深入分析

一、智慧扩容的意义与必要性

1、国家政策提出顶层设计

如今，公路交通发展逐渐进入“后建设”时代，以往公路建设主要以新建路段为主，但近年来逐渐转变为以扩容为主，并呈爆发式增长态势，扩容形式主要为四改八、四改十二等。

从去年开始，扩容建设占比约60%，而新建路段仅约40%。由《国家公路网规划》可知，2022-2035年预计约有3万公里的国家高速公路繁忙路段需扩容改造，未来扩容将是一个非常大的市场。

近年来，我国对于公路数字化、网络化和智能化发展提出了一系列部署，交通运输部《关于推进公路数字化转型 加快智慧公路建设发展的意见》中指出，首先要提升公路养护管理数字化水平，鼓励探索特殊路段限速、限载、限高等重要标志数字化联动预警，为精准实时导航、车路协同、自动驾驶等提供支撑；其次，要打造路网智能感知体系，拓展各类数据应用，加强对车路协同和路网管理的支撑服务。

此外，鼓励建立实时交通流数字模型和重点区域路网信息智能处理系统，为出行规划和路网调度提供精准服务，提升全天候公路网运行监测能力。

以上说明了随着大数据、人工智能等新一代信息技术与公路交通领域的深度融合发展，数字化、网络化、智能化正在助力公路交通高质量发展。

2、物理扩容面临的需求与困境

当前，物理扩容面临诸多需求和困境。首先是公路物理扩容需求高，且投资规模还在不断扩大。目前，我国高速公路网络骨架已基本形成，通车总里程超17万公里，规模稳居世界第一，由于近年来交通量剧增，高速公路改扩建需求十分迫切，未来约有3万公里高速公路繁忙路段要扩容改造，11万公里普通国道需建设和改造。

高速公路物理扩容按照平均近2亿元/公里的单价匡算，3万公里投资规模约为6万亿元，且传统的改扩建期交通组织复杂，改扩建期通行能力较低、安全隐患相对较大。如果将物理扩容转变为智慧扩容，其建设单价大约为300-500万/公里，相比于物理扩容而言，可大幅节约投资成本，同时，智慧扩容的周期短，影响范围小，投资效益较为显著。

二是空间与土地资源受限，环境保护挑战突出。较早修建的高速公路大多位于经济较发达的高度城镇化地区，这类地区用地资源异常紧张，面临环境保护等挑战，且征拆迁费用激增；以山东省为例，2017年拆迁费用标准达到2000年的3.8倍。

因此，面临资金投入不可持续、自然环境可持续发展要求日益提升、社会对于收费观念转变等挑战。在此阶段，沪宁高速、连霍高速江苏段等，提出“物理+智慧”融合扩容理念值得去探索，能够极大节省整个道路路网的运营成本，并能大幅提升扩容工作的推进能力。

第三是公路养护成本增加，管理与运营难度不断提升。传统物理扩容虽然大幅提升公路通行能力，但也增加了公路养护运营成本和管理难度。随着建设里程的不断增多，养护运营费用也将不断升高，2021年，养护支出超过了700亿，未来可能还会持续增加。采用智慧扩容的方式，在不增加公路土建规模的情况下，可节省养护成本。基于上述考虑，通过公路智慧化建设实现智慧扩容已迫在眉睫。

3、智慧扩容的提出

智慧扩容指的是在不增加物理车道数、车道宽度的情况下，利用精细化的主动交通管控理念，借助云计算、物联网、大数据、人工智能等数智技术，构建以智能化大数据采集、分析、控制、决策等为核心的公路协同管控体系，可以实现路网组织化程度的大幅提升，使得公路大流量繁忙路段的运营能力得到有效提升，保障运行更加稳定有序，提高路段通行效率，降低交通事故，提升管理服务水平和效率，从而实现既有土建设施的二次升级。

智慧扩容的核心目的是提升通行能力和通过效率。扩容的原则为一是不增加路段标准断面宽度；二是依托数据赋能，结合优化管理、价格调节等手段；三是在互通式立交、收费站、出入口等卡点堵点局部改造。

当然，智慧扩容并也不能解决所有问题，存在一定的限制，前期智慧扩容可以有效提升路网的通行能力，但其提升量有一定的上限。此外，智慧扩容是物理扩容的有效补充，是对于现有能力的挖掘。

二、智慧扩容主要技术与典型案例

1、主要技术

（1）一体化数字底座。数据是智慧扩容的核心支撑，以数据赋能智慧扩容。一体化数据平台是智慧扩容的基础，坚持数据赋能，利用数据化手段打造物理路和数据路。以往更多是通过人工进行管理和处理；如今，通过在计算机新系统中建立全链条的数据集，以及业务数据主题库等，可大幅提升数据的利用率和路网管理与服务的效率。因此，一体化、数据化平台是整个智慧扩容中非常重要的基础。

（2）交通组织与运行管控。在节点交通运行管控技术方面，关键节点的运营状况是整个智慧扩容非常重要的部分，分合流区域、事故多发点、收费站和服务区等路网关键节点，都是智慧扩容应该重点关注和重点解决的问题。

因此，在节点管控上，基于态势精准研判、主动自适应预测控制、协同管控与诱导、事件突发路段智能化应急管控和不利气象路段智能诱导等技术，以及智慧收费站中的匝道预交易、站级云收费、可变引导指示、一体化自动栏杆机和稽查打逃等手段，可实现关键节点交通运营的智慧化管控，提升运营管理效率。

在路段级交通运行管控技术方面，实现了易拥堵路段的车道级态势精准感知、车道级智慧广播、动态限速控制、客货专用道动态分配、多层级平滑调速控制和新型交通组织管理等技术等管控技术，在国外也有较为成熟的案例。

如英国的M1高速，号称是英国最智慧的一条高速，主要包括两方面的智慧化工作，一是硬路肩的常态开放，二是沿线增加了许多出行信息提示，事实证明应用效果较好。

与平峰时段的日流量相比，重大的节假日等特殊时段的交通流量则会大幅增加，此时的高速公路十分拥堵，在此时间节点上，有序开放硬路肩可在一定程度上缓解拥堵问题，这也是未来行业应该要重点探索和考虑的内容。

路网级交通运行管控技术方面，在完成路段的监测评估分析后，会发现路网中部分路段十分拥堵，但部分路段流量却较为稀少，路网流量存在分布不均衡的特点，这样不仅浪费了高速公路的通行资源，也容易造成交通事故等问题。

因此，在路网层面上，要通过一定的诱导方式，均衡路网的通行能力，从而有效提升整个路网的通行效率。目前，路网层面已经实现了路网运行状态评估与态势分析、路网监测与管控、路网通行能力与客货运输供需匹配、路网承载均衡调节和区域级应急指挥调度等交通运行管控技术。

在物理改扩建的建设期交通组织动态优化与管控方面，主要有两方面技术工作，一是构建施工区交通组织路段仿真模型，演练不同交通输入条件下的交通组织动态优化方法，并对实际管控效果进行评估；二是导改区域交通流态势推演，交通拥堵、交通事故等运行风险辨识技术，以及临近导改区车辆阶梯降速及智慧化标志交通标志布设技术。

最后，在养护工程交通组织与智慧养护方面，可在养护施工路段，采用临时性、智能化养护区域安全防护，以及自动化、轻便化、环保性养护工具，提升养护工作总体效率，同时，通过加强基于数字技术的养护评价、预测、决策等算法模型研究应用，可及早发现或预判病害，最大程度减小养护作业范围。

（3）事件快速发现与处置。另外一个关键技术是针对交通事件的快速发现和处置。影响日常交通道路正常运行的事件包括交通拥堵、交通事故等，较多的是路段上的突发事件，尤其是对于如双向四车道等路段，一旦发生交通事故，会极大影响整个路网的平衡能力，因此，快速的发现事件并进行应急救援，是智慧扩容工作要考虑的重要问题。

在此方面，目前已实现了多项技术与功能。一是交通运行状态多源融合感知，即采用多源融合算法对交通拥堵状态等进行分析，为交通运行安全、拥堵预警、交通流管控等提供数据基础；二是高速公路应急救援规划，即监测交通安全事故、交通突发事件现场及信息，向管理者发送事故现场关键信息，对交通事件应急救援进行统筹规划；三是应急救援处置决策，即根据应急预案信息，关联匹配路网、路段实时事件的属性信息等与应急预案进行关联展示；最后是事故快速救援，即交通事故发生后报案人通过导航APP、电话等移动端应用完成报案并实时了解救援进度，接案人员快速调取附近摄像机查看和核实现场情况，并指派救援车辆现场救援。

（4）恶劣气象保障。恶劣天气的出行保障方面，包括雾天、台风、积雪等恶劣天气的识别和预警。通过对恶劣天气进行识别与预警，有利于做出更加合适的工作决策与分工，最大限度减少损失，或是通过新技术手段减少物理阻断路段的时间，以提升整个路网的通行效率。

主要技术包括恶劣天气形成机理及识别技术、恶劣天气识别技术与安全行车预警技术，以及智能安全行车系统布设及智能路径诱导技术。

（5）智慧出行服务。通过服务与诱导，可提高通行组织化程度和通行效率。主要技术可分为三类，一是全天候通行保障；二是伴随式信息服务，即路况微直播、行车诱导、交通分流引导、危险路段提醒、停车诱导等车道级的导航服务；三是菜单式定制服务，即面向公众提供行前规划、预约出行、途中信息获取、事后反馈评价等菜单式服务，实现一单到底、无感无障碍出行和公路一站式服务。

2、典型案例

下面介绍一下智慧公路建设推动智慧扩容的典型案例。首先是沪宁高速。沪宁高速在智慧扩容过程中主要做了4方面的工作，一是多源全景感知，构建以毫米波雷达、微波视频监测等多元感知手段为核心的监测体系；二是车道主动管控，在沿线部署了事件快速救援区域，包括应急车道开放及港湾式应急停车道的设计；三是匝道红绿灯及转向专用车道的设计；四是融合新兴技术，构建综合管控平台。

沪宁高速的扩容效果十分明显，通过对主线车道级管控、匝道智能管控等，高峰期通行效率提升20%左右，有效提高了整个路网的通行效率。另外还有连霍、杭金衢等国内其他高速也做了一些试点，结果证明智慧扩容是有效的。

另外在国省道的智慧改造上，江苏342省道做了很好的试点。342省道智慧公路科技示范工程是江苏交通新基建第一批示范项目，被列入交通强国江苏方案创新驱动发展样板，示范道路全长52.85km。

该示范工程围绕“安全提升、效率提升、服务提升”三大目标，通过5G、BIM、物联网、大数据、人工智能、数字孪生、车路协同等技术的应用，构建了“智能感知、智能管控、智能服务”成套技术应用体系。最终扩容效果为平均车速提升14.05%，事故总量呈下降趋势，包括平均事故数下降28.6%，平均死亡人数下降 10%，平均受伤人数下降30.67%。

总体而言，以上案例可以证明通过信息化手段以及围绕公路运营的一系列新型措施，可以提升路网的运营效率和路网安全水平。

三、几点建议与思考

第一是要加快制定政策与管理办法。要进行公路的智慧扩容，必须要加快制定智慧扩容的相关政策和管理办法，指导各地智慧扩容建设；结合收费公路管理条例，修改完善收费条款，科学合理延长收费期限；规范扩容项目建设管理程序，加强智慧扩容项目规划执行、前期工作、招标投标、工程建设、资金落实等监督检查；明确交通运输传统基础设施数字化转型升级相关资金政策对智慧扩容支持模式。

第二是要加快形成评判标准与规则。首先要合理把控扩容范围，鼓励和引导全面开展“智慧扩容”，“硬扩容”主要聚焦“6轴7廊8通道”主骨架和城市群周边；其次要系统研判扩容需求，包括沿线经济社会发展、人口和城镇变化、交通量增长规律，以及铁路等其它运输方式影响、路网弹性及流量变化；最后要科学把握扩容时机，重点针对已建成通车超过10年的路段，已处于四级及以下服务水平或双向四车道高速现状平均交通量超过30000辆/日的路段，同时要结合近年交通量增长率进行综合研判。

第三是要提升方案论证与标准化水平。首先要针对高速公路智慧扩容需求，重点深化扩容方案比选论证，确保选择适宜的方案；其次，针对不同的扩容需求，综合考虑各种技术方案的优劣，确保方案的科学性和可行性；最后，尽快编制智慧扩容相关标准规范，指导扩容工程实施。综上，可以有效选择推动智慧扩容的各方面相关机制。

第四是要大力开展核心技术攻关。首先，在技术攻关与创新方面，要不断进行技术攻关，挖掘应急处置、交通管控、态势研判等先进技术和解决方案，以应对扩容中的各种难点，通过开展科学研究和技术创新，推动智慧扩容技术的不断突破和提升；其次，在技术应用与效果评估方面，要定期对采用的技术进行评估和优化，发现并解决技术瓶颈和问题，通过持续的技术优化，满足智慧扩容的不断发展和需求；最后，在技术迭代升级方面，要不断完善和改进智慧扩容的技术体系，实现迭代升级。

第五是注重智慧扩容效果评估。当前我国公路智能化改造已超3500公里，而智慧扩容重要的是评估工作，要评估其交通流拥堵情况、行车速度和行驶时间、交通事故率环境影响、运营成本和效益等多项内容。

实际上智慧高速中智慧扩容的发展能够带来通行能力提升、安全事故水平的提升以及运营成本的下降等优势，同时，还会形成大量的有效数据，以支撑其他相关的工作。因此，在未来的智慧扩容效果评估工作中，要加快构建智慧扩容评估框架及模型研究，以实现扩容效果的量化评估，从而为智慧公路建设提供政策建议。

*文章内容是赛文交通网根据交通运输部公路科学研究院智能交通研究中心主任汪林分享的《智慧扩容发展思考及展望》主题报告整理所得，有删减（文章经过本人审核）。