场景驱动与技术迭代

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编者按：近日，在赛文交通网主办的第十二届（2023）中国智能交通市场年会-第六届 (2023) 智慧高速产业发展论坛中，山东高速集团有限公司工程管理部副部长张伟发表了以《场景驱动与技术迭代——关于智慧高速工程实践与发展展望的思考》为主题的演讲。

张伟表示，过去的几十年中，我国基础设施建设快速发展，建成了全球最大的高速公路网络，总里程近17万公里，为国家经济建设和人民生活带来极大便利，但在建设过程也面临很大的挑战。

张伟分别从智慧高速的复杂性分析、技术解决对策、组织与实施对策三个方面介绍了山东高速集团在智慧高速建设方面的分析与思考，并对智慧高速的未来发展进行展望。

一、智慧高速的复杂性分析

山东智慧高速建设的总体思路是建设成全业务融合、全过程覆盖、面向路网整体和业务全局的高速公路。具有建养体系、运营体系和支撑体系，具有智慧建设、智慧养护、路网管控、感知设施、通信设施等模块，能够统筹高速公路使用过程中的各个方面。

智慧是智能的高级阶段，具有自感知、自适应、自学习、自执行、自决策的典型特征。智慧要靠数据去体现，数据要依托软件而存在。在智慧高速的建设上要做到形神兼备、软硬一体。

智慧高速运营体系的建设内容主要在感知能力建设、平台能力建设、终端服务能力建设三个方面。感知能力的建设就是要形成数字化全路网感知能力，建设高精度地图、高精度定位、形成全网精准时空底座，实现车辆轨迹跟踪、车辆微行为和交通事件精细化感知等应用。需要应用到雷达、视频感知等技术。

平台能力建设就是要进行态势评估、诱导管控、车道级动态限速、车道资源动态分配、路网交通流动态分配等分析，支撑自动驾驶和辅助驾驶（编队行驶）、自动预警和报警、路径规划、决策控制等数据综合应用。而终端服务能力是指打通与车辆的通信传输和数据链路，提供及时、可靠、稳定通信途径和信息链路手段，并提供相应服务，乃至支撑自动驾驶服务。

在智慧高速建设中的众多技术中，智能路侧中台和实时数字孪生构成了智慧高速系统集成的关键技术。

数字孪生提供了多种新场景能力，包括基于位置面向特定用户的伴随式信息服务（精准服务）；更高准确性的全要素感知能力（精准感知），使得交通工程和AI算法可用性提高（精准分析），路网监测与调度指挥更智能（精细管理）；中微观一体化的能力，支持多系统间的协同联动 （自动化vs半自动化），主动交通管控能力更强。这项技术具有“在线化”、“可计算”、“全时全域”的特点，具有大尺度空间范围的连续跟踪等能力。

基于数字孪生和车路协同也将带来的可能，不良气象的出行服务，全天候通行将更进一步；可以区分不同车辆群体的通行服务，道路运输资源利用率得到提升。

智慧高速复杂性的根源在于软硬一体的整体集成、软件的复杂度、算法（理论）应用的难度三个方面。

在整体集成上，存在大量的非标设备协议且需要满足低延时的要求，数据内容和采集频率要求不统一，算法和算力的部署方案不统一，同时，多厂家需要现场开发适配、协同，施工位置、角度、调试、网络接线等也有相应的要求。

在软件上，智慧高速的建设存在大量的已有业务软件，以及正在建设的“交通大脑”等综合平台，不同软件的融合是难点之一；各管理层级的管理模式不固定，关注目标 和岗位职责不统一，业务流程常调整、难固化；软件寿命与硬件设施寿命不匹配，硬件更新迭代快，软件理论寿命长，项目缺陷责任期后的软件迭代演进需求，影响运维模式机制的建立。

在算法的应用上，设备层信息的准确性、完整性、时空一致性等质量问题长期存在；各类算法、数据融合、业务模型的构建与设计也都是难题。

二、技术解决对策

技术解决将按照“场景驱动、快速迭代，架构统一、技术沉淀”的思路，探索适应智慧路网规模化发展的标准、统一的技术解决方案，为降低复杂度，要实现三个解耦。

第一是在软硬件一体设计的前提下，实现软件与硬件的解耦，利于设备统一管理。

第二是在面向业务目标和管理架构的前提下，实现各业务软件应用的解耦，明确不同管理层级、业务间的定位、使用用户和边界范围。

第三是在具体业务软件层，实现业务和技术支撑（前后台软件）的解耦，提供给业务人员开发使用软件的能力。

具体的解决方案则是利用智慧大脑、业务软件、路侧物联中台以解决问题。大脑负责路网监测、调度指挥和出行服务职能。业务软件是指根据管理层级和业务职责，执行一定功能的具体业务软件。不同业务软件之间相互协调配合，减少孤岛。路测物联中台则是实现设备的注册、协议互通、设备配置等功能，完成数据接入和融合计等。

在解耦方法上，业务软件的解耦使用TOGAF，这其中的各个架构环环相扣，上层驱动下层，下层支撑上层。而软件与硬件的解耦则是依托路侧物联中台，通过统一接入实现设备集成能力中台化、场景化。形成数据中台的边缘网关模块，具有丰富的设备协议集成能力，可实现多种类设备的快速安全接入与监控。其具体功能包括设备身份鉴权与授时、数据接入负载与路由分发、接口协议适配、实时数据融合与计算、指令下发及策略管理等，可支撑精准时空构建。

路侧物联中台（OS）可满足设备端外场侧多场景应用，在不同的场景中具有普适性和一致性，实现场景与技术的解耦。此外，能够实现外场设施侧各类设备孤岛、系统孤岛的整合，促进协同联动、能力共享与复用、统一管理和路侧的实时智能分析计算。

通过业务与技术的解耦，可实现简化开发、经验复用、能力聚焦，支持多场景、动态化部署；通过低（零）代码开发，可大幅降低应用的运营和开发难度，业务人员也可参与其中，并能以最简单、快捷的方式进行。

形成轻松获取数据资源的能力，借助数据中台和路侧智能物联中台能力，可以灵活调用各类数据。通过提供丰富的互相解耦的通用开发组件，形成强大的开发工具支持，并可扩展，从而促进上层应用软件信息孤岛的整合，形成标准一致、利于应用的数据规范。

三、组织与实施对策

智慧高速的建设面临着多方面的困难，首先是没有建设的统一标准，现有《指南》无法指导施工图设计；其次，技术理解深度不一，差异性大，具体集成技术细节缺乏协调、统一；最后，设备和相关系统非标化严重，不同厂家之间技术难对齐，设备“鱼龙混杂”。

在当前智慧高速无标准依托、无统一技术方案，具体实现路径上还存在较多技术难题的情况下，采取有针对性的工程管理措施，是降低工程实施风险、提高工程质量的关键手段之一，对建设效果具有决定性的影响。

当前，智慧高速设计阶段主要面临以下问题。第一，现有《智慧高速建设指南》深度不够。第二，业内多种方案混杂，如何实现不清晰。第三，智慧高速各专业的关系不清晰。

因此，在设计阶段应合理把握智慧高速设计深度，具体表现在制定阶段性目标，突出建设重点，加强业务与技术融合，避免贪大求全；优先考察有成熟产品或有成熟经验的厂家，避免摸石头过河；充分了解在其他项目中进行过技术对接的厂家；多源融合感知和数字孪生实现方案不同，对边缘计算的需求存有差异，宜以软件定义硬件形式在设计文件中予以说明；现阶段，可以成熟智慧化场景应用为导向进行设计，如智慧隧道、全天候感知、智慧收费站（服务区）；加强对智慧高速建设需求的调研与勘察，尤其是改扩建和运营高速公路项目，更好识别项目需求等方面。

智慧高速施工阶段主要面临以下问题。第一，施工组织科学衔接难度大。第二，软硬件集成挑战风险高。第三，软件开发和业务价值体现难度大。因此在施工时需要适应智慧高速项目特点的管理机制。

总承包（集成）单位需紧抓系统集成关键环节，增设技术总体组和集成控制组等专项管理小组，并设立软件工作组，按 照软硬件一体化的方式，落实智慧高速系统集成方案。在组织设置、人员能力、资源保障方面做好落实。可考虑设置技术总体组、工程实施组、系统集成组、科技创新组、综合保障组等专项小组。

智慧高速项目建设过程伴随着对项目实施风险的反复评估及应对，以便及时洞察风险并采取有针对性的措施。

造成这一问题的主要原因在于新设备、新技术多，以往的工程验证不够充分，标准匮乏的问题加剧了这一后果的严重性。除前述的主要环节和内容外，还有如下的建议：

（1）加强智慧高速项目建设的各阶段的统筹与衔接，对项目各阶段的风险进行反复评估和应对方案的确认，确保敞口的风险能有效收敛。

（2）压实总承包（集成）单位的职责。可根据智慧高速项目建设实际，适当强化其对项目的把控，以利于应对实施风险。

（3）加强系统集成方案以及关键测试的成果总结，充分发挥好测试输出成果在工程中的应用价值。

（4）智慧高速建设具体技术标准制定后，将大幅减少项目实施过程中的风险，从而降低实施难度，相应将改变工程的管理 模式，提高实施质量。建议结合各地工程经验加快相关工作。

（5）智慧高速建设完毕后，经检测、试运行、正式上线等环节后，宜开展后评估工作。