软件定义智慧扩容纵谈

近期，财政部、交通运输部两部委发布了《关于支持引导公路水路交通基础设施数字化转型升级的通知》，在总体思路中明确了“以数据资源为关键要素，以信息通信技术融合应用、全要素数字化转型为重要推动力，推进公路水路等领域创新应用场景规模化落地，促进交通基础设施智慧扩容、安全增效、产业融合”。

交通基础设施智慧扩容，高速公路显然是主战场，相比于通过新建、改扩建高速公路增加路网容量、提升运行效率的方法，有效的智慧扩容措施，具有成本更低、见效更快、负面影响更小的优势。在目标设定上，《通知》明确在3年左右时间内“在智慧扩容方面实现示范通道通行效率提升20%左右”。

我们通常理解的智慧扩容做法一般是通过匝道预交易、智慧云站、无岛化等提升收费站入口通行效率，或者在发生拥堵时开放应急车道等。但笔者认为，通过软件定义方法实现高速公路智慧扩容，可以定义路段功能，实现路网负载均衡、运行效率和运营效益提升，为公路货运降本增效，是一种成本低、多赢的方法。

一、智慧扩容势在必行

笔者前段时间到了一个国道高速公路扩容项目现场进行参观考察了解到，扩容要下穿一座铁路桥，报告已经早早呈送到主管铁路集团方，但迟迟没有研究审批，下穿铁路桥这部分工程被迫暂停。

这就涉及到实体扩容工程的土地资源约束的问题，很多扩容工程要占用基本农田，在国家耕地红线的约束下，很难有更多的土地用来新建、扩建高速公路了。另外则是扩容工程的交通安全问题，扩容不能中断既有的交通运行，笔者注意到，由于扩容工程路肩向外延展，因此，在运行通道上，扩容期间是没有应急车道的，如果车辆突发紧急情况，只有停在行车道上，安全隐患极大。

但现实情况是，很多高速公路路段拥堵已经是常态化，新建、改扩建似乎势在必行，但如果从整个路网运行的角度来看，可能会发现，路网运行效率并不高，虽然有拥堵，但也有路网车流量忙闲不均的问题，如果通过软件定义的手段，在既有路网、既有交通流量下，实现路网负载均衡，可以有效缓解拥堵和提升路网运行效率，这就是笔者提出的软件定义高速公路智慧扩容的由来。

二、智慧扩容已具备的三个基础条件

（一）一个好的政策支持

这个政策就是2021年6月交通运输部等三部委联合印发的《全面推广高速公路差异化收费实施方案》（交公路函〔2021〕228号），其是一个非常好的顶层设计方案，体现了有为政府的作为与担当。在高速公路联网收费“一张网”运营和第三方导航地图软件的支撑下，方案的可实施性、可操作性、可评估性都会得到很好的体现。

一是坚持了目标导向和问题导向。出台目的直接明确“进一步提高高速公路网通行效率和服务水平，促进物流降本增效”，这是针对我国高速公路路网整体运行效率不高和公路货运成本居高不下的问题。高速公路存在分时段、分路段、分方向忙闲不均的问题，导致路网整体运行效率不高，交通繁忙路段常态化交通拥堵造成货运成本上升、环境污染等负面效应。

二是差异化收费的方式更加灵活多样，各省份可以根据自身路网的特点和车流特征选取不同的差异化收费方式。坚持因地制宜、分类施策，共有分路段、分车型（类）、分时段、分出入口、分方向、分支付方式等6种差异化收费方式，应该说既把能采用的差异化收费方式都周全考虑，又对各种类型的差异化收费方式的实施情形条件做了清晰明了的描述，具有很强的操作性。

三是方案体现了创新性。通过价格杠杆调节路网车流分布的“调控”，比通过人为手段、技术手段施加的“管控”更有效，体现了有效市场的功用。从经济学角度来看，价格是调节供需的一种有效手段，同时，经济学的原理之一是人们会对激励做出反应。可以通过高速公路短期供需均衡曲线分析节假日高速公路拥堵这个案例，如下图。

正常状态下，高速公路车流量在平均收费价格P’达到均衡，短期（假定为1年）高速公路供给里程L’不变，如果平均收费价格提高，则会有车辆选择免费公路通行，高速公路车流量会减少；反之，如果平均收费价格降低，则会引导更多车辆从免费公路转移到高速公路上通行，因为司乘人员认为此时收费价格可接受，因此高速公路车流量增加，这就是对价格激励做出的反应，也是市场经济中价格这张无形的手发挥的供需调节作用。

节假日高速公路免费（收费价格为0）是对司乘人员选择高速通行的一个激励，另外一个激励则是中国人“有钱没钱回家过年”的传统观念，因此，从供给均衡曲线看，双重激励导致瞬时交通量巨大增加，道路会迅速达到超饱和交通流状态，如果要达到新的供需均衡，必须要有道路资源的迅速新增供给，因为道路资源供给缺乏弹性，阵发性骤升交通流量下，开放应急车道也是杯水车薪，因此，节假日交通拥堵必不可免。

通过差异化收费方法，高速公路路网将不再是“铁板一块”，将逐步实现车流动态可调、均匀分布，打造弹性的路网、柔性的路网和高效的路网。方案还明确，“在具备条件的地区，选择部分经营性收费高速公路开展通行费定价方式改革试点，将现行政府定价调整为指导价，以现有政府定价收费标准为上限，赋予高速公路经营管理单位一定的定价自主权”，为后续更灵活可变的市场化差异化收费提供了方向。

综合来说，《方案》体现了提效能，能够提升高速公路路网的运行效率和效能；扩功能，软件定义路段功能，通过价格杠杆实现了公路路网调节车流的功能；增动能，高速公路路网货享其流，多拉快跑，公路货物物流运输为经济社会高质量发展增添了发展动能。

（二）“一张网”运营

通过差异化收费政策的价格手段调节和分配高速公路路网车，需要有科学的数据支撑， 2019年实施的全国高速公路撤销省界收费站工作，采取了全国一张网的推进策略，虽然过程较为波折，但成效还是比较显著的，建成了全国“一张网”的高速公路联网运行收费体系，同时建设了大量的ETC门架系统，为实时掌控全路网的交通流量提供了支撑，哪些路段哪些时段交通拥堵、哪些路段哪些时段又车少人稀，则一目了然。

这也为高速公路差异化收费的落实提供基本的技术和数据支撑，通过路网交通流量的时空分部特征，对长期交通拥堵路段和时段，可以通过提高收费价格控制交通流量，从而缓解甚至解除拥堵，提升路网运行效率；反之，对长期车流量不大的路段和时段，可以降低收费标准，吸引邻近车流量大的高速公路分流，达到路网车流均衡的效果，或者吸引邻近普通公路的车流上高速公路通行，达到增加收费收益的效果，同时有效保护普通公路路产、减少交通污染的效果。

总之，全国高速公路“一张网”联网运行，为差异化收费政策制定提供了信息化、智能化手段，使得政策制定更科学、更精准、更精细、更有效和更可持续。

（三）导航出行服务软件

现在司乘人员高速公路出行鲜有不用百度、高德等第三方导航软件的，导航软件在出行规划阶段能够为各类司乘人员提供最关心的行驶路线、路况情况、用时和通行费用等要素，在出行阶段，为司乘人员提供驾乘信息提醒，保障了出行安全。

如下图，左侧为小客车出行路线规划；中间及右侧为笔者模拟的货车出行规划，最大收费差距超过100元，费用显然是货车司机关心的。

因此，《方案》中明确了“各地相关部门和单位要加强高速公路差异化收费政策宣传解读和收费标准信息公开，充分利用地图导航等工具，强化通行路径推荐和车辆通行费估算功能，进一步提高收费透明度，服务公众高品质出行”。

通过收费标准信息公开，并不是把信息公开给货运司机，而是要公开给高德、百度等地图导航工具或者公路物流货运平台，货车司机在出发前，通过导航工具推荐成本最优的行驶路线，这样才能够把差异化收费的红利扎实有效地落实到为企业、为司机降本增效上来。导航地图的路径推荐除了综合收费信息外，还考虑了诸多的因素，如管控信息、养护信息等，因此它是一个智慧化的出行工具。

三、软件定义智慧扩容方法论

现在论到高速公路智慧扩容，我们似乎进入了一个思维固化的模式，就是都还没有站在整体路网效率的角度来推进智慧扩容这项工作，也没有完全融入到智慧高速一盘棋的大局中，现在的智慧扩容主要围绕收费站窄岛化、无人化、云化、匝道预交易等，好像做好收费站的文章，就“智慧扩容”了，其投入产出比的成效不能高估，至于到达了怎样的“智慧扩容”效果也是有限的。

而软件定义的智慧扩容方法几乎是零成本，其调节的手段就是差异化收费的价格杠杆。但采用这种方法的并不多，只是在2022年四川蜀道集团与阿里云联合开展了基于差异化收费的智慧高速相关建设工作，后续笔者没有继续关注，尚不得知目前工作成效。

一是对于长期拥堵路段和时段，反映的是收费公路价格调控失灵，因此要果断针对特定车型采取提高收费价格的手段，引导该类型车通行其他路段，这种方法对特定车型可能是显失公平的，但在拥堵治理上可能是有效的。在导航地图出行规划时，这种类型车辆的司乘人员出于费用成本的考虑，可能就不再通行此路段或者在此时段进行通行了。

二是对车流量失衡的平行路线，比如说两条平行高速公路路段A、B，可以通过分车型差异化收费政策引导不同车型选择不同的路段通行，假设4轴及以下的货车通行A高速公路成本低、4轴以上的货车通行B高速公路成本低，自然地就会把不同类型的货车调控到不同的高速公路上，达到了路网的负载均衡效果，起到了“削峰填谷”的作用，路畅人和，自然就“扩容”了。

当然，6种不同的差异化收费方式到底采取哪一种方式，要建立算法模型，通过应用已有高速公路出入口收费站、ETC门架的货车通行数据以及各路段的收费流水数据，获得路网的车流特征，可以做到政策的科学制定。

三是对高普相邻、高速公路车流量非常不饱和的高速公路路段，采取对特定车型降低收费的差异化收费政策，吸引普通公路上的车辆通过高速公路通行，虽然单位收费标准降低了，但是车流量增加了，总体上会为经营业主增加高速公路通行费的增收。甘肃省有此种策略的相关案例，感兴趣的读者可以查阅。

四是实现路段功能定义。以京港澳和许广高速两条平行路线湖南段为例（此处仅为举例，不是工作建议）。

京港澳高速因为收费低，车流量大，客货混行，因为是双向4车道，一旦存在前方货车超货车的行为，后方小客车必须控制车速，因此，小客车通行速度严重受限，而且易引发交通事故。

如果两条高速公路采取差异化收费政策，那情况也许会大为改观，即京港澳高速对小客车提高收费标准或者许广高速对小客车降低收费标准，以致于能够把小客车引流到许广高速公路上通行，这就相当于用软件定义（导航地图引流）的方法将京港澳高速公路虚拟化为一条货运专用通道，从而实现了路段功能的定义。

反之，假如许广高速对货车提高收费标准的话，货车势必选择其他路线通行，那么就相当于打造了一条客运专用通道。

四、智慧扩容并不是一帆风顺

智慧扩容看上去很美，但需要面临的问题也不少。

一是在差异化收费方案实施的效果评估上要有智慧化的方法。能否达到“一降三升”的效果，还是要靠高速公路车流数据和收费数据以及相关的拥堵、阻断、事故发生等信息的变化来评估判断，现有的全国“一张网”收费运营已经建立了比较完备的相关数据资源体系，效果评估不难。难的是各省差异化收费政策制定的机制有些固化，政策的出台一般是有有效期的，在有效期内，一般不会根据评估效果，动态对差异化收费政策进行调整。

二是智慧扩容需坚持全国“一盘棋”的思路。目前差异化收费政策的制定由各省级人民政府主导，而高速公路尤其是国家级高速公路是跨越省际的，对于同一条高速公路如果各省在差异化收费政策上各自为政，会带来“合成谬误”，反而会失效，达不到“扩容”的效果不说，反而可能会扰乱高速公路的运行。

因此，要站在全国“一盘棋”的角度，在提升大路网效率提升的思路下，充分利用通行数据，建立模型，运用人工智能和大数据的方法，尤其是大模型的方法，开展差异化收费政策的研究，这是一个科学问题。

三是要正确处理收费利益的分配。前述的客货运专用通道的例子，对于不同经营主体，把客车引到我这里来、货车引到你那里去，你多收费，我少收费，哪里会有经营业主这么干？尤其是对BOT经营业主和对省际相邻平行高速公路的经营主体来说，多收费的车到你那里，少收费的车到我这里，这更是不可接受的。因此，全国“一盘棋”的差异化收费政策的制定要能充分平衡各方经营业主的收益权益，智慧扩容才能落地实现。

总之，软件定义智慧扩容关键在于思想解放，基础在于差异化收费，支撑在于“ 一张网”联网收费，方向在于全国“一盘棋”，目标在于通过车流调控实现路网负载均衡，落地在于第三方导航软件，难点在于业主间利益分配，动力在于数据和模型驱动的人工智能方法，本质上是一种新质生产力。