浅谈智慧高速公路建设和运营管理新技术

浅谈智慧高速公路建设和运营管理新技术

孙建国徐恒

中国水利水电第三工程局有限公司陕西西安710024

摘要：近年来智慧交通的发展在国家的支持和引导下，逐步发展，在交通运输部公布的智慧公路与新一代国家交通控制网试点省份中，各省都取得了相当的成果，智慧高速公路的建设也呈现出一些新的技术和新的管理方式，这些新技术和新的管理方式给高速公路的发展带来了前所未有的挑战和机遇。本文结合作者本人参与的国内某PPP模式建设智慧高速公路的实际，针对目前已具备或正在推广应用的新技术、新的管理方式，从企业投标阶段考虑，站在项目公司管理者的角度谈一谈对智慧高速公路的建设、运营管理方面的几点浅显的认识和理解。

关键词：智慧高速公路；PPP建设模式；运营管理；新技术

引言

智慧高速公路是智慧交通的重要组成部分，目前国内智慧高速公路正处于探索和发展阶段。交通运输部提出要加快推进综合交通、智慧交通、绿色交通和平安交通的发展。从“四个交通”发展要求来看，提出了“以信息化、智能化为牵引，推动现代信息技术与交通运输管理和服务全面融合”和“以信息化智能化引领提升交通运输管理效能”的更高要求。建设智慧交通要解决的是提升通行效率、保障通行安全的问题，智慧高速公路就是要让路网运行更安全舒畅、出行更便捷愉快、管理更高效智能、道路更绿色经济。

1智慧高速公路发展现状

在2014年全国交通运输工作会上，交通运输部党组提出要加快推进综合交通、智慧交通、绿色交通和平安交通的“四个交通”发展要求。2017年7月，交通运输部公布了一批智慧公路与新一代国家交通控制网试点省份，其中有8个省份被列入试点省份，分别为北京、福建、广东、河北、河南、吉林、江西、浙江。2018年2月，交通运输部办公厅再次下发通知，指出了各试点省份的六个方向，分别为：①基础设施数字化；②路运一体化车路协同；③北斗高精度定位综合应用；④基于大数据的路网综合管理；⑤“互联网+”路网综合服务；⑥新一代国家交通控制网，并明确了各省份承担的重点方向，同时指明了下阶段的工作安排，给智慧交通的建设和发展指明了方向。

2智慧高速公路的建设管理模式

目前，对于高速公路项目建设有两种路径：一是政府还贷收费公路模式，政府通过发行专项债券进行项目融资建设；二是采用PPP模式，引入社会资本通过商业银行等渠道开展项目融资建设。近年来国内PPP建设模式的发展得到了大力推广，随着高速公路投融资模式日益规范，越来越多的高速公路通过政府与企业合作（PPP）模式运作来降低政府债务，提高高速公路建管养运效率。采用PPP模式建设高速公路时，项目建设由政府指定的项目实施机构和选定的社会资本方共同组建项目公司，签订PPP项目合同，项目公司负责高速公路的投融资、建设、运营维护及管理本项目的特许经营权，特许经营权届满后，项目公司无偿将项目移交给政府或政府指定单位。其中项目合作周期一般较长，根据作者本人参与的项目建设规模来看，一般建设期为2-4年，运营期为20-25年（时间仅供参考，具体项目合作时间根据项目的不同有区别），运营周期较长，具有一定风险，企业社会资本方要想在整个建设周期内获得预期的回报，必须具备一定的技术实力和管理能力，不但需要较强的施工建设管理能力，还需要具备相应的高速公路运营管理能力，而运营管理能力的好坏一定程度上决定了项目的收益好坏。根据以往经验来看，一般满足条件的企业都具备项目建设的技术实力，但是在项目运营维护管理方面还有待提高，特别是对于一些新技术和新的管理模式方面，需要由专业的运营管理单位来完成。

3智慧高速公路建设运营管理方案

在PPP建设模式下的高速公路，由项目公司具体负责高速公路运营期的运营维护管理以及收费服务工作，这里说的建设管理方案也是站在项目公司的角度来考虑，简要描述。

3.1高速公路运营期管理对象及内容

高速公路运营期的管理主要是对道路、桥涵、隧道、收费站、机电设备、服务区、停车区、道路运行车辆、养护单位等物体与人员的管理。具体工作内容包括：收费管理、路产管理、养护管理、机电设备管理、应急保障、重大活动保障及停车服务区、停车区的管理等。

3.2智慧高速公路管理系统

站在项目公司的角度，为提高高速公路经营管理的效率，可采用一套“一平台、多系统”的智慧交通管理系统，提高效率降低成本。该系统包含高速公路综合管理平台；高速公路智能化收费系统；高速公路交通信息服务系统、高速公路智能化养护管理系统；高速公路紧急事件管理系统；高速公路智能化监控系统等。

通过高速公路信息化综合调度指挥平台监督管理工作进行细化，即把监督管理的工作分别安排到各部门及下属单位进行落实，由项目公司协调管理，实现点到面的管理。同时由各部门及下属单位通过多个业务平台获取的信息又可反馈到项目公司，便于统筹管理，这样又实现了由面到点的管理。通过面到点，点到面的结合，使运营管理工作能够更好地落到实处，实现信息化应有的价值。该系统可以将先进的信息技术、数据通信技术、电子控制技术和系统集成技术等有效的应用于高速公路的管理，从而加强车辆、道路、使用者三者之间的联系，形成一种安全、高效的运输系统。

3.3智慧高速公路综合管理平台

综合管理平台融合了高速公路收费、监控、养护、路政系统，建立各系统之间的互联互通，解决各系统信息孤立问题，实现信息共享与业务管理一体化，实现了对各类历史数据和实时数据的综合利用，以预案和流程管理的形式规范高等级公路现有的紧急事件管理机制，综合应用高速公路监控、收费、养护及其它紧急事件报警系统，并面向通行者提供相关的动态路况信息，预留了与社会相关部门的接口。该系统可提高高速公路运营和管理部门对内管理的效率和对外服务的水平。

3.4高速公路运营管理系统

（1）高速公路智能化收费系统

建设收费准确、快速通过的职能收费系统，可实现收费无人化、无感化、自动化、准确化、快速化、便捷化。如：①电子不停车收费系统（ETC）目前已成为国内高速公路收费的主流技术；②银行卡、微信、支付宝等支付系统，车主可以使用银联标志的银行卡、微信、支付宝进行通行费结算，绕开现金交易的诸多不便，即刷即走，减少在收费口的停车时间，加快通过速度。③自由流收费系统，该系统由车路通信系统、车辆检测定位系统、车辆图像抓拍系统、车牌识别系统组成，该系统可对自由行驶状态下通过该站点的安装有合法注册的电子标签的车辆进行车辆及车牌图像抓拍，按相应法规处理，可与交警的处罚统一实施。

（2）高速公路交通信息服务系统

以公众出行为主线，通过对出行前、出行中的公众提供各种交通信息服务。出行前信息服务包括：路况信息查询、气象信息查询、乘车路线查询、换乘信息查询以及个性化的电话叫车、预订旅行信息等服务。出行中信息服务包括：实时路况信息、动态路径诱导信息、车载导航信息、安全辅助驾驶信息等。旨在以多种形式为公众提供动态和综合性的交通信息服务，推出实时交通路况信息发布的服务，路况广播、路侧路况信息发布、手机订阅路况信息等多种信息服务方式。驾驶员根据交通信息、驾驶所需时间、交通事故和道路施工信息、车速和车道限制的信息、停车场的位置及车位空置状况的信息，能够选择避开交通堵塞的路线、缩短驾驶时间、满足驾驶员的行车需求，从容驾驶的优势，以提供舒适且安全的驾驶环境，提高道路交通的安全性和畅通性。

（3）高速公路紧急事件管理系统

高速公路各种紧急事件的发生是影响高速公路安全环境的重要因素，如何对这些事件在发生前进行及时预警、发生后快速响应、处理、救援是高速公路紧急事件管理的重中之重。把交通事件管理系统与其它系统进行集成，通过通信连接实现信息共享和互相配合，以达到整个交通运输系统高效、安全地运行。如通过路侧电子指导标志发出的黄色信号来警告驾驶员前方发生了事件，从而减少二次事故的发生。采用无人机巡查技术为紧急救援提供支援等。

（4）高速公路智能化监控系统

监控中心可以通过采集公路交通和气象等参数来实现交通数据自动检测、交通事件监测及报警和全程视频监视等相关技术手段的最有效结合。智能全程监控系统的实施，能够随时掌握不断变化的交通流，实现对全路段的有效监控，及时发现交通事件及异常情况，迅速采取有效对应措施，减少或避免交通阻塞、拥挤和事故的发生，使交通控制措施能够得到及时发布，减轻路政、养护、监控等人员的工作压力，保障高速公路的安全运营和畅通。

（5）高速公路智能化养护管理系统

养护管理工作要推广施工新技术、新工艺、新材料，要立足养护作业机械化、专业化，利用高科技检测技术促进高速公路养护智能化。建立预防性养护理念，通过大数据分析制定科学合理的养护计划。如高速公路路面养护管理系统、桥梁健康管理信息系统、隧道管理信息系统、机电设备管理系统、绿化管理信息系统、养护业务管理系统等。

4智慧高速公路新技术应用及展望

智慧高速公路新技术众多，如：互联网+、物联网、大数据、云计算、移动网络等的应用，都和智慧高速相关联，本文仅简单介绍几点。

4.1智能收费

（1）无感支付

无感支付是基于车牌识别的高速公路不停车互联网支付产品ITC技术，采用“车牌识别+手机APP”模式，自助绑定车牌和支付方式，实现出口车道无干预完成通行费支付的快速支付方式。无感支付通过移动互联网的方式进行收费，是对人工现金收费和ETC电子不停车收费的有效补充，集合了全支付和无感支付两项功能。其中全支付系统提供了聚合的支付通道，让用户可以自由选择微信、支付宝、银行卡、银联卡、远程代付等方式支付通行费。移动无感支付则更具便捷性，用户只要下载相关APP（如目前河北省推广的“尚高速”APP；云南省推广的“游云南”APP等平台），绑定车牌和支付通道，即可在出站的瞬间抬杆通行，缩短通过时间，实现无感、不停车、快速通过收费站。

（2）货车ETC

主要利用车辆自动识别技术，通过天线实现车道控制器与车载电子标签的数据交换，自动完成收费程序。针对货车设置带有自动称重并识别货车类型的ETC通道，提高货车通过效率。目前，河北省货车ETC首先在京张高速使用，下一步货车ETC将进入推广阶段，京昆、保阜、迁曹高速公路的4个收费站正在进行建设，即将在太行山高速公路推广货车ETC。

4.2智能充电、无人驾驶技术

在服务区设置快速充电桩，为过往的新能源汽车提供安全、环保、清洁、便捷的充电服务。未来高速公路还将全面支持自动驾驶，结合承载式高速光伏路面技术，随着电动汽车无线技术的配套，可实现电动汽车在此路段行驶过程中，一边开车一边充电的移动式无线充电，满足新能源电动车的续航问题，并基于高精度定位、车路协同、无人驾驶等综合接入系统，有望实现事故“零死亡”的愿景。目前，杭绍甬高速公路是中国首条“超级高速公路”，规划于2022年之前通车，届时将构建人、车、路协同系统，形成自动驾驶的条件。

4.3无人机巡查技术

无人机搭载高清数字化摄像头，可以对地面实时情况进行清晰地拍摄和录像，适用于在空中进行日常巡逻和路况采集任务。当高速公路发生交通堵塞、事故以及其他严重影响交通运行安全的情况下，无人机可以直接飞往事发地点，第一时间赶赴现场，并且从空中将现场的视频传输给道路指挥和调度中心。无人机还可以避开拥堵的车流和人群，可以直接降落到现场投送急需的物资和器具。

在日常工作中养护人员对桥梁下、高墩、边坡、危涯的信息采集显得非常困难，不但耗时费力且并不安全，采集信息的准确度也不高，极端恶劣气候时的冰冻，大雾，暴雨路面巡查工作更是充满挑战。通过无人机可以安全、高效的完成道路辅助设施排查、道面坑洼异物排查、桥梁及道路边坡排查等。

4.4BIM技术应用

随着BIM技术的应用成熟，建立一个基于3DGIS（地理信息系统）＋BIM（建筑信息模型）的项目全生命周期综合管理信息平台，开发移动端应用APP软件，形成高速公路项目管理技术标准和应用指南，实现高速公路项目建设的可视化、精细化、流程化、标准化管理。通过构建基于BIM技术及其转换算法兼容模型的三维可视化高速公路智能监控管理系统，利用BIM技术强大的三维可视化展示能力，通过动态数据附加技术实现可视化实时监控，达到状态信息与BIM模型联动的目的，最终实现高速公路智能化管理、仿真模拟及自动化巡检。

4.5其他技术体系

通过物联网、云计算、大数据分析等技术，逐步建立完善的基础设施监测体系、智能化的路网运行感知体系、可靠的通信资源保障体系、实时的预报预警体系、高效的应急保障体系和完备的出行服务体系，从而实现智慧管理和智慧服务、运营管理、应急管理，为公众出行提供更好的服务。

结语

智慧高速公路建设目前总体处于初级阶段，先行省份和试点省份主要在探索前行，虽然取得了一定成绩，但行业建设、管理经验仍然缺乏。虽然目前还没有统一的标准体系规范，但其行业发展方向基本明确，作为高速公路建设和运营管理参与者，应该从企业发展的角度，关注行业发展现状、动态和方向，在现有技术和管理的基础上，不断学习新技术和新的管理方法，从而在日新月异的行业发展中立于不败之地。

参考文献：

[1]高翠，徐丽，葛灵志，等．高速公路发展面临的困境与对策研究［Ｊ］．公路，2016，（10）.

[2]马璐，王少飞，刘久义，等.高速公路运营大数据应用需求与基本架构研究[J].公路交通技术，2017，33（06）：122~124.

[3]王虹.“互联网+”思维下的高速之路—聚焦智慧高速公路[J].中国交通信息化，2017（02）：20-24.