物联网、云计算、大数据等新一代信息技术的应用, 更加注重对海量数据的融合、挖掘与可视化展示, 更加强调实时信息在道路使用者与运营管理及服务系统之间的双向交互;特别是通过构建以
19、数据为核心的高速公路协同管控与创新服务体系, 使得高速公路管理更加精细化、精准化, 使得高速公路运营管理及服务系统如同人类具有智慧思维一样能够进行分析、思考、决策。二是力图真正意义上实现人车路一体化, 彻底改变传统高速公路“监而不控”、“监多控少”的现状, 充分应用车路通信、移动互联网、高精度卫星定位、高精度电子地图、智能硬件等技术, 实现高速公路运行车辆“联网联控”, 打造人车路高度协同的运行体系, 使得高速公路交通运行状态更加规则、有序。三是为道路使用者提供泛在交通信息, 打造极致出行体验, 使得高速公路服务更加个性化、品质化, 在社会公众心目中树立品牌形象。四是智慧高速公路需要全面融合到
20、新型城镇化建设中, 高速公路不再是一个封闭独立的系统, 产业跨界融合的趋势更加明显。5 结语当前我国智慧高速公路的重点建设任务可以概括为“两通、两融、三新”, 即人车路互联互通、云平台互联互通;信息化与业务深度融合、互联网与产业深度融合;新技术集成应用创新、运营管理模式创新、商业模式创新。我国智慧高速公路建设方兴未艾, 国家应加快推进智慧公路示范工程建设, 尽快启动智慧公路关键技术重大研发专项, 编制智慧高速公路标准体系。随着高速公路交通大数据分析与挖掘、主动交通管控、个性化信息服务、智能车路协同等一批关键技术的突破, 必然引发高速公路运营管理模式、商业模式的创新与变革。我国高速公路发展面临着
21、通行费收入增长乏力的问题9, 智慧高速公路的建设将助力高速公路产业生态圈构建, 促进产业转型发展和提质增效。参考文献1邓仁杰.构建“五网合一”格局打造智慧高速公路服务体系J.中国交通信息化, 2016, (7) :22-25, 30. 2王小军, 王少飞, 涂耘.智慧高速公路总体设计J.公路, 2016, (4) :137-142. 3中华人民共和国国务院.“十三五”现代综合交通运输体系发展规划R.北京:中华人民共和国国务院, 2017. 4国家发展改革委, 交通运输部.推进“互联网+”便捷交通促进智能交通发展的实施方案R.北京:国家发展改革委, 交通运输部, 2016. 5王少飞, 刘良伟, 杨知, 等.全景交通信息环境构建研究J.公路, 2016, (11) :152-157. 6王少飞, 陈新海, 李敏, 等.论道路交通系统五要素J.公路, 2016, (2) :133-137. 7王少飞, 杨知, 陈新海, 等.交通信息不对称的类型、影响及其改善J.公路, 2016, (3) :99-103. 8邓仁杰, 王少飞, 刘良伟, 等.全息交通体系框架研究J.公路, 2016, (8) :138-144. 9高翠, 徐丽, 葛灵志, 等.高速公路发展面临的困境与对策研究J.公路, 2016, (10) :171-175.
