智慧高速公路作为新型交通基础设施建设的核心组成部分之一，集成应用5G、北斗、大数据、人工智能等新兴技术，推进高速公路传统机电系统升级迭代，形成支持自由流收费、车路协同、主动管控等新应用、新业态的新一代高速公路管理服务体系。基于自动化、信息化、智慧化发展主线，智慧高速公路1.0阶段实现了初步自动化，当前正着力由注重系统集成的2.0阶段向3.0阶段迈进，更聚焦数字赋能、业务融合和系统协同[2](见图1)。

图1 智慧高速公路发展趋势

数字革命浪潮持续演进，智慧高速公路作为智能交通领域的新型数字基础设施，已成为世界各国争相加快部署的热点。当前国内外智慧高速公路基本以试点建设为主，主要关注无人驾驶、车路协同[3]、自动化监测、智慧化运营管控和出行诱导服务等方面的创新探索；对智慧高速公路内涵的理解存在较大差异，尚未形成统一共识[4]。美国开展基于高速公路的车联网和自动驾驶应用，以高速公路为载体，在恶劣天气下进行高速车联网卡车试点，推动高速公路智能化升级。欧洲围绕主动交通管理，打造数字交通走廊，推出自动适应气候变化和自动驾驶的第五代韧性道路，以及分车道动态限速、基于交通状态的动态绕行等主动交通管理应用。日本以ETC2.0为载体，推动高速公路车路协同一体化，布设1 600余套ITS spot车路协同设备，开展不停车收费、动态费率、智能收费站等智慧化服务，实现高速公路网精准调控和出行服务[5]。

中国高度重视智慧高速公路的建设，2018年交通运输部提出在北京、浙江、广东等9个省市差异化开展新一代国家交通控制网和智慧公路试点示范，2020年进一步提出打造融合高效的智慧交通基础设施，加快建设智慧公路。围绕交通强国示范建设和新型基础设施建设部署[6]，全国纷纷以智慧公路作为融合基础设施的重要抓手，加快推进新一代信息技术与高速公路深度融合。浙江沪杭甬高速公路结合高桥隧比、大雾冰雪极端天气易发等特征，构建智慧管控平台，打造车路感知协同化、数据处理智能化、出行服务精准化的智慧高速公路。河北延崇高速公路聚焦车路协同，打造智慧高速公路，提供便捷的出行服务和可靠的冬奥保障[7]。四川成宜高速公路围绕服务天府机场需求，构建数字平行世界高速公路，实现全息协同共享服务、全息事件综合管理以及联勤快响综合管理。广东聚焦收费站、隧道等关键交通节点，陆续推出三元里“数字治堵”收费站、广明“强数字孪生”高精度隧道等建设案例。

智慧高速公路作为现代信息技术与高速公路基础设施融合产物，无论对高速公路行业从业者还是新兴的信息技术企业都是新挑战。通过几年积极探索，各地智慧公路建设方案逐步优化升级，开始从最初各自侧重于专项试点向综合性整体示范转变，逐渐形成包括全要素感知、全天候通行、全过程管控、全方位服务以及创新示范应用(车路协同、自动驾驶)等建设内容。但由于各地高速公路基础设施条件、交通运行情况等方面差异较大，已有研究成果对智慧高速公路推广建设尚未发挥实质性指导作用，智慧高速公路建设仍存在一定问题。

1）片面追求新技术新设备部署应用，存在高端设备堆砌现象。

探索初期有些项目追求大而全，建设过程中片面强调智慧，要求智能设施设备高标准覆盖，导致高端设备、新兴技术简单堆砌。有些项目与既有机电设施的有效融合度较差，有些项目甚至把智慧高速公路与车路协同、自动驾驶简单等同。高速公路行业虽然投入了很多前端设备和开发存储资源，但存在的痛点和难点没有得到真正解决，造成投资浪费。

2）未能给高速公路管理者和驾驶人切实带来智慧化提升体验。

智慧高速公路建设未能回归服务高速公路管理者和驾驶人的本质，未能在高速公路运营管理效率和安全方面发挥应有作用。可落地发挥实效的场景仍相对缺乏，很多面向公众的应用普及推广难度较大，诸如准全天候通行、自动驾驶、应急车道开放等场景受法律和管理机制制约，短时间内很难真正落地实施，导致公众的体验感不强。

3）智慧高速公路技术方案逐渐趋同，提高了建设和运营成本。

由于未充分考虑高速公路运行特征和实际需求，智慧高速公路技术方案逐渐趋同化，未能做到“一地一方案”或“一路一方案”，难以满足不同管理单位对不同职能边界的业务诉求。迫切需要通过智慧高速公路差异化、精准化建设降低建设和运营成本，把费用花在刀刃上，形成分级、分类可供同类高速公路推广的成熟方案。

在交通强国背景下，高速公路的功能逐渐向满足体验经济时代高品质的出行服务需求转变。智慧高速公路是一个动态概念，现阶段应以解决管理者痛点问题、服务出行者实际需求为导向，充分考虑实际运行特点和既有机电设施基础，遵循统筹规划、分级分类、差异实施、分步推进的原则，寻求以低成本、可持续、可迭代的方式，强化5G、人工智能、大数据、物联网等技术与高速公路出行需求的深度融合，打造低成本、高效能、差异化的智慧高速公路体系。本文以浙江省高速公路为例阐述智慧高速公路差异化建设策略。

基于2021年浙江省交通投资集团有限公司控股的高速公路(占浙江省高速公路通车里程的58%)收费数据分析，浙江省高速公路出行呈现面向都市圈、城市群出行范围的高频次、短距离、高价值特征，结合道路基础信息分析、归类，将高速公路划分为区域级通道、近城高速公路、重点路段3类(见图2)，为分析智慧化提升需求和提出智慧高速公路差异化建设策略提供支撑。

图2 高速公路分类

1）区域级通道。

区域级通道作为省份间和省内各城市间的跨区域连接通道，具有出行距离长、通道流量大、路段贯穿桥梁隧道、出行路径选择多、跨区域伴随式信息服务需求大等特点。根据日常及节假日期间交通数据分析，区域级通道划分标准为：一是跨省对外出行交通量关联度前三省份，从中提取大流量跨省高速公路通道；二是跨市对外出行交通量关联度前三城市，从中提取相应跨市高速公路通道。

2）近城高速公路。

近城高速公路随着城市空间拓展逐步被城市包围，作为城市出入车辆与过境车辆的交汇路段，通过立交桥、匝道、收费站等与城市道路连接，具有高密度、小间距互通、高负荷、宽断面的特点。通过高速公路门架识别数据分析，与城市空间紧密相邻且路段上车辆OD一端在该城市的车流量占比为40%以上的高速公路，可划分为近城高速公路。

3）重点路段。

除上述两种高速公路类型外，根据交通运行分析并结合道路特征，提取日常、节假日常发拥堵路段，货车集聚路段，连续隧道及特殊天气路段，交通事故多发路段等作为重点路段。

①常发拥堵路段。通过统计路段平均拥堵时长，结合路段空间拓扑结构合并，提取拥堵时空总量前十、日均拥堵时长2~10 h、日均拥堵距离0.2~5.0 km的路段。

②货车集聚路段。统计高速公路门架识别流量数据并结合门架识别数据与公路网空间拓扑关系，提取货车高流量路段前十或者货车占比40%以上的路段。

③连续隧道及特殊天气路段。长隧道、特长隧道以及连续隧道路段主要分布在穿越山地较多的山区高速公路，桥隧比占20%以上；特殊天气路段指受局部地区微气候环境的影响，冬季易出现冰雪、团雾，夏季易遭遇台风等特殊气象条件的路段，通过统计数据进行识别提取。

④交通事故多发路段。根据交通事故数据统计，发生交通事故数量或特征与其他位置相比明显突出的路段。

通过分析高速公路区域级通道、近城高速公路、重点路段的特征及痛点问题，制定差异化建设策略，指导高速公路差异化、有针对性地开展智慧化建设。

1）区域级通道：重点保障节假日长距离、大流量出行的通行效率和交通安全。

节假日高速公路中长距离出行需求激增。浙江省高速公路节假日日均拥堵指数较平日增长250%~350%，承担跨省、跨市功能的区域级通道拥堵严重，拥堵时长达12~14 h，拥堵距离为20~30 km，大流量车流及速度差等易诱发交通事故，且难以快速处置驶离。因此，开展区域级通道智慧化提升应重点保障节假日长距离、大流量出行的通行效率和交通安全。

2）近城高速公路：以提升高峰时段混行交通效率及引导节点精细化组织为核心。

近城高速公路靠近城市，承载大量混行交通需求，且与城市快速路、主干路等衔接紧密，节点间距较小，大流量、多交织等特征下，交通事故易发，高峰时段拥堵常态化；同时承载大量城市物流快速集散需求，货车占比高，交通安全运营压力大。智慧化提升重点在于提升混行路段、匝道收费站关键节点通行效率，与城市交通协同管控，提升交通事故快速处置、疏散能力。

3）重点路段：以契合路段实际交通特征、气候环境等为核心，提升安全通行保障。

主要解决路段交通拥堵、交通事故多发、营运车辆监管、全天候通行等痛点及难点，通过针对性部署，精准化、智慧化提升治理设施设备水平，提升路段安全保畅能力。

①常发拥堵路段。针对常发拥堵路段交通量大、日常及节假日拥堵常态化、交通事故频发等问题，通过智慧化手段，对此类路段及所在公路网范围内的交通事件进行实时识别、影响范围及时长的短时预测、交通量的预测预警，并开展车道级精准管控，以保障交通拥堵快速缓解和交通事件快速处置。

②货车集聚路段。这类路段往往货车量占比大于40%，加上车辆载重大，极易出现路面破损情况，同时存在重型货车、危化品等车辆集中行驶问题。智慧化提升重点在于开展货车监管以及高频次大荷载交通特征的道路养护。

③连续隧道及特殊天气路段。针对交通量大的长隧道及特长隧道，由于视野环境差，出入口存在“黑白洞”现象，通风条件差导致汽车尾气不能及时稀释，且限高4.5~5.0 m等限制，智慧化提升的重点是第一时间主动发现隧道内火灾、抛洒物等事件，实时展示车辆位置、事件信息、前后车辆关系等。针对常发性大雾、冰雪等特殊天气路段，存在通行视觉差、路面打滑导致的交通安全隐患及道路封闭等问题，需重点保障冰雪、大雾极端恶劣天气下的全天候通行、伴随式服务，提升路段通行安全与效率。

④交通事故多发路段。这类路段存在高速公路陡坡、长坡、急弯等不安全的平纵线形和极限设计，公路沿线监控设施、可变情报板等设施数量少，隔离栅、防护栏等交通安全设施强度不够或故障率高等问题，需要完善高速公路交通事故防控管理机制和强化智能化交通管理设施的应用部署。

1）针对区域级通道——提升聚集性中长距离出行效率与安全。

基于完善的高速公路布局网络，结合历年节假日交通流向、来源、拥堵路段、时间等数据，预测节假日交通总量、来源分布、潜在拥堵时空分布特征等，开展区域公路网综合监测、节假日交通量预测预警、动态费率调控、网络级主动管控、伴随式信息服务、智慧服务区建设，保障中长距离出行效率与安全。

2）针对近城高速公路——提升高峰时段混行交通效率及引导节点精细化组织。

针对近城高速公路高峰时段拥堵、节点布设间距较近、混行交织诱发交通事故等问题，通过拥堵溯源找到病因病灶，结合实时交通事件影响的短时预测，开展全线交通智能监测、拥堵溯源分析、近城通道与城市道路协同调控、ETC预交易创新应用、数字孪生收费站建设等。同时由于近城高速公路承载交通量大，考虑设施服役性能，通过预防性养护延长使用寿命、降低养护成本。

3）针对常发拥堵路段——提升交通拥堵疏散及事件快速处置能力。

针对此类高速公路常发性、节假日拥堵及大流量下交通事故易发等问题，通过智慧化手段开展交通事件智能监测、快速处置，交通量预测预警、交通事件短时预测及拥堵的车道级管控，并针对大交通量对在役道路设施产生疲劳荷载开展智能监测、检测及养护。

4）针对货车集聚路段——提升运行安全及设施服役性能。

对货车交通量占比超过40%的路段，开展重点车辆监管、超载超限车辆监管、车道级智慧管控、准全天候通行、收费管理与稽核分析、设施智能巡检、设施预防性养护、智慧服务区建设，以此保障大货车通行路段安全和通行效率。

5）针对隧道及特殊天气路段、交通事故多发路段——提升安全监测及应急联动能力。

针对隧道运行安全监测及安全管控功能需求，部署精准化、智慧化提升治理设施设备，结合实际开展轻量化重点车辆安全监测系统、全息感知系统、主动应急联动系统建设，支撑自动化识别、管控及应急联动，远期建立数字孪生隧道。针对特殊天气路段、交通事故多发路段，重点提供准全天候通行保障、应急救援、智能诱导雾灯、夜间行车诱导、疲劳驾驶提醒、伴随式信息服务等，降低交通事故发生率，提高出行体验。

写在最后

本文结合高速公路运行数据和基础信息分析，将高速公路划分为区域级通道、近城高速公路、重点路段3个类型，并结合当前技术发展和业务需求，提出不同类型智慧高速公路差异化建设策略。需要注意的是，智慧高速公路在实施差异化建设的过程中也需要统一传输网络、统一计算存储、统一孪生底座、统一标准规范和统一安全体系作为支撑，通过共性与差异的方式共同探索新时期智慧高速公路的建设模式，以期为中国智慧高速公路建设提供参考借鉴，助力交通强国建设。

参考文献：