“公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化是未來智慧公路發(fā)展的方向及基礎(chǔ)，我國公路的里程數(shù)已突破500萬公里，開展公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化是一個(gè)龐大的工程。在這個(gè)過程中，行業(yè)不能一擁而上，在很多問題沒有想清楚之前，要慎重的推進(jìn)后續(xù)的建設(shè)工作。”交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院智能交通研究中心副主任汪林表示。

　　近年來，智慧公路在我國得到了快速發(fā)展，呈現(xiàn)多點(diǎn)開花、百花齊放的態(tài)勢，基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化體系的建設(shè)逐步得到行業(yè)的認(rèn)可，智慧管控、車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛等新興技術(shù)正在加速應(yīng)用到公路基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)中，近期，汪林主任在2021年交通大講堂上，發(fā)表了“智慧公路建設(shè)與基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化發(fā)展思考及建議”主題演講。

　　汪林主任從新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、交通強(qiáng)國建設(shè)、國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃等國家和行業(yè)布局的分析和解讀入手，介紹了新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)工程、交通強(qiáng)國試點(diǎn)工程、公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化等交通運(yùn)輸行業(yè)專項(xiàng)工作的最新進(jìn)展，并通過對典型案例和重點(diǎn)領(lǐng)域工作要點(diǎn)的剖析，探討了未來智慧公路建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化的發(fā)展愿景與推進(jìn)重點(diǎn)。

　　01

　　交通數(shù)字化發(fā)展趨勢及內(nèi)涵

　　隨著“新基建”政策的出臺，以及大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的蓬勃發(fā)展，從一定程度上來說，在未來的10~15年間，交通行業(yè)的發(fā)展，尤其是智能交通方向，都會圍繞基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化來展開。

　　2021年國務(wù)院印發(fā)的《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》中提出，在2035年我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化率要達(dá)到90%，在開展新興基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的同時(shí)，也要求加快既有設(shè)施的智能化改造，工作重點(diǎn)在于對路網(wǎng)管控水平的提升，對交通信息智能發(fā)布的優(yōu)化，以及相關(guān)的智慧平臺的建設(shè)等等。

　　我個(gè)人也或多或少參與了相關(guān)規(guī)劃的起草和咨詢工作，在這個(gè)過程中，我們自己也在思考，什么是數(shù)字化？大家都在提設(shè)施數(shù)字化，具體該怎么做？

　　在科普中國里，數(shù)字化是這么定義的：

　　“數(shù)字化，即是將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù)，再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起適當(dāng)?shù)臄?shù)字化模型，把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸M(jìn)制代碼，引入計(jì)算機(jī)內(nèi)部，進(jìn)行統(tǒng)一處理，這就是數(shù)字化的基本過程。”實(shí)際上數(shù)字化就是要在計(jì)算機(jī)世界中，通過計(jì)算機(jī)語言，以感知得到的數(shù)據(jù)作為支撐，構(gòu)造真實(shí)世界的數(shù)字化影像。在這個(gè)基礎(chǔ)上，我們繼續(xù)思考，什么是公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化？

　　個(gè)人的理解就是：在公路交通系統(tǒng)中深入運(yùn)用數(shù)字技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)全感知、全聯(lián)接、全場景、全智能的數(shù)字公路世界，提升整個(gè)公路交通系統(tǒng)的運(yùn)行水平，對傳統(tǒng)公路交通系統(tǒng)的運(yùn)營管理模式，服務(wù)模式、商業(yè)模式進(jìn)行創(chuàng)新和重塑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。在前期的相關(guān)課題研究中，我們對交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化的內(nèi)涵進(jìn)行了一些思考，總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

　　第一，是數(shù)字化最本質(zhì)的內(nèi)涵，就是交通基礎(chǔ)設(shè)施和信息技術(shù)的深度融合。通過信息技術(shù)去改變現(xiàn)有交通基礎(chǔ)設(shè)施的功能，提升設(shè)施的運(yùn)營效率，并融合到日常的業(yè)務(wù)中，更好地為交通服務(wù)。

　　第二，要針對設(shè)施不同的屬性信息進(jìn)行數(shù)字化。將空間屬性、功能屬性、狀態(tài)屬性等復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康奶卣鲾?shù)據(jù)。

　　第三，對不同的設(shè)施層次建立相適應(yīng)需求的數(shù)字化模型。對公路交通設(shè)施，包括路、橋、隧、以及一些附屬設(shè)施，根據(jù)它們的特點(diǎn)和應(yīng)用場景建立相應(yīng)的數(shù)字化模型，利用模型在現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行計(jì)算處理，并采取相應(yīng)的措施。

　　第四，公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化就是要推動(dòng)公路交通基礎(chǔ)設(shè)施從他感知、被感知，向可感知、自感知轉(zhuǎn)變，更便捷更精準(zhǔn)地獲取前端數(shù)據(jù)，再通過數(shù)字化平臺和車路協(xié)同系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)布，讓道路使用者知道“路上有什么”，讓管理決策者知道“車在干什么”。

　　目前信息采集和信息發(fā)布領(lǐng)域還存在很多不足，對于出行者，上了路就不知道前方的路況，也不知道前方的氣象情況，相關(guān)信息全都不知道；對于管理者，雖然每天都進(jìn)行交通流基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，但微觀層次上的數(shù)據(jù)，例如，車上有多少人？貨車裝的什么貨？駕駛員是否疲勞？車輛的車況是什么？這些信息也收集不到。所以我們現(xiàn)在的目標(biāo)就是建立起一整套的數(shù)字化體系和配套平臺，有了數(shù)字化采集設(shè)備，有了交互平臺，將來通過路側(cè)設(shè)備收集這些數(shù)據(jù)就會變得容易，從而讓使用者更安全便捷地使用道路，讓管理者更經(jīng)濟(jì)高效地管理。

　　2

　　國外發(fā)展及經(jīng)驗(yàn)啟示

　　在基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化研究過程中，我們對國外的發(fā)展思路也進(jìn)行了參考。

　　美國近十年里也取得了一定的進(jìn)展，2016年發(fā)布的《公路性能監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)用手冊》中詳細(xì)規(guī)定了數(shù)據(jù)的采集上報(bào)，管理分析，應(yīng)用服務(wù)等數(shù)據(jù)應(yīng)用流程中各階段的責(zé)任主體和相關(guān)要求。

　　美國構(gòu)建了一套路況報(bào)送系統(tǒng)，它的數(shù)據(jù)集不僅包括日常的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，還包括估算數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、典型路段數(shù)據(jù)等等，根據(jù)數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)類型，制定了相關(guān)的數(shù)據(jù)元素收集標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了相關(guān)的處理模型，并基于GIS搭建了相關(guān)的數(shù)據(jù)平臺。

　　在此基礎(chǔ)上，2017年美國交通部發(fā)布了《道路元素模型清單2.0》，以各州為主體，規(guī)定了37個(gè)強(qiáng)制采集的數(shù)據(jù)元素，目標(biāo)是支持整個(gè)聯(lián)邦進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理和安全決策。

　　《道路元素模型清單2.0》主要分為6個(gè)方面，內(nèi)容較為細(xì)致，比如說雙車道公路的路段寬度，如下圖所示，對于每種元素的采集標(biāo)準(zhǔn)都進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。國內(nèi)每年也會開展公路方面的交通普查，包括一些相關(guān)工作的精細(xì)分析，但仍與國際先進(jìn)水平存在一定差距，例如數(shù)據(jù)采集的規(guī)范程度，數(shù)據(jù)采集的精度要求等等，還處于比較初級的階段。

　　歐洲方面，2013年，德國把交通建設(shè)和城市發(fā)展部更名為德國聯(lián)邦交通和數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展部，并制定了交通建設(shè)與城市發(fā)展和數(shù)字化的發(fā)展戰(zhàn)略，即《數(shù)字化戰(zhàn)略2025》。

　　按照戰(zhàn)略的總體部署，德國將加快推進(jìn)數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，穩(wěn)步推進(jìn)車路協(xié)同通信技術(shù)的研究與應(yīng)用，鼓勵(lì)各方聯(lián)合積極開展自動(dòng)駕駛、數(shù)字化出行服務(wù)和數(shù)字化物流服務(wù)等方面的創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)，從幾個(gè)不同的層面將交通和數(shù)字緊密結(jié)合起來。

　　另外在ERTRAC2019中，將數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施分為A~E五個(gè)等級。

　　在分級中可以看出，與國內(nèi)不同，它從前到后都沒有提及自動(dòng)駕駛的分級，只是在高等級設(shè)施中提到了協(xié)作駕駛的概念，我個(gè)人對此也是比較贊同的。從基礎(chǔ)設(shè)施的角度來出發(fā)，設(shè)施設(shè)備的發(fā)展更新，實(shí)際上都是為駕駛服務(wù)的，但它并不能主導(dǎo)駕駛，也不能主導(dǎo)運(yùn)輸工具的發(fā)展?；A(chǔ)設(shè)施主要是協(xié)助感知，協(xié)助駕駛，提供相關(guān)信息和建議等，如果能達(dá)到這個(gè)程度，我認(rèn)為就已經(jīng)做的非常好了。

　　作為交通人，可能更多要從基礎(chǔ)設(shè)施，從路的角度出發(fā)，去進(jìn)行交通智能化數(shù)字化的相關(guān)工作。

　　通過前面對美國和歐洲相關(guān)研究工作的總結(jié)，我們得到了以下幾點(diǎn)啟示：

　　第一點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集的標(biāo)準(zhǔn)化，是整個(gè)數(shù)字化建設(shè)的基礎(chǔ)；

　　第二點(diǎn)，動(dòng)態(tài)感知數(shù)據(jù)的獲取，是數(shù)字化的重要標(biāo)志；

　　第三點(diǎn)，BIM是重要的基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化技術(shù)和工具。但是這里有很重要的一點(diǎn)，就是現(xiàn)在我們所使用的BIM，包括我們現(xiàn)在用的基于BIM的應(yīng)用平臺，它詳細(xì)記錄了路網(wǎng)數(shù)據(jù)，設(shè)施坐標(biāo)，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)物的狀態(tài)等等，如果我們長期使用國外的軟件和平臺進(jìn)行交通數(shù)字化建設(shè)，對國家，對我們未來交通的發(fā)展都是一個(gè)很危險(xiǎn)的事情。對于這方面，我們還需要進(jìn)行一些國產(chǎn)化的考慮和布局，例如開發(fā)自主化的軟件，或者是建立一套關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)的密鑰體系，對核心數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，否則一旦有突發(fā)的國際事件，將會有非常危險(xiǎn)的后果。

　　03

　　公路數(shù)字化技術(shù)體系的構(gòu)建

　　通過前期我們的相關(guān)研究，結(jié)合國內(nèi)情況，我們也在不斷思考，怎么構(gòu)建國內(nèi)的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施體系？實(shí)際上要構(gòu)建這樣的一套技術(shù)體系是很難的，我國現(xiàn)有高速公路里程為16.1萬公里，這樣龐大的路網(wǎng)體系要進(jìn)行數(shù)字化，是一個(gè)難度非常大的工作。

　　所以我們在進(jìn)行數(shù)字化體系的建設(shè)時(shí)，可能也會采取分步走的戰(zhàn)略，第一步選擇部分在建的高速公路，或者重點(diǎn)的橋隧工程，進(jìn)行數(shù)字化的試點(diǎn)建設(shè)，慢慢積累經(jīng)驗(yàn)以后，再逐漸向現(xiàn)有路網(wǎng)的數(shù)字化建設(shè)上延伸。

　　前期我們在開展相關(guān)研究過程中，著重針對公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化的需求進(jìn)行了分析，這過程我們會發(fā)現(xiàn)有很多需求，比如說要滿足路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測與服務(wù)暫行技術(shù)要求，要滿足基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)計(jì)分析需求，要滿足公路養(yǎng)護(hù)及資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)需求，要滿足自動(dòng)駕駛車輛環(huán)境識別需求，以及將來面對智能化交通，要滿足精細(xì)化的管理服務(wù)需求，等等。

　　所以在建設(shè)體系之前，我們對數(shù)字化建設(shè)的需求進(jìn)行了梳理，首先確定一個(gè)最高的目標(biāo)，就是構(gòu)建面向自動(dòng)駕駛、精細(xì)化管理服務(wù)的特征數(shù)據(jù)集。

　　我們繼續(xù)思考，如果說基礎(chǔ)設(shè)施要支持自動(dòng)駕駛，基礎(chǔ)設(shè)施要實(shí)現(xiàn)哪些功能？需要提供什么樣的信息？例如需要提供地理信息，也就是國家立體交通綱要中指出的，打造高精度的地理信息系統(tǒng)。沒有這套系統(tǒng)，就無法實(shí)現(xiàn)超視距的感知，也無法實(shí)現(xiàn)車道級的路線規(guī)劃，自動(dòng)駕駛也就無從談起。

　　另外，路側(cè)端還要實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)駕駛車輛的信息交互，比如說對車輛的定位輔助，交通標(biāo)志標(biāo)線的視認(rèn)性優(yōu)化，交通環(huán)境的感知及道路狀態(tài)聯(lián)動(dòng)發(fā)布等等。

　　在對需求進(jìn)行多目標(biāo)多層次分析以后，我們根據(jù)分析的內(nèi)容，設(shè)計(jì)了一套公路交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化體系。

　　該體系可從全周期，全要素和全業(yè)務(wù)三個(gè)角度來闡述，比如從全要素的角度來看，在體系建設(shè)中，我們重點(diǎn)考慮的就是進(jìn)行要素的全覆蓋，如道路基礎(chǔ)設(shè)施、附屬設(shè)施、臨時(shí)設(shè)施、狀態(tài)信息等內(nèi)容；從全周期的角度來說，就是要從規(guī)劃，到設(shè)計(jì)，再到建造、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營，通過數(shù)字化的鏈條，把整個(gè)周期串聯(lián)起來；對于業(yè)務(wù)的應(yīng)用，我們不僅要支持全功能的應(yīng)用，還要對應(yīng)用的開發(fā)進(jìn)行梳理排序，比如面向自動(dòng)駕駛的應(yīng)用，我們可以放在10年之后再做，而對于我們現(xiàn)有的管理服務(wù)的內(nèi)容，就要優(yōu)先開展建設(shè)。

　　美國的數(shù)字化體系建設(shè)是在GIS的基礎(chǔ)上，我個(gè)人對這個(gè)方向比較贊同，但我們不能采用和他們一模一樣的方案，我們可以在BIM+GIS+三維掃描技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合其他的數(shù)字化技術(shù)，建設(shè)一個(gè)國產(chǎn)化的底層平臺，根據(jù)交通參與者的不同需求，按不同的層級加載到底層，形成整個(gè)的數(shù)字化體系平臺。

　　有了這樣的一個(gè)平臺以后，我們將來對設(shè)施的管理，對于交通運(yùn)營狀態(tài)的管理，以及對運(yùn)營車輛和人員的管理等等方面的智能化業(yè)務(wù)就便捷了許多，同時(shí)對車路協(xié)同，自動(dòng)駕駛等方面的服務(wù)也能提供強(qiáng)有力的支持。

　　數(shù)字化交通體系建設(shè)的最終目的就是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求實(shí)現(xiàn)數(shù)字化技術(shù)在交通行業(yè)中的應(yīng)用。我們分類別分析了數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)路徑，比如說空間屬性類中的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，不僅可以通過路側(cè)計(jì)算設(shè)施將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶詣?dòng)駕駛車輛，也可以通過高精度地圖的定位獲取節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)信息的數(shù)字化。總體來說，我們數(shù)字化體系還在不斷的構(gòu)建中，要形成一套完整的體系還需要一個(gè)漫長的過程。

　　對數(shù)字化發(fā)展的思考進(jìn)行總結(jié)，主要在以下幾點(diǎn)：

　　首先在數(shù)字化體系的建設(shè)上，我們采取的是分步走的戰(zhàn)略，先建成部分示范項(xiàng)目，從高速公路開始，建設(shè)高等級公路的數(shù)字化體系網(wǎng)絡(luò)，再慢慢的向其他等級的路網(wǎng)擴(kuò)展。另外我們也在考慮，由于路網(wǎng)的逐漸龐大，是不是要把農(nóng)村公路等低等級路也納入到體系建設(shè)中來？

　　第二就是正在進(jìn)行的公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化技術(shù)規(guī)范編制，以及數(shù)據(jù)需求強(qiáng)度的分級，是數(shù)字化建設(shè)工作的前提。希望通過信息化交通工程分會的平臺，能有更多的單位能夠參與到基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化建設(shè)中來，包括相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定，以及后續(xù)的示范工程的建設(shè)等等。

　　最后就是體系的建設(shè)要慢慢推進(jìn)，因?yàn)檫@是一個(gè)龐大的工程，我們不能一擁而上，在很多問題沒有想清楚之前，還是要慎重的推進(jìn)后續(xù)的建設(shè)工作。

　　未來的一段時(shí)間內(nèi)我們關(guān)注的重點(diǎn)大概就集中在上述內(nèi)容中，沒有數(shù)字化，智能交通相關(guān)一切內(nèi)容都無從談起。我今天的報(bào)告內(nèi)容就到這里，謝謝各位的聆聽。

　　作者簡介：汪林，交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院智能交通研究中心副主任，國家智能交通工程技術(shù)研究中心副主任，交通運(yùn)輸青年科技英才。主要從事智慧公路及大數(shù)據(jù)、自動(dòng)駕駛與車路協(xié)同、交通信息化等相關(guān)研究工作，曾主持多項(xiàng)國家及省部級智能交通重大課題研究工作。獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)及多項(xiàng)省部級獎(jiǎng)勵(lì)；獲得專利多項(xiàng)，其中發(fā)明專利7項(xiàng)；發(fā)表論文20余篇；合編出版物2本。