智慧高速的探索之路

当前，国家高速公路网主骨架已基本形成，行业发展重心由建管为主转向建管养运服并重，随着汽车保有量每年年复合增长率接近12%，人民生活水平不断提高，交通出行者对时效性的追求越来越高，车辆对路的要求越来越高，技术的发展越来越快，但高速公路还存在收费效率不高，高速收费站在重大节假日时依旧塞车，高速公路时常出现恶性交通事故，危运车频繁违规造成路损和交通事故等现象，表明我们离智慧高速的目标还有一定的距离，因此高速公路还迫切需要进一步的智慧化，如何统筹协调高速公路“人、车、路、环境”各要素，加快推进新基建时代智慧高速建设，提升管理服务能力，实现“4个交通”（综合交通、智慧交通、绿色交通、平安交通）的发展目标，成为了行业的重要课题。

智慧高速的目标演进及挑战

1. 智慧高速的演进路线

高速公路由电子信息化跨入数字化时代，以ETC自由流收费为起始，未来高速公路向智慧高速不断演进。数字化是智慧高速的基础，主要重点在路网的感知+认知，在感知认知的基础上，逐步构筑智慧路网，最终实现人车路互信协同。

图1 高速公路的演进路线图

2. 建设总目标

围绕“全路网感知、全方位服务、全天候通行、全过程管控、全数字运营”的建设总目标，不断提升高速公路的安全、效率、服务及管理水平，助力智慧高速的数字化转型升级。

安全：进一步打造出行安全保障体系，实现高速公路快速安全通行，远期依托基础设施数字化、路运一体化车路协同、北斗高精度定位综合应用、基于大数据的路网综合管理、“互联网+”路网综合服务、新一代国家交通控制网，实现全天候安全通行以及无严重安全事故的美好愿景。

快速：实现ETC收费设备的全覆盖，构建大数据驱动的智慧云控平台，通过智能系统、车辆管控等手段，有效提高高速公路的运行效率，将车辆平均的运行速度提升20~30%。

绿色：打造融合高效的智慧交通基础设施，在新能源新材料行业应用上，鼓励在高速公路服务区、边坡等公路沿线合理布局光伏发电设施，与市电等并网供电。从“十四五”到“十五五”十年期间，我国将进一步大力发展风电、太阳能发电，光伏在2021年的爆发已成定局。

智能：借助新技术，构建人车路协同综合感知体系以及路网综合运行监测与预警系统，全面实现自由流收费，未来还可通过构建车联网系统，全面支持自动驾驶。

3. 智慧高速公路信息化现状及挑战

未来十年，我国智慧高速公路的建设在新技术、新模式、新业态等方面将面临以下挑战：

（1）感知内容少、智能化程度低。

智慧高速的转型升级离不开数据，当前感知设施布设范围覆盖不足，检测手段智能化程度低，数据感知有待进一步完善。

（2）数据共享不充分、分析能力弱。

高速公路数据分析主要还是依靠车检器及视频采集的数据，缺乏其他方式采集的结构化数据，也缺少收费等数据的融合，对实时数据的分析处理能力较弱。

（3）业务不联动，协同不密切。

高速公路各路段运行的业务与养护业务之间缺少联动，同一业务跨路段、跨路网的协同不密切，联合调度指挥能力弱。

（4）预测能力差、辅助水平低。

因缺乏数据支撑，导致系统预测能力差，无法为人工决策提供有效的辅助，决策水平主要取决于指挥人员的经验。

（5）感知手段少、响应速度慢。

感知手段不全面，智能化程度低，导致事件发生后无法第一时间掌握现场状况，无法快速生成应急指令，从而降低了响应速度和指挥效率。

（6）问题溯源能力差、管控水平弱。

因缺乏全面感知的数据，无法对事件发生的根本原因通过仿真等方式展开溯源，无法确定问题症结，导致无法实现精准化管控。

（7）未真正形成综合管控网络。

当前高速公路设备及系统的运维管控尚处于被动模式，亟需一个综合的管控网络和运维平台进行统一、高效、自动化的管理和服务。

此外，还存在着网络安全问题突出、信息孤岛化严重、标准规范有待加强、公众服务质量有待提高等问题。

智慧高速的总体架构和特征

智慧高速是一场技术、发展模式及服务等全方位的变革，需要构建“数字化感知”“泛在联接”“数字平台”“智慧应用”的整体体系。在这场变革中，需要多方合力、共同创新最终达到最佳效果。

图2 智慧公路试点工程-试点方向

1. 智慧高速的特征

智慧高速的特征主要表现在6个方面：全面感知、智能分析、协同运行、自主决策、瞬时响应及精准管控。

全面感知：具备对高速公路沿线设施、承载车辆、运行环境等进行全面、智能、实时、准确的感知能力，能够主动感知异常情况，为后续自主决策、瞬时响应和精准管控提供数据支撑。

智能分析：具备对各种感知手段获取的群体信息与个体信息，历史信息与实时信息等多源信息，在典型场景下进行智能融合分析的能力，能够有助于识别异常，并支撑后续的自主决策。

协同运行：具备高速公路路段内不同业务之间，高速公路路段之间，高速公路与普通道路之间，高速公路与载运工具之间，高速公路与交通参与者之间，实现互联与协同联动的能力，以助于提升管理效率和服务水平。

自主决策: 具备利用机器学习技术开展高速公路异常事件自主学习的能力，可针对高速公路运行异常进行实时运算，精准推测发展轨迹和结果，快速提出最优行动方案，以全面提升高速公路的决策水平。

瞬时响应: 具备实时感知应急事件的发生、迅速判断应急事件的级别、瞬间生成详细处置的预案、快速调动应急处置资源的能力，以全面提升高速公路的应急处置水平。

精准管控: 具有高速公路全面的感知能力和路网异常运行的识别能力，具备主动开展路段级、车道级、特殊车辆精准化管控的能力，以全面提升高速公路的管控水平，保障高速公路安全、有序、畅通地运行。

2. 智慧高速解决方案总体架构

华为智慧高速解决方案，以道路全要素数字化、网络化、智能化为基础，万物互联；以数字平台为核心，构建多业务场景解决方案，即通过1套全要素感知+1个高速大脑+N个智慧应用，实现高速公路的可视、可管、可控、可服务，提高其安全、效率及服务体验。

图3 华为智慧高速解决方案总体架构图

全路网感知：路网的感知需要依赖大量的视频摄像头、传感器及车流量检测器等采集设备，其中视频是最重要的元素。在视频感知方面，主要有三方面的变化：功能机到智能机的转变、单点智能到全网智能的转变、单一手段到多源拟合的转变。通过联通物理世界和数字世界，让数据、软件和AI算法在云边端自由流动，推动交通基础设施的全方位感知及信息的实时交互。

智能联接：通过5G等联接技术，打造全覆盖、低时延、高可靠、超宽、无损的网络通信能力，以实现无缝覆盖、万物互联。

全天候通行：为了保障特殊情况的及时处理，及时恢复交通，避免采用封路这种极端手段，需要边缘计算与边缘智能技术做到以AI能力、应用为核心，缩短端到端的延时。华为解决方案中，将算力和AI能力下沉到边缘侧，缩短了业务处理的时延，同时，边侧对无用数据进行剔除再进行回传，减少了对于带宽的压力，最终保障高速公路的全天候安全通行。

高速大脑：高速大脑是智慧高速建设中最核心的内容，是支撑全业务场景、全生命周期行业智能升级的引擎。智慧高速建设的智慧应用，本质上要能够将感知到的数据，打通孤岛，打通传统的烟囱式系统，对数据进行统一汇聚、治理，通过深挖数据价值，盘活数字资产，使能智慧应用，最终实现智慧高速的一张图。

全过程管控：通过与客户和伙伴的协同创新，帮助交通客户在业务上实现安全、效率、体验的全面提升。从建、管、养、运、服的每个维度都能够达到精准管控，最终体现在出行指标上：道路事故率下降、通行能力提升、道路拥堵率下降及运营成本下降。

智慧高速公路的建设探索

智慧高速要实现数字化、信息化、智慧化，决定了智慧高速建设要有以下几个方面内容：

1. 基础设施数字化：对高速公路的基础设施运行状态进行数字化表述，让物能够“说话”（三维高精度地图，路面桥梁隧道边坡的运行状态感知），提前进行危险预警处置。

2. 网络化：通过网络将数字化的设施连接起来，实现数据交互，物和物之间能够对话（实现路上的设施动态管控，车辆提供个体的信息服务）。

3. 智能化：在网络传输的基础上实现智能反应与调控（车路交互，基于大数据的路网整体协调控制）。

4. 智慧化：借助万物互联，使高速公路能够精准泛在感知，车辆全程受控，在人类智慧的驱动下优化运行。

5. 通过5G通信设备，提供低延时高宽带的无线网络，通过覆盖F5G全光网络实现天地一张网，构建人车路协同的综合感知体系，依托高精度地图及北斗高精度定位，以全面支持未来的自动驾驶。

华为与北京首发集团等多方携手打造的北京首条高科技、智慧型高速公路：京礼高速北京段，借助5G打造的创新场景化解决方案，可以更好地支持车路协同的自动驾驶。2019年，曾在复杂的道路条件下，利用C-V2X蜂窝车联网通信技术、高精度地图等先进技术，进行了大小车多类型毫秒实验的L4级自动驾驶、车队编队全场景测试。

在湖南，华为携手湖南高速集团进行了在线收费稽核科技攻关，将路网运行车辆的计费流水、车辆牌识流水及车辆的全量特征进行多维数据融合、人工智能算法的在线训练，实现了秒级诊断分析和在线自动预警响应，为湖南高速收费的健康运行保驾护航。

智慧高速作为交通运输行业信息化、智能化发展程度最高的领域之一，是建设交通强国的必由之路，将有力带动信息产业的快速发展。智慧高速公路未来的发展趋势是朝着车路协同（LTE-V）自动驾驶迈进，实现人－车－路－环境的智能协同，科技赋能让出行更美好更安全。技术+业务双轮驱动，智慧高速已迎来了新时代，这对我们来说既是挑战，也是机遇！我们相信，在各位交通人的共同努力下，智慧高速将迎来一个美好的时代！