编者按：7月27-28日，第二十四届中国高速公路信息化大会暨技术产品博览会在长沙国际会展中心隆重举行。本次大会由中国公路学会主办，《中国交通信息化》杂志承办。华设设计集团股份有限公司集团副总工张维苏作题为《智慧高速设计新技术思考》的报告，介绍了智慧高速设计的发展背景、建设技术要求、技术应用思考。以下为张维苏的主要报告内容，《中国交通信息化》作了不改变原意的编辑及整理。
2019年9月，中共中央、国务院印发《交通强国建设纲要》，提出大力发展智慧交通，推动大数据、人工智能等新技术与交通产业融合，构建泛在先进的交通基础设施。2020年8月，交通运输部印发《推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》，这是全国首个部委级新基建文件，提出提升公路数字化水平，推进车路协同等设施建设，丰富车路协同场景应用，推动公路感知网与基础设施同步建设，重点路段实现全天候、多要素对的状态感知。2021年8月，交通运输部印发《交通运输领域新型基础设施建设行动方案（2021-2025年）》，从公路智慧化管理水平、智慧化服务水平等方面对智慧公路建设行动提出了明确的要求。2022年3月，交通运输部、科学技术部印发《“十四五”交通领域科技创新规划》，以推动新型基础设施建设和落实碳达峰碳中和部署为契机，围绕智能绿色交通全面发力，抢占交通运输科技制高点。数字交通发展对智慧公路建设提出了引领性方向，即打造高速公路综合数字化治理能力，高速公路数字化驱动融合业务驱动，数字化管控引领的智慧公路示范，深化支撑体系，数字化标准引领。5G、大数据、人工智能、区块链、北斗、BIM等新一代信息技术快速发展，支撑公路转型、升级。目前全国各地正在积极开展智慧公路建设，根据统计，已经完成或正在开展的智慧公路项目涉及10余个省份共40多个项目实施重点包括基础设施数字化、路网运行监测与预警、车路协同、准全天候通行、智慧服务区、智慧隧道等，为智慧公路的建设积累了经验。当前智慧高速建设面临安全形势严峻、服务能力有待提升、运维能力有待提升及环保提出更高要求四方面的问题。安全形势严峻：恶劣天气严重影响行车安全，危险驾驶行为影响行车安全，分合流区域的事故多发，重型货车行车安全影响大。
服务能力有待提升：传统机电系统与现代服务需求不适应，信息发布实时性不够，业务系统相互割裂，数字化程度不高。运维能力有待提升：设施状态监测手段有限，养护数据采集自动化程度不高，爆发性大流量和阻断性事件频发，应对突发状况能力有待提升。环保提出更高要求：面临土地、环保的刚性约束，资源循环利用不充分，绿色建管技术应用不足。对自然环境更好的适应性：融入自然成为环境的一部分；克服自然条件的限制，提供全天候服务能力。支持新型能源交通工具的运行：能够持续提供燃油、电力、氢等能源供给，解决里程焦虑。支持高级别自动驾驶与人工驾驶车辆的混行：支持L3级以上自动驾驶，支持自动网联营运车辆，支持安全辅助人工驾驶车辆。全面感知，实时、准确掌握路桥、车辆、环境的现状并精准预测发展趋势；高效协同，能将各个要素更高效地协同起来，实现创新管理；全天候运行，提供有效的安全保障；无处不在信息服务；低能耗、低排放运行。实时掌控桥梁结构安全技术状况，包括：风速、风向、环境温度、结构温度、空间变形、倾斜、索力、伸缩缝位移、应变、振动等，实现桥梁健康状况智能监测。多项指标联合预警，有效应对突发事件；事件数据同步记录，可进行关联性分析，便于事件追溯，评估结果；建设冗余系统，保障系统100%稳定可靠，为大桥安全运营提供有效的技术支撑。基于BIM模型开发了水下隧道结构智能安全监测系统，具备监控数据可视化、自动巡检、实时报警等功能，实现了结构健康大数据的可视化展示和动态监控，提供重要风险预警信息。研制了温敏型和湿敏型两种渗漏传感光缆，实现对隧道接缝从渗水到漏水的全过程探测，并在太湖隧道10余公里的全体接缝上全程布设实施，大幅提升渗漏水病害排查效率，节省养护费用。通过布设结冰检测装置，实施感知外界环境温度变化，尤其是在冬季低温情况下，及时感知路面状态。道路沿线布设多种环境检测设备，对气象、温度、湿度全面检测。建立无人机巡检系统，可以实现对路域状态进行实时动态监控和应急管理。全方位的极速感知技术，构建了高速公路多节点、内外部、全方位、多维一体的感知体系，开发了融合算法，实现了高速公路运行、态势的快速精准感知。视频、机器视觉是主要事件识别应用技术，视距范围内识别率高，对环境亮度、能见度敏感，优化的识别算法能不断提升识别精度，对遗洒物识别有待提升，AI技术应用使得自学习功能在增强。雷达不受环境亮度、能见度影响，是视频技术的很好补充，开放空间使用场景使用，在一定距离范围内发挥作用，在一定车流密度下交通量统计精度有待提升。对于无人机的飞行平台与设备选型，以应用场景和应用需求为出发点，研究无人机设备选型，满足基于5G网络的4K视频实时传输、远程喊话、综合管控、指定航线自动巡检、强抗风、长续航等要求。数据采集与现有平台应用结合研究，5G引入交通管理全自动飞行巡检方案，通过规范化数据采集接口，实现无人机采集数据的实时传输与现场调度管理，接入综管平台。值得注意的是，接入视频管理平台回传依赖4G/5G网络，特大型桥梁区域高空5G信号质量不佳，无人机选型应适配管理需要，小型机携带、放飞便捷，无人机抗电磁环境干扰能力应受到关注。双向八车道的车道级精准管控和服务技术，支撑了路网、路段、匝道、准自由流收费等车道级精准管控，开发了云控示范应用平台，实现过车效率提升3倍。研发车道级雾天行车安全诱导系统，包括诱导灯、激光测距车检器、路侧控制单元、软件编制车道级雾天行车安全诱导系统技术规范，实现了低功耗、自组网和易维护。开发了车道级雾天行车诱导装备和运行控制技术，实现了准确感知车辆所处车道、间距、速度，实现诱导与警示，建成车道级雾天诱导系统示范路段。通过省级路网的气象平台以及现场安装的路面温湿度传感器感知路面和环境温湿度的预警信息；通过管控平台实现自动开启，达到智能消除冰雪效果；自动喷洒融雪剂，实现融雪效果；埋设发热电缆，升温路面融雪消冰。匝道预交易和自助收费：匝道设置预交易天线，实现匝道预交易；ETC道口交易时间缩短至30毫秒以内；车道减少收费亭设置；自助车道支持非现金自助缴费。- 智慧灯杆+引导：环境监测、广播、无级调光、5G微基站；LED引导屏，停车区疏密度诱导；停车位占用统计；安防监控、信息发布。
- 智慧厕所：厕位引导；环境监测与排风联动；上部空调新风引入，下部岗位式排风。
- 新型新风除霾：多种措施过滤空气中的有害物质，在中央空调系统中增加过滤网、监测装置、高效净化装置、热回收装置，大幅降低人员密集区域PM2.5浓度。
- 光伏人行路面：光伏发电与人行道路相结合，实现路面承载与发电功能融合；光伏路面承载、减震、防滑、耐久等性能；一定程度解决路面积雪、结冰。
建设管理：智慧工地管理平台，综合运用BIM技术、云计算、大数据、物联网、先进移动技术和智能设备等信息化技术手段，实现工程建设全人员、全时间、全空间、全资产、全流程的5A智慧工地管理，建立信息智能采集、管理高效协同、数据科学分析、过程智慧预测的施工现场立体化信息网络。
综管平台：涉及三维精细化建模、三维可视化区域、实时交通量、桥梁监测、事件分析等。物联网管理平台：服务区BIM物联网综合管理平台集成了停车、厕所、安防等十余个智能化子系统，实现统一数据采集、分析、设备控制与联动，以GIS+BIM方式实现三维可视化呈现。
路段级信息化架构分为四层，包括设备集成感知、网络融合、能力服务和业务应用，同时辅以集成、数据、安全等管理体系支撑。业务应用板块将业务域分为交通管控、管养运维、服务收费、工程建设、安全保障和经营管理等六类。
通过数据汇聚、治理、建立统一微服务平台打通数据流转链路，保障数据治理的顺畅、效率、质量；统一服务模式，实现自动分发，降低操作工作量，实现数据的扎口管理，设计分发机制，保障数据的流通安全和溯源。对于已建系统：对现有的信息系统数据进行统一的汇聚编排，建立苏通大桥数据资源目录，实现一套数据语言，解决部门之间数据口径不一导致的内部工作矛盾。对于新建系统：建立数据使用管理规范，严格依照数据使用审批规范来执行，保障数据使用的规范性、安全性和有效性。数据资源中心架构由多源数据采集、运行支持、数据管理中心和数据应用服务四个层级组成，在此基础上实现各类新建系统的数据统一调用，原有系统的数据统一优化，最终面向各类应用系统实现数据价值。数据资源中心架构由多源数据采集、运行支持、数据管理中心和数据应用服务四个层级组成，在此基础上实现各类新建系统的数据统一调用，原有系统的数据统一优化，最终面向各类应用系统实现数据价值。目标：将监控、通信、机电等基础感知设备融入数字高速感知体系，同时体现数字化高速新特性，将智慧服务区、新型能源设施、近零碳新概念等内容一并融合，最终将施工图和智慧高速设计图结合，切实指导施工建设。路径：将传统高速基础设施配套安装相应的智能传感设备，增强基础设施关键点感知能力，实现知冷暖、辨方向，实现全域覆盖的点位感知能力。依托BIM、大数据平台和人工智能等技术，并统一基础设施物联网编码标识、接口、数据、信息安全等基础共性标准和重点应用标准，促进促进不同专业的基础设施信息系统间的互联互通、资源共享和业务协同，避免形成新的信息孤岛。异构网络方案思路包括视频传输网、通信传输网、收费服务传输网、感知设备传输网在内的协同网络架构，基于SD-WAN、OTN、无线自组网等网络选型方案，面向各类型应用提供网络传输服务。在路网传输融合方面：基于现有的OTN和SD-WAN进行融合传输，强调路网之间的网络深度融合连接，建立网络通信(有线、无线)、卫星通信、通信组网融合的一体化网络传输体系。在路网信息融合方面：为路-路通信、车-车通信、车-路通信、路-中心通信、车-中心通信打下良好的网络融合融信基础能力，基于公路沿线外场设备、RSU、可变信息标志、FM 广播、移动终端、普通车辆车载终端、智能网联汽车车载终端等多种方式实现融合融信，提升交通信息发布的覆盖面和及时性，以提高通行效率，确保交通安全。智慧高速建设探索中，需要不断研究新技术应用，测试新一代信息技术、数字技术在交通运行环境中的适应性和应用效果，在精细化交通管控、智能化设施运维、人性化运输服务能力提升方面努力前行。
作者 | 张维苏（华设设计集团股份有限公司集团副总工）
来源 | 第24届中国高速公路信息化大会
