温故知新

一、引言

2019年，我承担了国家重点研发课题《高速公路智能车路协同系统技术体系及测试评估方法》，抱着“应该如何建设智慧高速”的命题，四处投医问药，阅读文献，“为伊消得人憔悴”。

近日，我利用寒假闲暇时间，又将500多页的美国《高速公路运营管理手册2006版》（以下简称”手册“）第三次重读了一遍，感觉又有不少新的收获，“蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处”。

二、手册诞生的背景

美国高速公路大发展经历了几次大事件，分别是：1930年代美国经济大萧条时期罗斯福总统大兴土木、二战后1956年美国艾森豪威尔总统颁布《联邦援助公路法案》、1991年美国国会颁布的"多模式地面交通运输效率法案"(Inter-modal Surface Transportation Efficiency Act,简写“ISTEA”与“Ice Tea”谐音,俗称为"冰茶法案")。

前两个事件的背景，通过大规模基础设施建设投资拉动经济，而冰茶法案则是利用现代化技术实现现有基础设施的效率提升。

冰茶法案可以说是美国交通运输发展的分水岭，它标志着美国交通运输行业由基础设施建设为主的时代进入了以提升基础设施效率和促进其可持续发展为主题的时代，冰茶法案同时也催生了美国智能交通技术的发展和应用，而《高速公路管理和运营手册》就是在这样一个背景下产生的。

手册的编写由美国联邦公路局FHWA资助，由美国多个州的交通运输管理部门和研究机构的专业技术人员和官员共同编写，成为了一本非常专业且接地气的引导性工具书，对于规范全美高速公路的建设和运营管理起到了非常大的推动作用，将高速公路运营管理这一非常具体的专业领域在行业内形成了共识，包括系统概念与架构的共识、规划战略和管理策略的共识、运营系统建设与作业流程化的共识、平台与技术选择的共识，使得这一领域变得标准化且相对开放，消除了各种因地域因素、人为因素形成的壁垒，从而使得各类参与主体，都能够充分利用市场竞争法则，实现高速公路管理与运营能做到“人尽其才，物尽其用”。

三、手册的内容概要

手册由FHWA于2003年首次公开，2006年又组织专业人员对部分内容进行了更新。2017年，美国TRB高速公路运营委员会对手册进行了重新编写，对手册结构和内容作出了非常大的改动，FHWA目前还没有对2017版本作最后的正式发布。目前全球交通运输从业者普遍熟悉和接受的还是手册的2006版。

2006版手册由17章组成，其中的每一章都是在其特定主题领域内“独立”编制而成，而各个领域又是相互联系和相互依赖的。因此，正如高速公路从业人员必须从整体上看待交通运输系统一样，也应该以类似方式看待本手册。

本手册各章并非完全独立，例如，在第4章中讨论的”绩效指标（Performance Measures ）“本身就是在第2章和第3章中讨论的”规划、制定和实施交通改进“等各个流程的重要组成部分。

此外，第三章讨论的”高速公路管理计划“也包含多个章节中的策略和技术。虽然各章只是对各个相对独立的主题进行引导性的介绍，但是各章提供了大量参考文献目录和互联网资源，便于读者掌握大量细节和设计指南。

第1章-引言

概略性地介绍了高速公路管理与运营的范畴、本手册编写的目的、面向的读者、内容概述、定义与概念、使用方法、章节组织、参考文献等。引言的开始部分用一个特别有趣的华纳兄弟的动画片《Road Runner》来描述高速公路运行状态的突变性。大野狼(Wile E. Coyote )一路狂奔追逐跑路鸟(Road Runner)，当跑路鸟飞下悬崖时，大野狼才意识到自己也跟了上去，结果重重跌落到悬崖底下，升起一团尘烟......。这个状态特别像高速公路的运行状态，刚才还一路高歌的高速公路车流，可能仅仅因为一个司机走神急刹车，导致整条路拥堵成一摊面条.......

图1动画片《Road Runner》描述高速公路的突变性

以下通过简短的概述，介绍剩余章节的内容：

第2章–高速公路管理和地面交通网络

该章从整个地面交通网络更广的视角审视高速公路的管理和运营，阐述了可能影响高速公路网络性能的许多外部因素（如：用地规划、政策法规、投资模式等）和依赖关系（即“因果”关系），以及如何管理好高速公路网络。

提供了可能使用和（或）影响地面交通网络的利益攸关者（如：出行用户、附近社区、地方政府、行业主管部门、业主、设计和施工单位等）的有关背景信息，以及影响地面交通网络决策的各种机构组织之间的层级关系。

介绍了“物理集成、运营集成、技术集成、机构集成和过程集成”等几种方法，以应对由于这些外部因素和组织依赖关系而经常性产生的挑战，从而进一步改善高速公路和整个地面交通网络的运营。

总体而言，这一章节的内容实际上给读者来一个思想上的下马威，告诉读者高速公路管理与运营可不是任何一个单位或者部门能够独立搞定的事情，需要多方协同合作和多方资源协调才能成功，任何一个环节出问题都可能导致高速公路管理与运营的预期目标无法达成。

该章有一句话印象深刻，大意是高速公路业主的主要使命，应该逐渐从以修路和养护为主的角色转换到“服务提供商和运营商”的层面上来。该章内容体现了本手册的中心思想，贯穿于后续所有章节。

第3章–高速公路管理计划

该章重点介绍高速公路管理和运营的具体流程和活动。具体介绍了一系列活动来建立、提升和管理一个高速公路运营计划。这些“步骤”并非是制定高速公路管理和运营计划的单独过程，相反，它们代表了其他已建立流程中某些重要活动的合并。

智能交通系统（ITS）已被证明是高速公路运营的重要赋能者，许多高速公路管理计划包含了基于ITS的高速公路管理系统项目设计和实施方案。

因此，该章还总结了一些已公开的针对ITS部署的工作流程（如：系统工程、配置管理、国家和地区ITS架构），在第14章交通管理中心将涉及更多关于ITS的内容。

图2高速公路管理计划制定流程

第4章–绩效监测和评估

绩效监测和评估是管理机构在交通规划和投资决策过程中的重要输入。此外，高速公路的日常运营和管理需要通过绩效监测和评估实时了解高速公路的运行状况以及存在的任何问题。

该章介绍了几个相关主题：

◼ 绩效量化（Performance Measures），包括讨论了其重要性、与决策过程的关系以及选择绩效量化指标时需考虑的重要因素。还提供了可用于高速公路管理和运营绩效量化的几个示例，以及关于信息采集、数据归档和数据上报的讨论。

◼ FHWA开发了一套的高速公路管理和运营自评估工具集合，用于评估运营过程的组织和管理情况，以及与其他机构和受影响利益攸关者的互动情况。

◼ 分析工具（如：《公路通行能力手册》、仿真、before-and-after 研究、成本和效益估算），用于评估高速公路性能和识别有关问题，分析并考虑纠正这些问题的替代解决方案，估算相关的效益和成本，并确定在性能和费效比方面的可行改进方案。

图3基于绩效量化的高速公路运行状态热力图

第5章–道路改进

该章概述了通过改进道路本身等潜在措施来提升高速公路的运行性能，例如：增加车道以提升道路瓶颈处的通行能力（从而提高运营效率），以及改变道路的几何结构或物理特征以提升道路安全性。

简要概述了道路改进可以解决的问题类型（和潜在效益），以及如何在高速公路管理计划中解决这些潜在道路改进，（如：改进道路水平和垂直线形；加宽辅助车道或路肩；在不加宽的情况下提供额外车道（例如，重新铺设路面、使用路肩作为行车道）；互通式立交（匝道和交织区的改进）；以及其他类型的道路改进，如增加路障或提升道路抗滑性能。

图4道路改进前后效果

第6章–道路运营改进

从该章开始，手册的剩余部分专门讨论道路运营策略和使能技术。第6章提供了一个潜在道路运营改进可行方案的概述，特别是静态标志、路面标线和道路照明；该方案不会对道路占地面积或者几何线形作“硬”的处理，也无需应用“实时”的高速公路管理策略和先进技术，只是在一些交通工程设施方面做一些小的改动，往往能够解决大问题。

这些“软”的改进往往可以改善高速公路的运营，特别是在低成本地提升交通安全性、驾驶员便利性和舒适性方面产生意想不到的效果。该章还提供了出行需求管理（TDM）策略的概述。

图5道路标志改进

第7章-匝道管理和控制

匝道管理是应用控制设备（如交通信号、交通标志和栏杆机等)来控制进出高速公路的车辆数量，以实现优化运营目标。大多数匝道管理策略通过1）调节进出高速公路的车辆数量，或2）平滑车辆进入高速公路设施的速度，从而改善交通流平顺性和安全性。

该章描述了各种匝道管理策略、典型效益、运营和设计考虑，并提供了成功案例研究，验证了某些机构在匝道管理和控制方面的成功经验。非常有意思的是：在中国，匝道管理和控制在论文中出行的频率要远远大于实际运用场合。

图6匝道控制

第8章-管理车道（Managed Lane）

被管理的车道设施（简称”管理车道“）是指通过整合各种运营和设计措施来提升高速公路效率的设施。车道管理操作可随时调整，以更好地匹配区域目标。该章阐述了几种管理车道的重要概念，包括：卡车车道、潮汐车道、主线管控、可变限速、施工区控制、收费设施和拥堵收费。在中国，往往在城市里设置了公交专用道，但是在高速公路上还未见有类似的设置。

图7管理车道

第9章–高共乘率车辆的处理

该章介绍的高共乘率车辆（HOV）专用车道是管理车道的一种形式，是对多人共乘同一辆车出行的鼓励措施，以期提升高速公路通行能力的利用率。该章讨论的主题包括：高速公路上可使用的HOV设施类型（如：专用HOV车道、顺流HOV车道和逆流HOV道；通过管理实现双向或可逆运行的HOV道）、停车换乘设施、HOV接入设施、HOV运行策略（如：占用要求、运行时数、执法等）以及对公众的宣传和推广策略。该章还讨论了高占用率收费车道（HOT）的有关情况。

图8高共乘率车辆（HOV）专用车道

第10章-交通事件管理

交通事件管理是指按照系统工程思想，有计划地协同用人力、机构、装备和技术资源，以减少交通事故的持续时间和造成的影响，提升驾驶员、车祸受害者和交通事故响应者的安全。该章概述了《FHWA交通事件管理手册》，这是一份帮助实践者深入处理交通事件和进行事件管理的文件，是该主题的一份非常重要的参考资料。

第11章-有计划的特殊活动管理

有计划的特殊活动是指临时有大量公众参与的活动或一系列活动（如大型运动会、演唱会、外交车队出行等），其预定时间和地点可能会增加或干扰正常的交通流。FHWA技术参考文件《有计划的特殊活动的旅行管理》对各种计划给出了建议、运营策略和成功技术应用，以满足特殊出行要求和利益攸关者的出行绩效要求，从而推动有计划的特殊事件的精细化旅行管理。该章总结了FHWA的这份技术文件，强调了在有计划的特殊活动期间管理高速公路交通所涉及的基本要素。

图9有计划的特殊活动的管理流程

第12章-高速公路应急管理

灾害规划、预防、准备、响应和恢复属于高速公路应急管理的范畴。自然灾害（如飓风、森林火灾、地震、严冬天气）和恐怖袭击通常是突发性的紧急事件。即使是那些可以预见的紧急情况，提前响应时间也相对较短，最多也只有几天。针对地面交通网络，特别是高速公路网络的突发紧急情况，应急管理中发挥着非常重要的作用，包括：完成从受影响地区的快速疏散，以及紧急情况发生后的高速公路正常运营和服务的恢复。

该章概述了适用于高速公路应急管理的流程、制度安排和支撑文件；高速公路从业者可能还不熟悉应急管理中的许多情况，但在紧急情况下，这些措施会对高速公路的运营和管理产生重大和积极的影响。

第13章–信息发布

无论是从哪里获取信息，还是如何分发信息，旅行者信息处理过程都远远超出了传统高速公路运营的范畴。因此，有关高速公路运行状况的信息采集以及向高速公路用户发布这些信息都被视为在更广泛区域范围内所应用的“先进出行者信息系统（ATIS）”的一部分。

该章涵盖了ATIS的各个部分，并重点阐述了与高速公路运营和管理紧密直接相关的技术和策略（如：可变信息标志（CMS）和高速公路广播（HAR））。其他主题还包括“511”应急电话系统、旅行者信息互联网发布以及PPP公私合营关系。

图10信息发布模式

第14章–交通管理中心

交通管理中心（TMC）是高速公路管理系统的神经中枢。TMC收集和处理有关高速公路系统的运行数据，与其他部门的运营和控制数据进行融合，从而合成以产生高价值、有用的“信息”。TMC将这些数据分发给利益攸关者，如：媒体、其他机构和出行者。

TMC工作人员使用这些信息监控高速公路的运行，并启动影响高速公路网络运行变化的控制策略。

在这里，各相关机构还可以协同工作，以对紧急交通状况和大型交通事故的做出快速反应。该章介绍了TMC的几个方面，包括：设施的物理设计、操作员的计算机工作站和用户界面设计、其他信息的显示、网络布设、中央控制计算机硬件和软件以及TMC信息安全措施。该章还讨论了“系统工程”和“配置管理”的有关概念。

图11交通管理中心

第15章–交通检测与监控

交通检测和监控技术为交通管理功能和策略的执行提供几乎所有的输入信息。该章概述了FHWA文件《交通检测器手册》的全部内容，系统介绍了测量交通流的一些技术。

还概述了其他监控选项（即FHWA文件中未提及的内容），包括基于浮动车的数据采集、视频监控（即高速公路实时视频的使用）和道路天气信息的收集。我们熟知的交通数据检测器，该章都有涉及：如：线圈、视频、毫米波、浮动车等。

图12基于线圈的交通流检测

第16章-区域集成

一个区域内多个系统的集成提供了基于ITS的系统之间的实时信息共享，以及交通管理部门和应急服务提供商之间管理活动的协调，从而增强了系统互操作性，并实现了交通网络的全域管控。

从本质上讲，区域一体化的目标是将地面交通网络的运营和管理纳入一个统一的整体，并将这种单一的地面交通网络管理与更广泛的交通网络管理相结合。该章侧重于“技术集成”，包括网络拓扑、数据库等考虑因素，采用美国ITS统一架构的相关元素、消息集和协议标准等，能够使不同的管理中心（如交通、应急服务、信息提供商）更方便（和自动）地进行信息交换、存储、共享，并相互访问信息，这一过程称为“中心到中心”的通信。

17–高速公路通信

通信网络为高速公路管理和运营计划中所有实体和组件之间的信息交换提供了有效手段。有多种通信选项（如：网络架构、技术、标准、实施策略）可用于满足通信需求。至关重要的是，高速公路应选择最合适的通信方案，以最好地支持高速公路管理计划和相关ITS系统的运行要求。该章概述了FHWA文件《交通控制系统通信手册》的全部内容。

四、几点感悟

1.中美高速公路同与不同。

相同之处是中美高速公路都是基于基础设施建设拉动经济发展的目的而大规模兴建的，而且中美高速公路的发展的确对所在国GDP飞速增长作出了重要贡献。

美国高速公路发展自冰茶法案后，经历了一个由规模扩张向内涵发展的范式转换。而当前中国高速公路也面临着同样的转型。

不同之处在于，美国的高速公路的投资主要来自于燃油税、物业税、政府信托基金等公共资金。而中国高速公路的投资主要来自于“贷款修路，收费还贷”。

不同的投资模式，导致美国的绝大多数高速公路都是免费的，这一方面刺激了用户的出行需求，使得道路业主不得不采用各种技术手段提高道路的运行效率和安全性，以增加供给。

另一方面，因为道路是免费的，使得运营者不得不以追求更高的社会效益为目标，以争取更多的政府拨款。而中国的绝大多数高速公路是收费的，这一方面抑制了出行需求，道路供给相对宽松，使得高速公路运营与管理不用那么费力，也能取得较高的服务水平（节假日免费通行时段除外）。

另一方面，由于“收费还贷”是中国高速公路业主的主要运营目的，如果智能化设施不能带来直接效益，自然是不受重视的。这也许能解释我国智慧高速公路这么些年为何一直是雷声大、雨点小、推广缓慢的原因。

2.还有很多常规武器没有用。

提升高速公路运行性能还有很多“常规武器”可以使用，例如匝道控制、管理车道，主动交通管理等措施，它们在很多国家都取得了较好的应用成效，而车联网、车路协同、自动驾驶等“重型武器”可在有条件的情况下进行使用。

3.相互扯皮的事情中外都有。

高速公路运营与管理牵扯到出行用户，道路业主，附近社区，交警、应急、规划、立法等部门，以及地方政府和行业主管部门等多方利益攸关者的复杂关系，相互扯皮是非常正常的事情，需要建立长效机制能将他们拉到圆桌上来，共同协商解决一些棘手问题。

4.绩效量化（Performance Measures）是高速公路运营与管理的核心。

绩效量化（Performance Measures）是高速公路运营与管理的核心，是表征高速公路运行状态的宏微观指标集，它既是高速公路微观管控策略的输入，又是高速公路运行效益宏观评价的输出，它是保证智能化设施和手段能发挥重要效用的基础。

5.智慧高速不需要那么炫，解决问题是王道。

智慧高速不用采用那么多很炫的新技术，如果简单、可靠、性价比高的技术和方案能解决实际问题，都可以应用在智慧高速中。

手册有一段话说的非常到位，“ ITS can be a tremendous enabler of freeway management and operations, helping ensure that the investments in the roadway infrastructure are being used wisely and to the maximum efficiency. But projects to deploy these technology packages are not ends in and of themselves. Knowledgeable and trained staff must be placed in charge of these systems, use them proactively to accomplish well – articulated system goals and objectives, and maintain them.（译文：ITS可以成为高速公路运营与管理的最重要的赋能者，可以帮助将道路基础设施的投资发挥到最大功效。但是部署ITS本身并不是最终目的。必须让知识渊博和训练有素的工作人员积极主动地利用ITS来实现既定的系统目标和目的，并负责维护它们）”。

6.他山之石，如何攻玉？

当前我国现阶段的主要矛盾是“人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾”。在建设智慧高速方面，我们既要充分吸收和利用国外的成功经验及先进技术，更要结合我国各地的巨大差异化需求，以解决问题为驱动力，寻找最佳性价比方案，多快好省地建设智慧高速公路。

参考文献：

1. 《美国高速公路运营管理手册2006》

2. 岑晏青，孔凡国，他山之石可以攻玉—从美国运输部统计局的作用谈我国的交通统计工作改革，交通世界，2001.

3. 李峰. 指导美国未来交通运输事业的"冰茶法案"简介. 综合运输, 1994.

4. 王忠仁, 张帆. 美国高速公路交通事件的定量化管理. 公路交通科技：应用技术版, 2018.

5. 赵祥模,高赢,徐志刚等.IntelliWay-变耦合模块化智慧高速公路系统一体化架构及测评体系.中国公路学报,2023.