我国高速公路的基本特征

在上世纪80年代，我国高速公路刚开始建设时，有关科研机构、大专院校做了大量的研究，学习和借鉴了国外很多经验。现代高速公路的起源是在德国，上世纪30年代就开始修高速公路，一是为了公路交通，二是战时作为飞机跑道。日本第一条高速公路是为了东京奥运会，聘请德国工程师设计，因为条件限制，采用高路堤、窄路侧，但为达到低路堤、宽路侧高速公路同样的安全性或者高效的通行能力，日本的高速公路上有大量的安全设施，同时有很多交通监测和服务设施。我国借鉴了日本很多经验，我国建设高速公路的同时也建设了大量的监控、通信、收费等机电设施。

截止到去年底，我国公路总里程528万公里，高速公路里程16.9万公里，所以智慧公路建设也面临着不同等级的公路智慧化建设需求变化的问题。

公路交通管理体制

现行的公路交通管理方包括公路、路政、交管，急需共享数据，此外应急、施工等也需要获取交通数据资源，大部分省市还没有实现共享。实际运行过程中，交通管理机制交叉、重叠，日常的工作中出现了分歧跟冲突。比如标识标线由公路部门应用管理，但是产品检验由公安部门负责，包括信号灯设置，各个地方都不一样。道路封闭、禁行等交通管理职责，由交警负责。一个隧道监控中心的班长因为隧道发生大爆炸事故，值班班长因为没有及时把拥堵的情况以及隧道发生的情况及时报告给交警部门等因素，最后以涉嫌玩忽职守罪被处理。

从公路交通管理层面来看，智慧公路怎么定义？现在还没有明确。从最近的研究来看，智慧公路是传统公路与人工智能、大数据、超级计算、移动互联网、区块链等新一代信息技术和通信技术等深度融合发展，实现建设、管理、养护、运营、服务全过程、全要素数字化和智能化的新型公路基础设施，目标是为了使交通更安全、更高效。这里包含保通畅、绿色，优服务、降成本等。

智慧公路建设存在的问题

2021年国家“十四五”重点研发项目里面，交通基础设施专项里面有两个很重要的研究项目：一是交通基础设施数字化软件研发。二是陆路交通基础设施智能化设计的共性技术。2022年，中国工程院与交通运输部也正在进行另一个项目——智慧公路发展战略研究。

各地的智慧公路建设标准、指南有这么几个共同的特点。一，聚焦高速公路，目前只有江苏、宁夏涉及到普通公路。二，聚焦的场景是高速公路现有机电系统的升级重构，从感知、管控、服务。三，较多省市涉及到了公路建设、养护的智能化。

交通部在智慧公路的标准制定方面还是持谨慎态度，还没考虑推进标准规范编制，但有望推出建设指南，用于高速公路新建及改扩建。

存在问题

一、重硬轻软，使用效果不理想。

一个是高密度的布设外场设施非常普遍。大部分智慧公路建设采用感知、控制、服务等外场设施密集布设的方式，少数公路布设密度过大。导致建设成本跟运营压力大，通信、电力供给需求高等问题。

二、数据分析建模能力不足，软件功能不强。

体现在数据不好用、不会用，缺少智能算法模型。而且系统软件的设计仅简单描述拟实现的功能，缺少量化、可考核的功能和性能指标，建成的效果离目标相差比较远。

三、数字化的基础比较薄弱，沦为新理念、信息技术、新设备的“试验田”。

一是脱离了现实要求。一些智慧公路项目对未来愿景的认识与现实脱节，将未来十年、二十年乃至三十年后做的事情，希望能够在今天实现，比如高级别L4自动驾驶。同时也存在“智慧公路=车路协同=自动驾驶、自动驾驶将由交通部门主导”的认识误区。个人认为这样的技术路线，如果大规模的实施，将存在建设、运维成本过高，管理及路方将承担无限责任等问题。

二是出现技术过剩。技术虽然有用，但使用价值很低。

三是没有正确的区分试点跟规模应用之间的差别。认为新型交通基础设施就是智慧公路，机电系统已经过时了。

这些问题已经出现在智慧公路的建设中，需要引起高度的重视。

智慧公路高质量建设的基本思路

建设目标

包括近期跟远期目标，体现在6个方面。

近期目标：公路数字化转型取得突破性进展，智慧公路建设水平显著提升，实现重要通道、重点区域一体化运行，初步构建实体公路和数字李生公路两个体系。推动公路设计施工、养护保通、运营服务、市场治理、标准供给的数字化转型和智能化升级，建成全行业智慧化基础支撑体系。

远期目标：现代信息技术深度赋能新一代公路发展，推进公路智慧建设、智慧养护、智慧运营和既有公路智能化改造，推动技术融合、业务融合、数据融合，建成实体公路和数字字生公路两个体系，实现公路数字化转型。构建省域路网大脑并通过区块链形成全国路网大脑系统，以及跨区域、跨层级、跨业务的协同管理服务体系，为出行服务与物流运输提供精准、便捷、安全的服务，为车路协同和自动驾驶技术提供支持，公路网协同运行、服务、保通保障能力进一步提升，公路用户使用成本和出行负担、公路建设和运行管理成本显著降低，交通产业链供应链深度融合发展，公路数字化智能化发展水平达到世界前列，全面支撑交通强国建设。

基本布局

一、提升公路设计施工数字化水平，推动公路基础设施的智慧制造。

包括推广公路工程数字化勘测、公路建设全过程BIM应用、推进公路智能制造、打造公路重大工程数字化监管系统等。

二、提升在役公路基础设施数字化水平，推动公路养护智能化。

包括构建农村公路数字化综合监管体系、提升在役公路养护管理数字化水平、推进公路养护装备智能化升级、构建公路安全应急数字管控体系等。今年交通运输部开展了提升干线公路养护标准化水平的工作，围绕10个方向、32个项目开展试点示范工作。

三、提升路网管理与服务数字化水平，服务支撑做好保通保畅工作。

包括构建路网大脑、推动公路管理服务设施智能化升级、打造全天候路网监测调度中心、打造一体化公路出行的服务新模式等。

四、提升公路统一市场数字化治理水平，全面支撑做好公路政务服务。

包括建立健全市场主体数据库、提升公路市场数字化监管效能、提升一网通办的政务服务水平、推动审批监管制度重塑等。

五、提升行业标准服务供给水平，推动数字化转型。公路数字化的标准体系正在制定。

六、提升智慧公路基础支撑保障水平，推动行业数字化转型发展。

包括构建全国公路行业数据中心、构建公路一体化行业服务平台、构建公路行业大数据应用体系与生态、构建公路数字化技术研发体系、构建智慧公路网络与数字安全保障体系等。

数字化公路基础设施

公路设施如何数字化？数字化公路基础设施的内涵，目前没有达成共识。从目前比较一致的看法是这样，在公路交通系统中，深度运用人工智能、信息、通信技术，围绕公路建、管、养、运、服全生命周期实体业务，打造感知、分析、决策、执行的数字孪生系统，以数据为主要生产要素，以数据共享和智能化应用为驱动方式，赋能并优化公路勘查设计、施工建造、运营养护、出行服务、行业治理等内容，对传统公路交通系统的运营管理模式、服务模式、商业模式进行创新和重塑，实现公路行业的转型升级。

数字化公路基础设施的基本特征

一是全生命周期、全要素。覆盖公路建设建设、管理、养护、运营、服务全链条业务，具体为路网规划、勘查设计、施工建造、养护、运营、出行服务、行业管理等活动。

二是价值导向。产业链企业数字化，如何提质、降本、增效。行业治理体系及治理能力现代化，怎么进一步规范、精准、公平、开放、共享。如何让公众有获得感。

三是动态的。存量、新增的各类型公路数字化的技术路径、发展目标都应该是动态的，各阶段业务数据的采集汇集分析应用等，是动态的。

四是双向流动。“业务即数据”，数字世界与物理世界活动的数据双向流动，互为指导。

公路基础设施数字化现状

公路基础设施数字化，是要把基于实体公路建设数字孪生公路。几个观点，新增公路的数字化应该从勘察设计开始，存量公路的数字化从养护开始；公路基础设施数字化不是从零开始，是对既有信息化的提升、创新；公路既有信息化水平绝地当了公路数字化的具体目标和实施难度。有个很重要的问题要搞清楚，公路基础设施如何数字化表达？业务场景如何数字化？数字化如何创造价值？

数字化公路基础设施实现的技术路径

公路基础设施数字化的要素和属性

公路基础设施数字化，要从主体工程、桥梁工程、隧道工程，交通安全、交通管理、交通服务等方面实现。交通运输部为了加快推进公路数字化工作，提出了“1+1+5+6”的总体思路，其中总体方案就是刚才所介绍的，将来还要出一个指导意见，开展5个专项行动，希望获得6个方面的成果。

任务布局

公路基础设施数字化是智慧公路的前置，在这个基础上要做4个方面的工作。

一、建立健全数字化公路的基础设施的规章制度和标准规范。

二、建设数字化公路基础设施的支撑体系。包括构建数字化设施的通用参考模型，建设省部两级架构的公路基础数据库，打通全生命周期的数字链，深度提升、开展数字治理，建设数字中枢等，包含基础软件跟关键技术。

三、建设数字化公路基础设施的应用体系。在建、管、养、运、服几个情景方面，持续拓展数字化公路基础设施的应用场景。

四、网络安全。

公路自由流收费技术的发展

自取消省界收费站工作完成后，就开始了ETC的应用拓展，包括收费、车路协同、交通流监测等，基于大量数据进行了应用探索。其中，在电子收费、车路协同拓展方面研究了8个场景，交通运输部正在制定相关规范，不久之后将会发布。

对于公路自由流收费，我们提出了一个在物理封闭的路网中，基于ETC门架，实现分段、开放式、按里程扣费的模式，开展一张网运行一体化运行，未来公路自由流收费技术如何发展？

我们提出4个发展路线。

一、在现有的收费系统或者在现有的DSRC技术体系里面升级到自由流。

在2019年取消高速公路省界收费站过程中，实际上就已经充分考虑了未来自由流收费的发展，只是在最终版本中取消了相关的自由流收费技术内容。现在在现有的一张网运行逐渐稳定以后，我们认为可以通过OBU前装，部分收费站的专用ETC车道取消栏杆以后，实行有站自由流的技术路线。

二、北斗与ETC的融合。

2020年，交通运输部印发的《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》中明确提出：探索推动北斗系统与车路协同、ETC等技术融合应用，研究北斗自由流收费技术。

北斗自由流收费技术，以德国按卫星里程收取高速公路通行费为例来介绍。未来如果要推进北斗自由流收费，会遇到什么样的技术问题？德国模式由GPS+GSM+图象识别+MTC终端4个部分组成，目前只对12吨以上的卡车采用基于卫星定位的按里程收费技术，目前也在考虑小客车也采用此类技术。但卫星定位自由流不是客车、小汽车公路收费的首选技术，更多偏向和其他欧盟国家一样，采用次票的方式来行收费。德国卫星定位自由流收费，要求每辆车都装一个OBU，每次设备启动都要输入车重、载重和排放等级等数据到OBU里，OBU接受GPS信号，通过无线网络将数据上传给全国收费中心，收费中心判断车辆是否在收费路段行驶，如果是就要收费。对于没有装OBU的车辆，德国支持互联网和收费终端缴费，可以提前预定卡车路线起点、终点、关键点等信息，德国在高速公路和普通公路上安装1100台收费终端，司机可以通过信用卡、加油卡等方式支付。

德国卫星定位自由流收费系统为什么很难学？因为德国对于逃费执法非常严厉。一，自动执法，路侧监控设备识别车辆数据后给到公路收费中心，收费中心拿到数据，会有执法人员在路上进行抽检。更重要的是，能对运输企业不定期到企业进行公路收费稽察，像财务审计一样，一旦发现逃费处罚非常严厉，最高罚金可以高达2万欧元。

此外，《道路交通安全法（修订建议稿）》仍在征求意见中，暂不清楚进展情况。建议稿的第12条要求汽车安装电子标识，如果修法通过，未来所有汽车将来都会要求在挡风玻璃上安装一个电子标识，就是通常说的电子车牌。如果实现，理论上可以作为公路收费系统的电子标签来使用。从目前研究来看，即便未来全部安装汽车电子标识，现有ETC的架构都不需要改变，仍可沿用，只是要将在ETC门架上原来的RF天线改成RM天线，但需要两个部委甚至是国务院来协调。我个人认为，汽车电子标识不论是应用于无人驾驶汽车，还是公路通行智能收费，都有不错的发展前景。

本文为在第十七届中国智能交通年会（ITSAC2022）全体大会上，交通运输部公路科学研究院副院长李爱民研究员所做演讲的速记整理而来，未经本人审核，如有错漏，敬请谅解。