7.1 智慧公路主要建設內容

智慧公路是智慧交通系統的重要組成部分。20世紀80年代，美國交通部開展了15項有關自動公路系統（Automated Highway Systems，AHS）的研究。該系統通過安裝在道路上和車輛上的傳感器收集信息，并將信息提供給計算機控制系統來實現車輛自動控制駕駛[10]。AHS的概念主要包括自動駕駛、合作協同、基礎設施支持和管理控制四個階段，并具有位置保持、車道變換、擁堵緩解和流量控制四個主要功能，四個功能在AHS不同階段具有不同的特征[11]?；贏HS的智慧公路框架如圖7-1所示。

美國的AHS項目研究給出了智慧公路建設的基本框架。我國交通運輸部在“十三五”期間，通過試點的方式部署了一系列智慧公路建設實踐探索，重點關注智慧基礎設施建設、基于車路協同的交通運輸管理和控制等領域。本書主要基于試點內容及取得的成果[12]-[16]，總結我國智慧高速公路主要建設內容。

我國智慧公路主要建設內容包括智慧基礎設施、智慧公路應用體系和信息安全三大部分，如圖7-2所示。

智慧公路主要建設內容按照感知、網絡通信、數據處理和決策服務等層次劃分[11]，如圖7-3所示。

7.1.1 智慧基礎設施

智慧公路基礎設施以支撐智慧公路運營、管理服務的基礎設施為主，包括公路運行監測、多網融合通信、數據中心、應用支撐平臺等。

1.公路運行監測

公路運行監測通過采用路側設備采集信息、輔以移動終端/車載終端采集信息及公路經營管理單位、公安交警、交通運輸綜合執法、公路管理、氣象等部門共享信息等多源數據融合的技術路徑，實現高速公路實時狀態信息獲取，為公路運營、管理各類應用提供數據支持，主要包括公路主體及附屬設施監測、視頻圖像監測、交通狀態監測、車輛狀態監測、公路氣象環境監測等。

2.多網融合通信

多網融合通信指構建交通網沿線全覆蓋的通信網絡，包括有線網絡和無線網絡（5G-V2X、4G LTE-V、DSRC、Wi-Fi等局域無線網絡，以及4G/5G等廣域無線網絡），以及未來衛星通信網絡，實現廣覆蓋、低時延、高可靠、大帶寬的網絡通信服務。高速公路融合通信主要分為路-路通信、車-車通信、路-中心通信、車-中心通信等。

3.數據中心

數據中心用于匯聚智慧公路監測數據，完成數據分析與處理，用于智慧公路應用支撐平臺和各業務系統。數據中心具備邊緣計算能力和中心計算能力，邊緣計算是通過車路協同系統實現路測與車端實時數據交換，中心計算可分析處理中心數據，提供基礎類模型、業務類模型、綜合類模型等分析結果。其中，基礎類模型包含但不限于設施設備性能評價、公路網交通需求預測、公路網短時運行態勢分析、公路網交通風險分析；業務類模型包含但不限于公路養護管理、應急指揮管理、工程建設管理、公路收費管理；綜合類模型包含但不限于公路服務評價、資產綜合評價、公路網供需平衡分析、中長期收支計劃、公路網運營評價、公路網應急能力優化[14]。

4.應用支撐平臺

應用支撐平臺基于一體化的智慧公路基礎設施和標準化的通信協議，為實現信息共享、應用系統功能、業務協同工作提供技術支撐，主要包括應用中間件、數據交換共享平臺、公路基礎設施資產數字化管理、視頻管理系統、交通地理信息服務系統、統一用戶管理系統、實時交通仿真系統等。

7.1.2 智慧公路應用體系

智慧公路應用指實現公路運營、管理的各項服務，主要包括運行管理與應急處置、出行服務、智慧服務區收費服務、路政管理、公路養護、車路協同支持等。

1.運行管理與應急處置

公路運行管理與應急處置包括運行評估、運行預警、運行控制與應急處置，具體是指根據公路運行監測系統采集到的數據和信息，對公路運行狀態進行評估和預警，提供道路交通信息和誘導控制指令，及時向管理部門、求救部門和社會發送求救指令或道路交通信息。

公路交通控制主要指車道級控制，主要包括主線控制、匝道控制、匝道分合流控制。其中，主線控制是指根據主線交通流量或突發情況，實現含應急車道在內的單個或多個車道開啟/關閉功能，以及分車道可變限速信息發布功能；匝道控制是指根據主線及匝道的交通流量或突發情況，實現匝道關閉/調節功能；匝道分合流控制分為分流誘導、合流警示，具有道路輪廓強化顯示模式和行車主動誘導模式[14]。

應急處置是指利用物聯網、大數據、云計算、車路協同等技術，快速發現事件，精準定位，自動對公路時間類型進行分類管理，并自動生成控制策略和調度指令并實施發布，快速匹配和有效調度應急人員、車輛和資源。

2.出行服務

提供出行前、出行中、出行后等不同階段的出行信息服務，為行車用戶及時提供綜合路網服務。內容包括公路基礎設施和服務設施信息、交通運行狀態信息、氣象信息、交通管控信息、安全輔助駕駛信息以及其他信息等。提供方式包括智慧情報板和互聯網信息發布兩種手段。智慧情報板是在傳統可變情報板的基礎上，提供文字、圖形、圖片、視頻等多種信息發布形式?；ヂ摼W信息發布是指通過信息查詢終端、微信短信服務平臺、互聯網網站、第三方導航軟件等互聯網手段，為出行公眾提供信息服務。

3.智慧服務區

利用物聯網、人工智能（AI）、大數據、云計算等技術，通過各類智能終端，為社會公眾、管理人員提供高速公路服務區智能化和個性化信息服務，主要包括智慧停車、集約型燈桿、智慧餐廳、智慧廁所、智慧垃圾桶、新能源充電、綜合信息發布、綜管平臺等[16]。

4.收費服務

高速公路收費管理系統是指提供電子不停車收費（Electronic Toll Collection，ETC）服務，實現高速公路主線自由流收費?；蛘攥F有的收費系統融合移動支付，即不改變現有收費系統，在MTC出口收費車道安裝掃碼終端并連接到第三方支付平臺，建立移動支付系統。或者采用“車牌識別+手機APP”的模式，實現用戶的自助綁定車牌和自動支付，從車輛到達收費窗口到完成支付，車主不需要任何動作，可大大提高車輛通行效率。

5.路政管理

路政管理主要實現路政巡查、路政內業、路產路權、行政許可、超載超限管理等功能，以信息化手段提升高速公路、公共用地及公路附屬設施行政管理水平。其中，超載超限管理主要包括超限運輸運行管理、跨省大件運輸并聯許可、治超綜合分析評價等功能。

6.公路養護

利用各種先進傳感器、信息技術、網絡技術、自動控制技術、計算機處理技術等，實現智能化實體資產在全壽命周期范圍內的運行、養護、改擴建等全過程宏觀管理，實現公路整個壽命周期內一切與建設、維護、管理有關的養護費用最低。

7.車路協同支持

結合自動駕駛對高速公路設施的實際需求，設計和建設自動駕駛專用車道、支持自動駕駛的標志標線、支持自動駕駛的車路協同設施。

7.1.3 信息安全

智慧公路建設的公網+專網、車路協同路測設備終端、機電系統設施，以及管理應用、服務應用、基礎支撐等系統應具備較強的安全防護能力，主要包括網絡安全、數據安全和應用安全三方面。其中網絡安全主要包括網絡結構安全、訪問控制、網絡設備防護；數據安全主要包括數據完整性、數據保密性、數據備份和恢復能力；應用安全主要包括身份鑒別和訪問控制。