“智慧高速”的建設最早可以追溯到2002年福建省的“數字高速”，通過對交通信息資源進行建設與改造，逐步提高高速公路管理與運營的現代化水平。2008年IBM提出了“智慧地球”概念，2009年美國愛荷華州迪比克市宣布與IBM公司合作建設全世界第一個“智慧城市”，智慧交通是其重要應用。2011年浙江提出推進智慧城市建設，而“智慧高速”是其首批啟動的13個示範試點項目之一。近年來，行業專家學者對智慧高速的概念和内涵進行了研究，但目前尚未形成統一認識。本文試圖通過對智慧高速演進曆程進行分析，并結合國内智慧高速建設實踐，對智慧高速公路的概念與内涵進行探析，并對交通強國背景下智慧高速發展進行展望，以期為智慧高速的建設提供借鑒。

一

高速公路機電概況

我國高速公路發展經曆了起步階段（1978-1988）、穩步發展階段（1989-1997）、加快發展階段（1998-2007）、跨越式發展階段（2008-2015）、全面規範和高質量發展階段（2016以來）五個發展階段[1]，到2020年底高速公路總裡程達15.5萬公裡，國家高速公路網主線基本建成。

在高速公路運營管理過程中，以高速公路監控、收費、通信三大系統為主要内容的高速公路機電系統發揮了重要作用，實現了聯網收費、視頻監控及通信傳輸等功能，保障了高速公路正常運行，為高速公路信息化、智慧化打下了堅實基礎。

與我國高速公路發展曆程相适應，高速公路的運營管理經曆了“一路一公司”（1988-2000年）、省域區域聯網（2001-2010年）、全國聯網（2011-2015年）、改革撤站（2016-2020年）共四種模式[1]。高速公路不斷建成通車，使得高速公路從點連成線、形成面、構成網。在這一過程中，高速公路機電系統不斷建設完善，并連接成龐大的網絡。以收費系統為例，2010年前主要以省域或省内區域聯網收費為主，2014和2015年實現了全國ETC聯網收費，2019年撤站則實現了全國聯網收費一張網。為了支撐聯網收費系統運轉，各省基本建成了省内互聯互通的高速公路通信專網，保障聯網系統的數據、語音和圖像等信息準确而及時傳輸，為高速公路管理部門之間業務聯絡提供通訊手段。2011年交通運輸部組織了全國高速公路光纖通信幹線網絡工程建設，基本建成了全國高速公路光纖通信幹線網絡。2019年11月，交通運輸部開展全國高速公路視頻聯網監測工作，全面加快推進可視、可測、可控、可服務的高速公路運行監測體系建設，不斷優化服務能力和監管水平，更好地滿足人民群衆高品質出行需求。

總之，随着高速公路網絡化發展，公衆出行日益便利，但在行車安全、通行效率、信息服務等方面高速公路的運營管理也面臨着諸多挑戰。受限于當時的投資模式、管理需求、技術發展、設備設施水平等因素，高速公路機電系統在保障高速公路的穩定可靠運行的同時越來越難以适應運營管理和公衆需求。為了解決上述問題，智慧高速應運而生。

二

智慧高速初步探索

高速公路實現聯網後，面對公衆日益增長的通行需求和管理痛點，浙江、雲南、湖南、江蘇等省份開展了智慧高速建設的初步探索。這一階段智慧高速的主要特征是對傳統機電系統的提升，移動互聯網、大數據等信息技術在高速公路行業得到初步應用，高速公路的管理和服務效能得到極大提升。

2011年底，浙江省高速公路日均車流量達到84萬車次，在經濟社會發展中具有舉足輕重的作用。然而高速公路協同管理問題和智慧服務問題逐漸顯現，道路交通不堪重負、交通事故多發、遇到重特大交通事故缺少省級統一指揮平台、惡劣天氣下通行安全保障缺少科學預測和決策支持、危化品運輸管控難、ETC 沒有形成規模、全省高速公路服務電話号碼不統一、信息不共享等問題突出[2]，亟需加以解決。2012年5月，浙江省人民政府在《關于務實推進智慧城市建設示範試點工作的指導意見》（浙政發[2012]41号）中，首次提出“智慧高速”的概念，将其作為浙江省首批啟動的智慧城市建設13個示範試點項目之一。通過兩期工程的建設，浙江智慧高速建成了智慧管理與服務平台，實現了“一路三方”指揮調度，開通了“兩微一端”信息服務，對于貨車實現預警。

2014年全國交通運輸工作會議上提出了“四個交通”的概念，其中智慧交通是關鍵。在“四個交通”的指引下，雲南、湖南等省份開展了智慧高速的建設。

2014年，雲南省高速公路聯網通行裡程快速增加，導緻高速公路管理的地域範圍、業務管理難度和複雜度急劇增加，必然要求高速路網運營管理工作從日常監管、被動響應、抽查巡檢向主動感知、預警預測、全程監控方向轉變。高速公路日常管理中長期存在部門間協同能力不足、系統間整合能力不強、多應用域數據融合度較低、數據價值開發利用率不高等問題，如路網運行信息感知不足、視頻資源利用低、綜合應急處置能力不高、收費稽查缺少數據支撐、運營決策支持不足、公衆出行服務能力不強等[3]。雲南智慧高速從2015-2018年經過兩期的建設，建設内容涵蓋“建立标準規範、完善感知體系、構建數據中心、統一管理平台、綜合應用服務”等方面，初步實現了高價值運營數據在路網中心一級的集中彙聚；智慧高速項目對各級路網運營管理業務的信息化的全面覆蓋；數據分析、數據挖掘效果明顯，對于路網偷逃費治理、收費分析稽查、外場設備運維養護、應急指揮調度等運營管理中熱點、難點問題的解決起到重要作用。雲南交投集團與高德地圖積極合作，在高速公路情報闆動态發布路況信息，在高德地圖導航過程中實時播報雲南高速公路路況信息，讓廣大車友通過自己的手機就能實時了解當前路況，避免進入擁堵路段；通過智慧高速綜合管理服務平台建設，提高業務處置效率，據測算信息錄入時間節約30%；應急事件處置效率提高25%；統計分析效率提高80%；信息發布與共享效率提高40%；流程規範化管理效率提高30%，使高速公路的出行更加安全，更讓車友安心[4]。

2014年4月，湖南省高速公路運營管理面臨着衆多問題，主要包括缺少統一的調度平台、滬昆和京港澳等擁堵嚴重、數據沉睡無法為決策提供支撐等。為了解決上述問題，湖南省政府發文要求盡快研究提出湖南省高速公路信息化建設總體建議方案。湖南省高速公路信息化（一期）建設取得了較好的成效，初步建成湖南高速公路“三大體系”（即信息化基礎和數據支撐體系、公衆出行信息服務體系、應急指揮調度體系）和“一個綜合管理平台”，基本構建了湖南智慧高速的骨架（外場設備）、神經（通信網絡）和大腦（數據處理中心和算法），為實現智能化運營、智慧化管理打下了堅實基礎。信息化一期工程投入運營以來，湖南高速以建設“人民滿意交通”、打造“智慧高速”為目标，圍繞服務公衆便捷出行、服務應急指揮調度、服務高速公路運營管理“三個服務”，把握“網絡安全、傳輸穩定、圖像實時、數據在線”十六字要求，加快推進“互聯網 高速公路”建設，基于高速GIS一張圖，立足“三網合一”（空中信息網、地面高速路網、地下傳輸網），基本建成“湖南智慧高速可視化系統”，實現了“路網運行監測、應急指揮調度、聯網收費管理、通信傳輸監測、網絡安全态勢感知、行業大數據分析、公衆出行信息服務”的實時智能與深度融合，信息化建設轉型升級、創新發展，成果不斷鞏固，路網運行可視、可測、可控、可服務水平顯著提升[5]。此外，江蘇省、河北省等相繼推進了高速公路信息化工作，并取得了一定成效。

三

智慧高速試點示範

2016年，《交通運輸信息化“十三五”發展規劃》首次提出推進智慧公路示範應用。為了推動新一代國家交通控制網及智慧公路試點有序開展，防止試點同質化、碎片化，交通運輸部2018年下發《關于加快推進新一代國家交通控制網和智慧公路試點的通知》（交辦規劃函[2018]265号），确定六個試點方向：基礎設施數字化、路運一體化車路協同、北鬥高精度定位綜合應用、基于大數據的路網綜合管理服務、“互聯網 ”路網綜合服務、新一代國家交通控制網。試點的九個省份包括北京市、河北省、吉林省、江蘇省、江西省、浙江省、福建省、河南省、廣東省等。試點所涉及省份的主要試點内容見表1。

在試點工程的指引下，北京的延崇智慧高速北京段、京德高速，河北的京雄高速、榮烏高速、京德高速、京禮高速河北段等，浙江的杭紹台、杭紹甬、杭州繞城西複線及滬杭甬高速，江蘇的滬甯高速、五峰山高速，山東的濟青中線，四川的成都繞城、成宜高速、成綿（擴容）高速，廣西的南甯沙井至吳圩高速公路等，均進行了建設探索。在政策的支持下，除了試點省份，山東、山西、四川、廣西、湖南等省份選擇一條或幾條高速公路也開展了智慧高速的建設嘗試。截至目前，據不完全統計國内23個省份開展的智慧高速建設。這些省份希望将其建成示範性、可推廣、可複制的智慧高速樣闆。這些智慧高速涉及新建（改擴建）路段、已通車路段兩種模式，為後續智慧高速的建設做了有益探索。近期開展智慧公路試點省份及試點項目見表2。

表2 近期開展智慧公路試點省份及試點項目

四

智慧高速内涵

（一）發展理念

“安全、便捷、高效、綠色、經濟”的理念是智慧高速建設的重要根本遵循，是項目規劃、設計、建設、實施的出發點和落腳點，從而實現交通強國“四個一流”的目标。

（二）智慧高速内涵

智慧高速概念目前行業尚未形成統一的認識，張一衡[6]參照智慧交通定義，對智慧高速做了定義，認為智慧高速是利用新一代信息與通信技術，實現人（交通參與者）、車（交通工具）、路（交通設施）的信息交互，實時調整交通需求，提升交通服務能力，實現高速公路運營的安全、便捷、暢通、綠色等目标。王少飛[7]認為智慧高速就是利用“人的智慧思維 先進的技術手段 協同的運行機制 創新的模式”對高速公路管理與服務進行提升。徐志剛等[8]指出，智能道路與傳統道路的區别在于其對道路自身狀态信息的獲取是實時的，其内部各元素之間的信息是共享的，其管理與決策支持系統一定程度上實現了智能化，其目标是讓道路更加安全、高效、節能、環保和可持續發展。張紀升等[9]認為智慧公路是為充分發揮高速公路的功能屬性，集成應用先進的感知技術、傳輸技術、信息處理技術、控制技術等，形成開放共用的基礎平台；它以安全、高效、便捷、綠色為目标，結合多樣、開放的運營管理與服務模式，為人和貨物的快速運輸提供可靠的網絡化通行服務，為車車/車路交互提供自由的通信管道服務，為應急事件提供全時可響應的應急服務，為出行者提供精細化、自主化的出行服務。文獻[6-9]從智慧高速公路的目标出發進行定義，并将新技術作為實現智慧高速的重要手段，但定義未能考慮智慧高速公路與主體工程之間的關系。

文獻[10]将主體工程和智能信息系統、運行管理制度和政策一起統稱為“智慧高速公路”，構建的系統稱為“智慧高速系統”，目标是安全、快速、暢通、綠色、智能。其本質是交通行業依托主體工程構建的為解決目前系統短闆和提升現有系統功能的具有一定預測功能的交通信息系統，其重點在于提供服務。岑晏青等[11]認為，智慧高速公路是在高速公路沿線布設相應設施設備并建有交通運行控制中心，集成應用感知、通信、控制和綠色能源等先進技術，實現汽車更加安全、快速和綠色行駛的高速公路。智慧高速公路有三個主要特征：強調對現有先進技術的集成應用；以實現更加安全、快速、綠色的人員出行和貨物運輸為根本目标。對正在發生的道路交通颠覆性變革具有先導和引領作用。智慧高速技術内涵體現在如何建設“三網合一”智能基礎設施和雲邊端協同的雲控平台。智慧高速公路，是具有智慧化特征的高速公路，而不能将智慧高速公路表述為一個管理控制系統或者一套管理服務體系。吳建清、宋修廣[12]指出廣義智慧公路的概念，即智慧公路是将信息化與智能化發展貫穿于交通規劃、建設、運營、服務、監管等全鍊條各環節的現代化公路; 技術層面上，智慧公路是将雲計算、大數據、物聯網、移動互聯網、智能控制等技術與交通運輸深度融合，為普通公路賦予“智慧”，從而達到提高公路服務水平、減少環境污染、改進道路建設及運營安全、提升行車舒适性及安全性等目的。文獻[6-11]在定義智慧高速均給出了智慧高速的目标，但該目标為定性描述缺乏定量描述。文獻[10-11]均認為智慧高速首先應回歸高速公路的基礎和本質，不能脫離高速的主體工程而存在，相對于文獻[6-9]更為全面和客觀。

雖然業内對于智慧高速的内涵沒有形成共識，但是卻有如下基本認同：

（1）智慧高速不能脫離高速而存在，對智慧高速的理解首先應回歸高速公路的功能屬性，在此基礎上應用新一代信息技術使得高速公路的功能更豐富、更強大；

（2）智慧高速應以問題為導向、目标為導向，着眼于解決痛點及難點等實際問題；

（3）智慧高速是系統概念，應将“安全、便捷、高效、綠色、經濟”五大理念貫穿于規劃、建設、運營、服務等全鍊條各環節；

（4）智慧高速是一個動态概念，随着時間的推移其内涵和外延将不斷深化和拓展。因此，任何從局部、靜态對智慧高速進行定義難以涵蓋智慧高速的全部内容。

綜上所述，本文認為智慧高速是運用新一代信息技術，設置智能設施與裝備，以實現“零”擁堵、“零”死亡、“零”管制、“零”排放為目标，使得路網更加安全、便捷、高效、綠色、經濟運行的高速公路。其中，四個“零”是智慧高速公路的建設目标，安全、便捷、高效、綠色、經濟是建設理念，信息技術則是實現智慧高速的重要技術手段。智慧高速内涵内容見表3。

表3 智慧高速内涵

五

智慧高速發展展望

（一）發展政策

2018年提出交通運輸部開展新一代國家交通控制網和智慧公路試點示範；2020年進一步提出打造融合高效的智慧交通基礎設施，加快建設智慧公路；2021年，《交通運輸領域新型基礎設施建設行動方案（2021-2025年）》将“智慧公路”作為七個重點任務之一，從提升公路智能化管理水平和提升公路智能化服務水平兩個方面進行了明确。

據不完全統計，在交通運輸部批複的交通強國建設試點任務中，有一半以上的試點單位将智慧公路技術、建設等作為試點内容。因此，從政策層面可以預見，智慧高速的發展将繼續得到國家、交通運輸部以及各省的強力政策支持。

（二）發展階段

任何事物的發展都要經曆孕育、發展、成熟的過程。如前所述，從1988年第一條高速公路建成通車到如今我國高速公路通車裡程居世界第一，高速公路建設不斷發展壯大。同樣，從我國ETC産業發展來看，上個世紀90年代中期國内多個省市從國外引入電子收費技術失敗到今天ETC産業成為智能交通行業的支柱産業之一，中國ETC産業發展同樣經曆了産業培育、産業發展、産業壯大三個階段。ETC在我國的發展曆程如圖1所示。

圖1 ETC産業發展主要階段示意圖

從圖1中可以看出，我國ETC從起步到産業壯大用了約25年的時間。産業培育階段用了将近10年的時間，主要是ETC的研究與各地試點示範，其中交通部公路科學研究所和廣東省路路通公司開展ETC試驗為我國ETC建設拉開了序幕；ETC産業發展階段從2007年電子收費系列标準出台到2015年高速公路實現全國ETC聯網收費，各省開始推廣ETC實現本省聯網，并在京津冀和長三角區域開展區域聯網收費示範工程；此後到2020年ETC用了5年時間實現了快速發展，ETC産業得以壯大。

如前所述，從2012年到2021年為智慧高速的起步階段，其中2012年到2017年為智慧高速的初步探索階段，從2018年到2021年智慧高速的試點示範階段。2021年一批智慧高速項目建成通車，如京雄高速、榮烏高速、京德高速、崇禮高速河北段，京台高速山東段、濟青中線，廣西沙吳高速，雲南宜昭智慧高速等相繼通車，盡管這些項目相比機電項目有了極大提升，但是受限于認知能力、技術水平、設備裝備性能等因素，智慧高速仍處于試點示範階段。結合ETC的發展曆程來看，我國智慧高速在政策支持、相關行業的推動下，将在初步探索、試點示範的基礎上經曆總結與推廣、大規模應用階段。

目前，國内已經有浙江、江蘇、山東等省份在總結本省智慧高速實踐的基礎上編制完成了智慧高速建設指南，指導本省智慧高速的後續建設。在大規模總結與推廣階段，交通運輸部需将各省的建設成果加以提煉形成可執行的指導性文件，為智慧化高速的建設提供支撐。這一階段預計需要5-8年時間，在推廣的同時将跨越路段走向聯網。在此基礎上，智慧高速相關技術、産品更加成熟，産業将迅猛發展，智慧高速将進入大規模應用階段。在具體實施過程中，可借鑒聯網收費的推廣經驗，通過局部試點示範再總結推進，避免推進過程中急于求成。

其中總結與推廣階段從2022年到2030年，這一階段将在各省試點的基礎上，将相對成熟的應用逐步以标準的形式固化下來，為後續推廣奠定基礎。從2031年到2035年或者更長的一段時間将是智慧高速的快速發展時期，這一階段智慧高速将發展到更高水平。當然，目前技術發展日新月異，各階段發展過程會有所加速。

智慧高速的發展離不開智能網聯道路的發展。《智能網聯道路系統分級定義與解讀報告》（征求意見稿）從交通基礎設施系統的信息化、智能化、自動化角度出發，把交通基礎設施系統分為六級，分别為：I0級（無信息化/無智能化/無自動化）、I1級（初步數字化/初步智能化/初步自動化）、I2級（部分網聯化/部分智能化/部分自動化）、I3級（基于交通基礎設施的有條件自動駕駛和高度網聯化）、I4級（基于交通基礎設施的高度自動駕駛）、I5級（基于交通基礎設施的完全自動化駕駛）。《國家綜合立體交通網規劃綱要》在2035年發展目标中，提到智能網聯汽車（智能汽車、自動駕駛、車路協同）等技術達到世界先進水平。因此，依據智能網聯道路系統分級結果，對智慧高速不同發展階段的主要目标、時間範圍和對應的智能網聯道路級别見表4。

表4 智慧高速不同階段的發展内容

（三）發展路徑

文獻[13]從技術和管理兩方面給出智慧高速的建設路徑，本文重點從技術路徑進行分析。智慧高速構成要素由人、車、路（環境）組成，其智慧化程度主要取決于信息的交互、處理、分享的成效。從信息流動來看，路和環境狀況信息首先應該被實時、全面感知，然後這些信息通過高速公路專網、5G、車路通信等傳輸到中心或邊緣計算單元進行處理，處理結果用于支撐公衆出行、輔助決策以及路網管控、車路控制等，從而構成閉環系統。智慧高速信息流動示意如圖2所示。

圖2 智慧高速信息流動示意圖

車路協同是一個廣義概念，包含了車路（含車車）間信息或能量交互，及其所支撐的信息服務、交通管理以及車輛調度與控制功能[14]。随着車路協同應用場景的逐步成熟，車路協同涉及到的應用會在實踐中依托場景、事件逐步演進為集安全、效率、信息發布為一體的多應用集成業務[12]。可以預見，車路協同應用場景是智慧高速的重要體現。自動駕駛汽車已成為全球發展趨勢，自動駕駛汽車将帶動我國整個汽車行業發生改變，颠覆性地重構消費者的出行體驗[13]。近年來，自動駕駛技術在提升交通安全性、提高通行效率、實現節能減排等方面具有顯著優勢，得到了廣泛關注。自動駕駛中的感知、規劃和控制等技術的發展将掀起一場交通變革的技術革命[14]，但由于單車智能設備過于昂貴難以大面積推廣，因此業界普遍認為“聰明的車” “智慧的路”是可行的解決方案，即車路協同式自動駕駛是高速公路實現自動駕駛的可行路徑。

通過以上分析，在智慧高速發展的不同階段，車路協同信息流動的方向和對象存在較大差異，不同階段車路協同信息流動示意如圖3所示。在圖3（a）中信息主要是人（駕駛員）識讀路上的情報闆、标志牌等信息來操控車路，車和路之間實際上沒有直接的信息交互；圖3（b）中路可以将告警、預報等信息單向發送給車供人（駕駛員），輔助車輛駕駛；圖3（c）中車和路可以雙向進行信息交互，路可以發送控制信息給車，實現對車的部分控制；圖3（d）中車路進行雙向信息交互，路發送信息可以控制車輛，将人從駕駛中解放出來，實現完全車路協同式自動駕駛。

圖3 不同階段車路協同信息流動示意圖

（四）相關标準

目前，智慧高速相關的标準由各省率先編制完成。在智慧高速初步探索階段，浙江省于2016年率先發布了《浙江智慧高速公路機電系統建設技術要求》，是國内第一個智慧高速公路建設的技術标準規範。2018年，雲南省編制完成了《雲南省智慧高速設計指南》。随着智慧高速試點工程推進，部分省份總結智慧高速的試點建設經驗，編制了相應的建設指南，如浙江省交通運輸廳發布了《智慧高速公路建設指南(暫行)》（ZJ/ZN 2020-1）；江蘇省交通運輸廳發布了《江蘇省智慧高速公路建設技術指南》（JSITS/T 0001-2020）、《江蘇省普通國省道智慧公路建設技術指南》（JSITS/T 0002-2020）；山東省交通運輸廳發布了《智慧高速公路建設指南（試行）》（SDITS/GL 2021-01）。

2020年，中國道路交通安全協會發布團體标準《車聯網路側設施設置指南》（T/CTS 1-2020）、《智慧高速公路交通标準設置指南》（T/CTS 3-2020）。目前，交通運輸部正在組織信息化相關标準的制修訂工作，包括《公路信息化技術規範》《公路網管理平台技術規範》《公路網運行監測技術規範》《公路交通應急處置技術規範》《公路工程适應自動駕駛附屬設施技術指南》等。

從已有的智慧高速建設指南來看，無論是智慧高速公路體系，還是對智慧高速的組成以及智慧高速的應用來看，大家仍存在不同的理解和認知，因此有必要在交通行業的層面出台相應的技術标準來對智慧高速的發展進行引導。從标準的頂層規劃來看，在公路工程标準體系中的通用部分增加了“智慧”的内容，為後續标準的編制提供了基礎。此外，從行業層面除了解決各省的智慧高速建設更應該着眼于智慧高速的跨省、跨區域的協調問題，也即智慧高速的全國聯網運營等。

六

結束語

本文分析了智慧高速從機電系統向初步探索、試點示範的演進過程，對智慧高速從發展理念、實現目标及技術手段等方面對智慧高速的内涵進行了探究，并就智慧高速的發展政策、階段、路徑以及标準制定等方面進行了展望，以期為智慧高速的建設提供借鑒。縱觀我國高速公路、聯網收費的曆程，可以預見智慧高速的發展不可能一蹴而就，需要從政策支持、行業引導、産業培育、标準支撐、運營模式等方面加強創新。

（原文刊載于2022年第1期《中國交通信息化》）

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