深圳市城市交通规划设计研究中心有限公司深圳市交通信息与交通工程重点实验室

摘要：数字经济正在加速成为全球经济发展的新引擎。 智慧公路作为新技术与交通深度融合的重要载体，对于提高公路运输效率、培育新兴产业、驱动数字新经济发展具有重要意义。 首先深入分析美国、日本、欧洲和中国智慧高速公路的发展路径和主要特点。 其次，围绕全息传感、主动管控、伴随服务、新技术融合、多方协作等技术升级方向判断智慧高速公路的发展趋势。 最后，结合行业发展趋势、现有基础和未来需求，从完善顶层设计、打造技术支撑、培育产业生态、支持协同融合、促进绿色集约化五个方面系统提出智慧公路建设战略。

关键词：智慧高速公路； 趋势分析; 建设策略； 数字驱动； 协作和包容；

基金资助: 国家重点研发计划“综合交通与智能交通”重点项目，项目编号2018YFB1601100；

新一轮科技革命和产业变革深入发展，数字技术与传统产业加速融合。 数据驱动的数字基础设施、数字化精准管控、数字化精细服务已成为未来经济发展转型和行业治理升级的必然方向。 智慧高速公路作为交通领域新基建的关键场景，融合了5G、北斗、大数据、人工智能等主流数字技术。 它们是数字化、智能化变革的集中展示场馆，也是未来交通服务的平台，未来交通产业这一经济新增长动能的源泉，已成为世界交通强国加速布局的热点[1] ,2]。 因此，面对早期试点探索的阶段性特征，系统分析智慧公路的发展方向、建设思路、重点建设领域、重点模式创新是必要且势在必行的。

目前，国内外智慧高速公路基本以试点建设为主，主要集中在自动驾驶、车路协同[3]、自动化监控、智能运营管控、出行引导服务等方面的创新和探索。 。 对智慧高速公路内涵的理解存在较大差距。 分歧尚未形成统一共识，存在着为了智慧而智慧的混乱[4]。 我国高度重视智慧高速公路建设。 围绕2018年智慧高速公路试点示范和2020年进一步提出的交通领域新型基础设施工作部署高速公路机电系统新技术及应用，全国各地依托高速公路新建或改扩建项目开展智能化升级，取得了良好的效果。结果。 但盲目追随热点、新技术应用场景不成熟、新业态与产业生态不协调等问题较为突出。 迫切需要系统研究和完善智慧公路发展建设策略。 本文系统梳理了全球智慧高速公路的发展概况，分析研判了智慧高速公路的发展现状和趋势，从完善顶层设计、构筑坚实的技术支撑、培育产业生态、支撑智慧高速公路等五个方面提出了智慧高速公路的建议。协作融合，推动绿色集约化。 发展战略，为优质高效的公路信息化和智能化建设提供参考。

1 全球智慧高速公路发展概况

总体来看，世界各国根据新兴技术的发展趋势和发展需求，积极推动高速公路传统机电系统的升级换代，持续开发基于多传感器的超视距传感等新技术。传感器融合、智能主动管控、车路协同、长寿命新型道路材料等。 技术研究和试点应用将重点推动智慧公路发展路径的探索和完善。 如表1所示。

1.1 美国：推动车路协同探索，寻求安全运营水平跨越

美国在重视交通管理信息化建设的基础上，横向拓展了基于车路协同的安全驾驶辅助，通过车路数据交互直接提升了车辆端的安全驾驶水平，推动了交通管理信息化建设。公路运营总体安全。

通过对730万起交通事故的分析统计，美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）预测，部署车联网系统可以减少近80%的车辆碰撞事故。 因此，为了加强高速公路运营安全，美国持续开展基于5.9GHz短距离无线通信技术的车联网产品研究，特别是恶劣环境条件下大载量货物运输车辆的防碰撞应用。 重点推动专用无线通信带宽设置、路测RSU与车载OBU设备、超视距传感协同等技术研究。 目前，已有超过50%的州部署和应用车联网设备，智能网联汽车正在相关高速公路上开展。 测试。 以怀俄明州I-80州际公路为例，针对重型卡车交通繁忙以及冬季暴风雪和大风天气碰撞事故高发的情况，进行了车车交互和车地通信部署出去。 目前，已部署车辆400辆，路边道路75条。 节点布局具体包括150辆重型卡车、100辆交通局车队、150辆扫雪车和巡逻车。 图1。

表1 全球智慧高速公路发展概况

国家

主要特征

试点内容

美国

推动车路协同探索，谋求安全运营水平跨越

车路协同设备部署率已超过50%

I-80 高速公路 400 辆车辆改装

I-80 高速公路 75 个路边节点的布局

日本

聚焦ETC创新应用，强化精细化精准运营管控

ETC普及率为93.1%

ETC2.0渗透率为25.5%

累计完成1,700台路边设备部署

欧洲联盟

注重主动管控建设，打造全互联交通走廊

具有嵌入式 C-ITS 的智能基础设施带

奥地利高速公路主动管理系统

荷兰安全警示“自发光”智能高速公路

英国硬路基动态控制

国内的

强调数据驱动决策和协同智慧高速公路示范

河南鸡西高速公路智慧物流通道

浙江杭绍台智慧高速公路

广东深圳外环智慧高速公路

江西北斗高精度应用

福建大数据路网综合管理

吉林省气象服务及能源利用 吉林省及冬季地区

北京车路协同及自动驾驶示范

河北省高速公路交通设施数字化

江苏自动驾驶示范

1.2 日本：聚焦ETC创新应用，强化精细化运营管控

从VICS（道路交通信息通信系统）到ETC、ETC2.0，日本不断完善单车实时行驶数据采集，并以此为基础拓展分析决策应用，实现高速公路运营精细化管控。

图1 怀俄明州南部I-80车联网试点项目

通过安装在车辆前端的ETC终端的信息回传，可以实现对整个路网交通作业时空分布、拥堵区域、拥堵长度等的智能分析，并可对路边设施进行管理。用于进一步监测运营环境信息，从而实现拥堵预测和路径规划、车辆运行模式和轨迹追踪、动态费率调整、异常驾驶行为识别等专项智能出行引导和运营管理服务。 推广车型方面，预装ETC车载模块。 公众只需申请一张ETC卡即可。 申请过程简单方便。 目前已实现组装率93.1%，其中ETC2.0组装率为25.5%。 设施方面，自2016年正式提供ETC2.0服务以来，全国高速公路已累计完成1700台路侧设备部署。 以高速公路动态费率为例，以缓解城市拥堵为目标，通过接入ETC车辆轨迹数据分析路网交通状况，主动引导车辆绕行外环高速，并根据收费标准提供约50%的通行费折扣。拥堵状况。 有效缓解城区道路拥堵。 同时支持高速公路运营模式分析，通过车速变化特征准确识别路网瓶颈节点，为及时有效的应急救援和基础设施优化提供指导。 如图2所示。

1.3欧盟：注重主动管理和建设，打造全互联交通走廊

欧盟以高速公路主动交通管制为重点，注重出行需求和运行状况的智能发现，面向多国互联互通的基本特征，强调跨国高速公路信息系统的无缝连接和可持续发展，重点建设欧洲数字交通走廊。 积极推动标准化DSRC车路通信、综合交通信息服务、新型长寿命道路材料、极端天气预警和智能引导等技术的研究和部署。

图2 日本车路协同（ETC）发展概况

在建设应用方面，以奥地利高速公路主动管理系统为例，它以交通流的主动引导为主，注重对拥堵、事故、天气等异常情况的动态监测和及时响应，基于在线可编辑的全自动控制策略库和高速密度部署的可变电子信息牌，实现车道动态限速、临时路肩利用、根据交通状况动态绕行引导、拥堵响应处理、动态卡车管理、车距维护预警、极端恶劣天气监测预警。 应用。 目前，该系统已覆盖800多公里高速公路，成效显着，车辆事故减少35%，受伤人数减少30%。 在前沿探索方面，我们开展了嵌入C-ITS的智能基础设施带的研究，创新性地提出了不依赖传统路边锚固设施、通过集成化支持基于位置的监控的高速公路智能监控系统。短距离通信和LTE蜂窝技术的应用。 集交通流量监测、引导系统和管控信息虚拟化等功能于一体，通过车载终端与手机无线交互实时感知基础设施健康状态，集约化理念凸显。

1.4 国内：重视数据赋能决策，统筹智慧高速公路示范

我国高度重视智慧高速公路建设。 2018年，提出在北京、浙江、广东等9个省市开展新一代国家交通管制网络和智慧高速公路差异化试点示范。 2020年，进一步提出打造一体化、高效的智慧交通基础设施。 、加快智慧高速公路建设。 围绕交通强国示范建设和新型基础设施建设部署[5]，以智慧公路作为全国一体化基础设施的重要抓手，加速新一代信息技术与公路深度融合。 例如，浙江推出杭绍台、杭绍甬智慧高速公路。 [6]，江苏开通五凤山高速、沪宁高速，广东开通机荷智慧高速等。

以杭绍台智慧高速公路为例，根据桥隧比高、大雾、冰雪等极端天气多发的基本特点，重点打造四类特色应用场景，包括准全天候运营、智慧隧道、车路协同、智慧服务区等，打造智慧公路云控制平台，支持主动隧道应急救援和自动驾驶，实现高精度驾驶辅助和智能管理。 广东广乐高速公路智慧领航，以控制服务云中心为核心，科学部署边缘计算节点、车路协同、高清视频、毫米波雷达等设备，形成北斗高精度应急指挥、路网综合分析决策、路网交通一体化、车路协同等5类应用。

2 全球智慧高速公路发展趋势

新技术、新经济、新基建加速驶入快车道已成为行业共识。 未来五年，智慧高速公路将进入规模化建设阶段。 正在努力从最初的自动化的1.0阶段转向以系统集成为主的2.0阶段。 智能化3.0阶段演进，“全要素感知、主动精细管控、个性化服务随行、新技术融合、多主体创新协同模式”的智慧高速公路发展理念已基本确立并加速走向成熟。 如图3所示。

2.1 从单一碎片集合到全元素、全时空感知的转变

高速公路已基本建立了较为完善的交通运行和基础设施监控体系，但主要覆盖分汇区、重点桥梁等点。 存在监控面积不足、设备功能单一、信息集成不足等明显不足。 在支撑路网-路段方面——交叉口多级监控和人-车-路-环境多要素分析能力不足。 通过科学部署高清视频、北斗定位、特种传感器等各类监控设备，构建以5G为核心的高速公路通信网络系统，建立基于5G的全要素、全时空感知体系。多源传感耦合和新型通信网络结构。 ，将实现公路数据的高质量采集和高可靠传输，是推动伴随信息服务、实时交通管理等应用的关键举措。

图3 智慧公路发展趋势

2.2 从被动的后处理转向主动的精细化管控

高速公路的运营环境相对封闭，注重事后处理和实证分析的管控模式很容易导致异常事件影响的扩大和深化，难以适应高速公路运营的需要。新时代品质出行体验、高效业务办理。 主动管控模式，基于公路动静态运营数据分析，对宏观和局部运营情况进行多时间尺度预测，精准识别或预测关键匝道、瓶颈路段、主流通道，有效赋能动态坡道控制和路肩控制。 、车道控制、速率调整等主动控制策略，实现交通流的超前引导和控制，大大提高公路交通和事件应急响应能力，是公路智能决策与控制的基本发展方向。

2.3 从间歇性、无差异化的推送到伴随的个性化服务

目前的高速公路信息引导系统主要基于静态交通标志和第三方地图平台，无法满足基于高速公路动态运营情况的车道级实时引导，难以提供精准服务符合大众出行习惯。 北斗高精度定位、知识图谱、5G远程控制等信息技术的快速成熟，将有效支撑可变信息情报板、广播、手机信息、网络平台等多种方式及时发布信息，从而推动配套信息服务加快落地。 逐步实现出行前、出行中、出行后全流程精细化引导。 例如，结合前方道路的事故信息，主动提供车道级驾驶方案或引导公众从最近的高速公路出口绕行； 利用知识图谱构建公众驾驶行为、出行路线等个人出行画像，提供车道级动态路线规划和安全驾驶。 风险提醒和其他伴随的个性化服务。

2.4 从传统机电到新技术融合和新模式探索

以收费、通信、监控为核心的传统机电系统在高速公路数字化管理和服务中发挥着关键作用。 但面对当前新一轮科技革命、产业变革加速的全球发展环境，公路信息化建设日趋复杂。 智能化运营控制和更加精准可靠的多元化服务还有巨大的发展空间。 融合传感、自动驾驶、车路协同等新兴技术的融合应用在高速公路领域快速推进，将进一步延伸高速公路管理和服务的内涵，显着提高高速公路的交通水平和安全水平。 以加速走向成熟的自动驾驶技术为例，基于高速公路相对封闭的交通环境，干线物流运输、编队驾驶等自动驾驶应用场景将首先在高速公路上落地，并且驱动路侧综合传感、C-V2X、边缘计算、云控制平台等车路协同设备设施的推广应用，将引领以自动驾驶汽车为载体的未来出行方式的探索。

2.5 从单一主体转向跨界多方协同融合发展

智慧高速公路建设涉及管理部门、运营单位、运输企业、开发企业、出行公众等多方参与。 智慧公路产业联盟的成立充分结合了多类型用户的需求，充分发挥了各方的优势。 是加快相关技术研发和应用的重要一步。 比如，车路协同发展，不仅需要部署路侧智能设备，还需要在交通公司车辆、公共出行车辆上安装必要的车载终端，才能充分发挥其效能； 跨区域无缝连接，支持不同运营单位业务信息的整合和应用。 实现跨断面连续智慧公路服务。

3 智慧高速公路建设策略

当前，交通领域新型基础设施建设进程不断加快，以高速公路收费一网、视频云一网为主导的高速公路一网协同趋势逐渐显现。 以数字互联支撑信息协同、以智能分析支撑决策协同、新老配套设施协同，从顶层设计、技术突破等方面系统推进智慧公路建设、生态培育、标准支撑、模式创新，形成贯穿产业引导、研发、建设、运营服务的产业生态共建模式。 有力支撑高速公路规划、建设、管理、运营维护全生命周期、各业务环节的整体智能化、绿色化转型升级。 如图4所示。

图4 智慧公路建设策略

3.1完善顶层设计，编制智慧公路总体规划

遵循以需求为导向、适度超前发展的基本发展理念，在综合分析公路交通运行规律、地理环境特征和未来发展需求的基础上，结合新模式、新技术，赋能智慧公路的内在机制。提高质量和效率。 ，提出各阶段建设目标，明确智慧高速公路的核心功能系统、实施时序、建设重点等顶层设计方案，注重与传统机电系统融合发展，强调智慧高速公路的功能目前适用，系统框架兼容未来扩展。

3.2 构建技术支撑，突破智慧高速公路核心技术

针对目前智慧高速公路技术仍处于探索完善阶段的发展现状，重点围绕高速公路虚拟并行系统构建、智能决策与主动控制、个性化精准感应等核心功能、基础理论、软件系统、硬件系统是分层次、分类别进行的。 交通运行状态实时监测与态势推演、基于线网协同的匝道控制、基于在线仿真的应急救援、车路协同、异常驾驶行为识别、等，为智慧高速公路的发展建设提供核心技术支撑。

3.3培育产业生态，加快智慧高速公路试点示范

目前，智慧高速公路建设尚无成熟经验可供借鉴。 智能应用系统和设备的技术成熟度和运行可靠性仍需进一步验证。 应在总体规划的统一部署下，结合高速公路运营管理特点，在预留拓展空间的基础上，优先考虑需求较为迫切的场景开展试点部署智慧高速公路验证该技术的有效性和可靠性，然后逐步推广应用到其他路段和路网。

3.4 支持协作融合，研究制定智慧高速公路标准

在充分开展智慧高速公路总体功能框架、技术路线、产品性能等核心要素研究的基础上，制定智慧高速公路标准规范，明确多源前端设备布局原则。传感系统、应用系统功能、主动管控策略、车辆路线等，配合设备性能与安装、数据格式与接口等标准要求，形成涵盖高速公路全息感知、智能决策等核心环节的完整功能体系打造、综合服务，推动智慧高速公路复制推广和功能协同。

3.5 推进绿色集约化，创新探索建设运营模式

与传统高速公路机电建设相比，智慧高速公路涉及的信息基础设施更多，系统架构更复杂，对前沿技术的充分储备要求更高。 如何实现集约化建设、功能系统持续扩展、绿色运营？ 效率是智慧高速公路高质量建设和运营的关键。 一是研究新建高速公路智慧应用系统建设方案，推动道路基础设施与信息基础设施同步规划、设计、建设，提前预留空间布局。 二是研究高速公路智能化应用系统改扩建新方案，在充分发挥现有设备功能的基础上，协调新建设施与现有设施的协同和融合。 三是创新运营模式，引导市场主体转变角色，推动智慧公路信息系统建设与运营一体化。 四是细化行业分工和角色，重点培育智慧公路运维领域专业咨询机构，为打造智慧公路产业闭环产业链提供支撑。

4。结论

面临新一轮科技革命和产业变革以及我国转变发展方式的历史性交汇时期，新技术与传统产业正在加速融合。 智慧高速公路作为交通信息化建设的重要组成部分，实现了传统机电系统在高速公路上的功能表现。 在扩建、整体管控和服务体系积极精细化升级的同时，将有效带动5G、大数据、人工智能、信息电子等产业突破，对加快智慧高速公路研究具有重要意义施工路径。 本文在全面深入研究国内外智慧高速公路的发展历史和主要特点的基础上，对智慧高速公路的发展趋势进行前瞻性研判，形成了一整套的顶层设计、技术突破、生态建设、标准制定、模式创新。 建设策略为智慧公路建设提供参考。

参考

[1] 岑彦青，宋向辉，王东柱，孙玲，刘楠。 智慧公路技术体系构建[J]. 公路运输技术, 2020, 37(7): 111-121.

[2] 王玉伟. 智慧高速公路的设计与实践[J]. 建筑结构，2019，49（S2）：984-987。

[3] 吴东升. 车路协同创新示范赋能智慧高速公路[J]. 智能网联汽车，2020，（3）：31-35。

[4] 刘伟坤. 浅析国外公路信息化发展现状及启示[J]. 中国管理信息化，2018, 21(15): 134-136.

[5]王曦. 浅谈新基建背景下智能高速多重融合传感技术的应用[J]. 中国交通信息化，2020，（6）：125-126。

[6] 崔友凯，周义成，杜毅，王华斌高速公路机电系统新技术及应用，毛思杰。 浙江智慧公路建设顶层设计研究[J]. 中国交通信息化，2020，（4）：18-23。