智慧高速概念、发展历程、建设模式及思路分析

我国目前正处在智慧高速发展2.0-3.0的阶段。

一、智慧高速概述

高速公路本身是一个民生工程，体量非常大，高速公路建设面临诸多痛点，通行效率、 收费效率及准确率、路网安全等都是建设高速公路所必须关注的问题。普通高速公路领域的 在用系统大概有几十个业务系统。如果总试图升级这些系统去变革面向管理者的建、养、 管、运、服的全业务链，就还谈不上智慧高速，只能算是高速信息化。 我们对于智慧高速的内涵理解如下：首先，智慧高速的核心本质是在“智慧”一词上， 应该具备像人一样感知、思考、理解、分析、执行、反馈的能力；其次，智慧高速的核心任 务是保障人、车、路、环境、信息等多个要素之间高度协同运行，使得智慧高速系统整体运 行效益最高；再次，智慧高速的核心目标是提质增效，也就是让高速公路更加安全、高效、 便捷、绿色；最后，智慧高速庞杂的硬件设备和软件平台，应当有一套完善的运维管理系统 作为支撑，保障核心系统的不间断运行。

二、智慧高速发展历程

一般认为智慧高速将经历三个发展阶段： 智慧高速1.0（信息化）：本阶段以高速公路传统应用和基础设施的数字化改造为主，逐 渐用信息系统代替人工操作，减少人为失误。丰富路网感知手段，智能获取路网及路面状态， 形成多维路网监测体系，同时服务于应急指挥及信息服务，提升服务体验。在顶层设计方面， 初步形成智慧高速建设共识，逐步明确行动计划。 智慧高速2.0（智能化）：本阶段致力于为高速公路的相关方提供差异化、智能化服务。 通过多维感知体系，结合AI智能分析，精准掌控路网状态，实时、高效应急处置；结合ETC （或北斗）等技术手段，实现快速精准收费；优化服务区产业，打造服务区+旅游、服务区+枢 纽等主题服务区，提供精准个性的定制化服务；初步探索自动驾驶、车路协同等前沿方向，在 建设模式、运营模式方面形成经验积累。

智慧高速3.0（自动化）：本阶段将基本形成智慧化、无人化的营运体系。自动驾驶实现 全天候、全路段普及，大幅提升交通运输效率，实现“四零”目标，即：零拥堵、零死亡、零 管制、零排放。 有别于智能制造的发展历程（信息化-自动化-智能化），智慧高速的发展历程有着高速 公路行业独有的特点。2019年的“撤站”，深化了高速公路收费联网体系，重构了高速公路 的收费逻辑，夯实了全网自由流收费的基础，配合收费稽查、在线计费等系统，基本实现了 精准计费；2020年的全国高速公路视频云联网，构建了一套庞大的在线视频共享体系，通过 AI在线分析，及时发现路网运行事件，为应急指挥、运营管控提供了强有力的数据支撑；自 2017年以来，在北京、江苏、浙江、上海等地开展了大规模的车联网示范区和先导区的建 设，自动驾驶的产业结构基本形成，商业运营模式也开始进入探索阶段，为自动驾驶的推广 创造了基本的发展条件。

因此，我国目前正处在智慧高速发展2.0-3.0的阶段。但信息化、智能化、自动化三个阶 段并不完全是依次演进的过程，而是呈现出融合发展、协同发展的态势。信息化是智能化、 自动化的支撑，不同程度的信息化水平，支撑不同程度的智能化和自动化。

三、智慧高速建设模式

高速公路ITS系统的发展经历了很多年，近些年也涌现出了很多智慧高速的项目建设， 然而到目前为止，对于“智慧高速”的专业的名词解释，基本很难去定义。务实的讲，受限 于一次性投入的投资规模、项目建设时业界的技术水平等原因，并没有出现管理体制、运营 模式等方面革命性的变化。通过调研现有的智慧高速试点项目，我们发现大部分项目是选取 了某一个或某几个方向进行深入的探索，如精准养护、基础设施数字化等等。 然而，智慧高速的建设存在着非常明显的木桶效应，这与高速公路本身的服务属性有 关，服务是全方位的。比如养护系统很先进，能够长期保证一个良好的路面运行情况，但是 服务区的服务体验不良，应急处置不太及时，对于高速公路的使用者来说，仍旧不是一条 “智慧高速”。因此，“智慧高速”不能仅仅作为一个项目去建设，而应是一整套的建设体系 和顶层规划。 近年来智慧高速的发展呈现出由“全面智慧”向“经济实用”转变的趋势。行业认识到智 慧类建设应当适度超前，由大而全的智慧公路向能够解决实际问题的小智慧场景转变。

反应在建设及改造需求上，则有以下几个主要的转变： 第一，传统系统升级的需求迫切。拿收费系统举例，从2020年5月后联网收费稳定运 行，路网运行更通畅、人民出行更便捷、为促进物流降本增效、服务构建新发展格局奠定了 坚实基础。然而对标全国高速公路“一张网运行、一体化服务”新形势的要求，现有收费系 统在计费准确性、业务规范化程度、系统标准化程度等方面，还有很大的提升空间。放在监 控系统里也是一样，距离“可控、可服务”的目标，还有一段路要走。 第二，更加追求发挥现有数据的价值，而不是新建大量的感知手段。全国目前2.7万个 门架、20余万路视频感知终端，还有很多物联传感器，高速公路的数据保有量至少是以 10PB为单位计量的，这些数据如何进行标准化、如何保障数据共享及数据安全，是当前需 要解决的迫切问题之一。

第三，服务方式从“有服务”向“好服务”转变。“好服务”的含义分为两个层面，一是 向出行者提供更好的服务，如强化服务区的服务能力，通过普及率已经超过70%的ETC技术 向车主提供更多的信息服务等；二是向路段公司提供更好的服务，充分发挥数据的主观能动 性，为路段公司在路网运营、应急指挥等方面提供更好的决策支撑。 第四，适度的智慧，由大而全的智慧公路向能够解决实际问题的小智慧场景转变，更加 关注新技术与旧场景的结合，解决生产过程中的实际问题。

四、智慧高速整体建设思路

为更好的应对未来发展形势，我们提出统筹规划、因地制宜、适度超前、经济实用的发 展建设思路。 统筹规划：统筹布局做好建设方向、空间布局、建设时序规划，近期应关注成熟技术的 规模化、网络化应用，远期应跟踪前沿科技布置试点研究，并做好对接和预留。 因地制宜：结合特定区域、特定阶段、特定需求来开展高速公路智慧化建设。要针对不 同高速公路的痛点问题给出有针对性的解决方案，实现“一路一策”，甚至“一路多策”。 适度超前：智慧高速建设应基于现状，适度超前布局，在技术、数据架构上适度超前布 局，为未来做好技术预留。

经济实用：优先考虑解决实际问题和发展需要，着眼于效益提升，优先建设标准化收费 站、车道级管控、在线计费、自动化运维、智能化养护、主动安全防护等能带来核心价值的 业务应用，再考虑其他扩展场景的智慧化建设。 基于此思路，构建智慧高速的整体架构，分为以下几个层级：

泛物联感知层：物联感知是智慧高速系统的神经末梢，如“撤站”新建的ETC门架 （RSU、视频感知终端等）、视频云联网新建或改造的监控终端等，服务区也是高速感知系 统中的重要数据开源之一。此外，对于桥梁、隧道，甚至是易损坏、车流量大的普通路段， 可能部署有压力传感器、形变传感器等。随着北斗3号组网成功，促进卫星定位、导航、授时 服务功能的应用，技术自主创新，配合差分定位，在一些高精度位移测量的场景，如边坡监 测、桥梁监测方面也已有小规模应用。物联感知获取数据的准确性、全面性，将直接影响智 慧高速系统可用性、实用性。 数字基础设施层：分为两个板块，ICT基础设施和智慧传输。ICT基础设施即计算、存储 等硬件承载平台，它是所有信息系统的基础。智慧传输即有线传输+以5G为代表的无线通信 技术，新华三率先在高速行业提出IPRAN2.0技术路线，借助设备层实现电层和光层的融合， 在控制层、转发层、光层实现突破，通过“IPv6+光”的扁平化架构大幅简化网络，提升多层 网络控制、算路、维护的统一，进一步提升通信网络的服务能力。 数据中台层：分为三部分，智慧高速云、智慧高速数字孪生、业务能力平台。

智慧高速云是数据中台的底层支撑，但过分强调云平台本身的技术路线、私有公有其 实毫无意义，应当关注云带来的技术便利：如云平台能够兼容异构IT设备，考虑到高速公路 分路段建设的模式，异构兼容能够大大提升设备折旧率，有效保护投资；如GPU资源池化， 视频云联网之后，大量的视频数据需要通过AI分析才能发挥其最大价值。 智慧高速数字孪生平台由静态孪生和动态孪生组成。静态孪生是指通过搭建高速公路 核心业务数据中台，融合原来的资产管理相关的业务管理系统前台与其数据后台，形成全生 命周期的全资产管理体系、标准与管理信息平台，建立公路资产“0”号台账，提供资产保 值、增值的大数据支持，为企业的管理提供决策支持；动态孪生是指对公路建设、运营的过 程进行建模仿真，从而提供除静态孪生（BIM等）外的动态信息（结构安全、路面状况、运 行状况等）。利用全生命周期管理，基于BIM+GIS全生命周期管控系统，采用云计算、人工 智能物联网（AIoT）、结构健康预测、数字认证等技术实现基础设施动态管理网络化。

业务能力平台为上层应用提供必要的数据库、中间件、算法引擎等Paas服务。 智慧应用层：在建、管、养、运、服、新六个方面展开。建设板块主要围绕项目建设流 程、进度、归档、资产移交等方面，强调的是工程全流程监控及呈现；管理板块以路网运行 监测、入口治超为主；养护板块包含养护流程监管、基础设施健康监测、可预测养护等；运 营板块主要聚焦服务区运营，服务区作为除高速通行费第二大收入来源，是运营板块的重要 组成部分；服务板块主要是指公众服务系统、紧急报障系统等；新业态板块以车路协同为主 进行探索。主动安全体系，保证业务系统安全合规，统一运维体系，采用自动化运维手段， 降低运维工作对人员、财力的开销。 智慧+建设：围绕建设工程项目管理的核心业务，融合项目管理各应用系统模块采集和 生产的数据进行数据挖掘分析，实现多层级、多维度的项目数据可视化展现，让项目管理 者、施工方能够及时掌握项目动态，为管理决策提供科学支持。

智慧+管理：以路网数字化、交通全要素感知为基础，实现路网事件全生命周期管理， 通过AI视觉，实现交通事件的自动发现，在应急处置过程中，涉及到数据的跨部门共享，将 由数据中台作为底层支撑；此外，构建一套统一的高速公路统一运维平台，实现巡检自动 化、配置合规自动化、维护操作自动化、安装部署自动化、配置手机自动化等能力，提供移 动APP端，与运维工单系统联动，实现移动巡检，加强高速公路机电系统管理水平。 智慧+养护：在线监测与维修一体化：在线监测，健康状态评估，建立在线监测与维修 桥梁关系，实现在线监测与维修一体化。故障诊断与维修方法一体化：构建故障诊断模型， 基于日志分析系统，生成维修对策，建立故障与维修方法的关系，实现故障诊断与维修方法 一体化；运维评估一体化，运维工作成果由运营监测指标体系的回升作为评判依据。

智慧+运营：智慧服务区、智慧商业管理系统：采用分级管理模式，服务区内商超拥有 自主经营权，同时向集团上报每日经营情况，集团可以根据全省及该区域的商品销售趋势， 指导各服务区优化商品销售策略，达到增值创收的效果。同时可以结合ETC支付的方式，实 现无现金支付，做到人、车、物三合一。智慧能耗管理系统：构建源-探-管-服的零碳服务区 体系架构，通过智能水表、智能电表等终端，实时监控服务区能耗情况，做到无人低耗、无 车低耗；部署智能照明系统，做到无人弱光、无车弱光，大大降低服务区的能耗开销。 智慧+服务：基于云统一服务门户，整合路网监测系统、应急指挥系统、交通事件查询 系统等，提供准确、实时的交通信息查询服务。 智慧+新场景：私域大模型，探索AIGC与行业场景的融合，在智能客服、绿通查验、应 急指挥等场景，充分发挥NLP、CV、跨模态大模型的能力，助力传统业务数字化变革。车路 协同采用先进云边协同架构，保障算力基础设施的高可靠性，探索V2X通信全流程的安全防 护体系。