“公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化是未來(lái)智慧公路發(fā)展的方向及基礎(chǔ),我國(guó)公路的里程數(shù)已突破500萬(wàn)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?!苯煌ㄟ\(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(lái),智慧公路在我國(guó)得到了快速發(fā)展,呈現(xiàn)多點(diǎn)開花、百花齊放的態(tài)勢(shì),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(guó)建設(shè)、國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃等國(guó)家和行業(yè)布局的分析和解讀入手,介紹了新一代國(guó)家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)工程、交通強(qiáng)國(guó)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(duì)典型案例和重點(diǎn)領(lǐng)域工作要點(diǎn)的剖析,探討了未來(lái)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(shì)及內(nèi)涵
隨著“新基建”政策的出臺(tái),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(lái)說(shuō),在未來(lái)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(huì)圍繞基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化來(lái)展開。
2021年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》中提出,在2035年我國(guó)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(duì)路網(wǎng)管控水平的提升,對(duì)交通信息智能發(fā)布的優(yōu)化,以及相關(guān)的智慧平臺(tái)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(guó)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?!睂?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(yǔ)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(chǎng)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(duì)傳統(tǒng)公路交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)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(jí)。在前期的相關(guān)課題研究中,我們對(duì)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(yíng)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(duì)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(duì)不同的設(shè)施層次建立相適應(yīng)需求的數(shù)字化模型。對(duì)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(chǎng)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(tái)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(duì)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(duì)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(tái),有了數(shù)字化采集設(shè)備,有了交互平臺(tái),將來(lái)通過路側(cè)設(shè)備收集這些數(shù)據(jù)就會(huì)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。
02 國(guó)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(duì)國(guó)外的發(fā)展思路也進(jìn)行了參考。
美國(guó)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(cè)系統(tǒng)實(shí)用手冊(cè)》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(guó)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(tái)。
在此基礎(chǔ)上,2017年美國(guó)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(shuō)雙車道公路的路段寬度,如下圖所示,對(duì)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(guó)內(nèi)每年也會(huì)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(guó)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(jí)的階段。
歐洲方面,2013年,德國(guó)把交通建設(shè)和城市發(fā)展部更名為德國(guó)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(guó)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(lái)。
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(jí)。
在分級(jí)中可以看出,與國(guó)內(nèi)不同,它從前到后都沒有提及自動(dòng)駕駛的分級(jí),只是在高等級(jí)設(shè)施中提到了協(xié)作駕駛的概念,我個(gè)人對(duì)此也是比較贊同的。從基礎(chǔ)設(shè)施的角度來(lái)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(duì)美國(guó)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(tái),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(zhǎng)期使用國(guó)外的軟件和平臺(tái)進(jìn)行交通數(shù)字化建設(shè),對(duì)國(guó)家,對(duì)我們未來(lái)交通的發(fā)展都是一個(gè)很危險(xiǎn)的事情。對(duì)于這方面,我們還需要進(jìn)行一些國(guó)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(duì)核心數(shù)據(jù)進(jìn)行加密,否則一旦有突發(fā)的國(guó)際事件,將會(huì)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(guó)內(nèi)情況,我們也在不斷思考,怎么構(gòu)建國(guó)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(guó)現(xiàn)有高速公路里程為16.1萬(wàn)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?cè)谶M(jìn)行數(shù)字化體系的建設(shè)時(shí),可能也會(huì)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?cè)陂_展相關(guān)研究過程中,著重針對(duì)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(huì)發(fā)現(xiàn)有很多需求,比如說(shuō)要滿足路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)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(shí)別需求,以及將來(lái)面對(duì)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(duì)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(shuō)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(guó)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(wú)法實(shí)現(xiàn)超視距的感知,也無(wú)法實(shí)現(xiàn)車道級(jí)的路線規(guī)劃,自動(dòng)駕駛也就無(wú)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(shuō)對(duì)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(duì)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(lái)闡述,比如從全要素的角度來(lái)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(lái)說(shuō),就是要從規(guī)劃,到設(shè)計(jì),再到建造、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營(yíng),通過數(shù)字化的鏈條,把整個(gè)周期串聯(lián)起來(lái);對(duì)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(duì)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(duì)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(guó)的數(shù)字化體系建設(shè)是在GIS的基礎(chǔ)上,我個(gè)人對(duì)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(guó)產(chǎn)化的底層平臺(tái),根據(jù)交通參與者的不同需求,按不同的層級(jí)加載到底層,形成整個(gè)的數(shù)字化體系平臺(tái)。
有了這樣的一個(gè)平臺(tái)以后,我們將來(lái)對(duì)設(shè)施的管理,對(duì)于交通運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的管理,以及對(duì)運(yùn)營(yíng)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(duì)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(shuō)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??傮w來(lái)說(shuō),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(zhǎng)的過程。
對(duì)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(jí)公路的數(shù)字化體系網(wǎng)絡(luò),再慢慢的向其他等級(jí)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(jí)路也納入到體系建設(shè)中來(lái)?
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(jí),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(huì)的平臺(tái),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(lái),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(lái)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(wú)從談起。我今天的報(bào)告內(nèi)容就到這里,謝謝各位的聆聽。
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