文 / 东南大学交通学院/交通强国战略研究中心副主任、教授、博导 张健
9月5-6日，2024交通行业信息技术创新国产化改造关键技术研讨会在南京召开。本次研讨会由中国交通信息化·技术委员会、《中国公路》杂志社主办，《中国交通信息化》杂志、交通信创实验室承办。东南大学交通学院/交通强国战略研究中心副主任、教授、博导张健在研讨会上作了题为《高速公路与城市道路数字协同管控关键技术研究与信创应用》的报告。以下为张健的主要报告内容，《中国交通信息化》作了不改变原意的编辑及整理。
公路交通系统作为综合立体交通网络的重要组成部分，是支撑国民经济和社会发展的大动脉。现如今，我国公路基础设施的规模已经达到世界第一，公路交通系统客货运量大、服务人群广、行业占比高。截至2023年，全国公路里程达到535万公里，其中高速公路总里程达到17.7万公里。在当今数字化时代，信息技术已经成为国家发展的基石，随着安全问题的日益凸显，加快推进高速公路信息技术自主创新与国产化替代战略势在必行。
近年来，依照国家战略指引，中共中央 国务院印发《国家综合立体交通网规划纲要》，指出要推动城市内外交通有效衔接，加强城市周边区域公路与城市道路高效对接，系统优化进出城道路网络，推动规划建设统筹和管理协同。国务院印发的《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》提出，要强化综合交通网络有机衔接，加强干线公路与城市道路有效衔接，推进城镇密集地区干线公路过境段、进出城瓶颈路段升级改造。一系列政策、文件的发布对高速公路与城市道路、普通国省干道的协同问题开展研究具有重要的现实需求。
从行业发展需求来看，科学理论上，高速公路与城市道路的衔接段是两种异质特征属性交通流同质化过程的物理区域。如何通过交通组织与智能管控以实现异质交通流的快速、有序同质化，值得深入研究。而工程实际中，高速公路与城市道路的衔接段是严重交通拥堵的频发区，是高速公路治理服务和城市交通高质量发展中不可忽略的问题之一。目前行业内关于高速公路与城市道路衔接段的相关研究试点仍不成熟，无法满足实际发展需要。其中存在几个问题，一是衔接段定义不明确；二是衔接段延时、延误机理研究欠缺；三是协同管理缺乏理论支撑和有效手段；四是智能管控关键技术应用不成熟。解决这些问题，迫切需要从交通安全组织与通行效率方面开展研究，实现数字协同管控。
从地方建设需要来看，江苏中南部地区，高速公路与城市的衔接更加密切，而部分城际高速公路交通流已呈现出城市道路交通流特征，部分城市高速公路与城市的衔接类型多样，衔接区域情况复杂，交通状况亟待改善。
目前，高速公路和城市道路研究方面还存在一些问题，过于聚焦高速公路对城市道路的宏观影响，而高速公路和城市道路的相互作用机理研究较为匮乏。同时，在高速公路和地方道路的衔接方面，通过分析潜在的拥堵点、相应的评价指标体系和出入口的选取方法也尚未明确。那么需要针对高速公路大规模路网交通精准预测难题，研发基于机器学习的关键路段交通状态、车辆出行OD、出行路径的短时预测技术，并以关键路段为可靠约束，分析提取高速公路时间、空间特征进行，预测大规模路网的交通运行短时精准预测，支持高速公路交通拥堵的管控。
值得注意的是，基于深度学习方法，要对不同条件影响下的高速公路和国省道运行状态进行监测和短时预测，再基于主层次分析法对高速公路拥堵演变主要影响因素进行提取研究交通拥堵发生阈值条件，通过上游信息屏、APP等引导上游车辆，从而有效缓解交通拥堵。
基于快速的信息化发展手段和人工智能技术的进步，如今可以通过大数据支撑、大模型研发来分析优化高速公路时间、空间特性。东南大学提出了智能化管控策略，因地制宜地开展符合实地条件的通行效率提升措施，为措施落地提供理论支撑。客观分析道路条件及特征，合理应用智慧扩容技术，通过大数据积累进行机器的学习，通过监督学习来真正达到一定程度的人工智能，通过大模型的构建来提升辅助决策能力。
一种方式是开放硬路肩，硬路肩的主要功能是应急车道，但在某些时刻可作为临时车道通行。在高峰时段或交通事故导致的堵塞情况下，有条件地开放硬路肩可以增加道路通行容量，缓解交通压力；增加车道数量可以加快车辆的通过速度，提高整体交通流的效率；同时，在紧急情况下，例如自然灾害或重大事故，硬路肩的开放可以作为快速疏散的临时措施。
另一种是根据不同时间段的交通需求，动态改变车道的用途。例如将普通车道临时改为公交专用道、合乘车专用道或紧急车辆专用道，可以在不同时间段充分利用道路资源，提高通行效率。同时，动态专用道有助于在交通高峰期减少拥堵。通过实时调整这些专用道，可以增强交通系统的灵活性和应变能力，从而更高效地应对突发事件，如事故或恶劣天气等。
从数据管理平台到应急系统的建设，再到路径动态诱导方法等，都与信创工作息息相关。针对高速公路上的应急情况或交通事故，如何迅速将信息通过公安交警发布一直是研究的重点。交通事件应急联动与协同管控体系旨在及时分析交通事故触发过程与交通流运行特征之间的关联，梳理全网各类交通事故易发敏感点，并研究典型事故的诱因。这一体系将揭示交通事故的发生、发展和消散规律，量化交通事故对交通流的影响及诱发次生事故的概率，构建路网交通事故影响分级量化指标体系，实施重点区域动态监控，从而为高速公路的交通事件监控与预判、交通事故应急管理提供理论依据，支持高效应对突发交通情况。
路径诱导与可变交通组织依托信息网络，为拥堵节点提供全局视野解决方案，需要大量智能交通基础设施的支持。一旦判识到路段严重拥堵或即将拥堵，系统将通过上游信息屏、移动端APP等多种方式立即发布信息，精准主动诱导上游车流选择相对畅通的路径。这种灵活的诱导机制有助于缓解交通压力，提高整体通行效率。
2.4.1 高速公路与城市道路交通数据的实时交互共享与信息发布机制和方法研究
一是构建横向跨部门综合信息发布机制。基于现有的交通部门（如公安、交通、路政等）信息发布终端，与相关公司（如互联网企业、车企等）合作，开展信息发布媒介和内容的横向对接设计，建立“一路多方”联勤联动机制。
二是构建纵向按流程综合信息发布机制。启动定制场景式联动控制发布的试运行；结合信息发布原则和试行效果，明确各类信息的发布内容、分级、形式、有效时长和播放形式，从而在特定场景下构建跨部门的统一发布规则的信息共享机制。
三是建立协同联动发布运行保障体系。定期更新敏感词库，汇总纠错已发布的临时信息，并基于驾驶者和市民的反馈进行定性评估，同时对交通流的基本参数进行定量评估，确保信息发布的准确性和有效性。
2.4.2 高速公路与城市道路衔接段的交通组织策略
(1) 衔接段突发事件应急联动体系建设
一是要建立联动体系。明确各部门工作职责，实现交通、公安、应急、消防、省管高速等部门高效协同；建立多部门信息共享平台，实现交通运行情况及事故信息实时共享；制定应急处理流程，包括事件报警、快速响应和资源调配，重点建立资源协调机制。
二是要提升智能水平。多部门数据实时共享平台，利用物联网、云计算、数据挖掘等技术方法，实现交通数据实时获取、准确共享、智能分析；智能应急决策支持系统是用来利用机器学习、人工智能等技术，实现突发事件实时监测、预测、评估与智能决策。应急资源智能管理调度系统是利用物联网等技术，进行应急资源智能管理及优化调度，实现资源快速响应、协同运作。
(2) 交通拥堵下应急协同引导技术及流程研究
交通拥堵下应急协同引导技术及流程研究分为纵向快速信息响应和横向应急处置协同两部分。
纵向快速信息响应是指先要根据事件类型、频率、严重程度、发生规律，对常态拥堵及突发事件进行归纳分析，便于预测和应对。分析后建立响应机制，考虑事件发生的严重程度、可控范围和影响区域划分不同的响应级别，确定各级别的响应措施和责任主体。随后上报发生事件，通过利用传感器、监控摄像头等技术手段，及时采集交通事件相关数据，以便准确评估事件情况和决策应对措施。最后进行事件响应处置，通过可变信息标志、可变限速标志发布调控信息，根据实时事件的具体情况实时调整。
横向应急处置协同是指在事件发生后的最初阶段快速处置，包括紧急救援、现场安全控制、人员疏散等。事件初步得到控制后，及时收集相关数据，进行情报研判和风险评估，及时上报相关部门。随后根据情报研判结果，启动应急响应预案，各单位协同制定处置方案，进行进一步处置。突发事件解决后进行评估总结，分析应急处置过程中各部门的优点和不足，提出改进意见和措施，为类似事件提供经验借鉴。
过去20年间信息化革命使数据变得至关重要，“数据冷战”已成为当今时代的战略焦点，其范围和复杂程度均远超以往。公路行业信息系统与交通运输相关部门、银行及互联网等连接，有多个网络接口，随着业务范围的扩大、网络结构复杂及多样化、第三方数据的共享使得公路行业信息系统面临更为严峻的安全风险。在数字经济时代，信创是国家统筹发展和安全的需要，有助于实现科技自立自强，破除关键技术“卡脖子”风险隐患，保障交通等关基行业数据安全，筑牢国家安全屏障，是一项必须做且长期持续做的工作。因此，交通行业自主可控政策陆续落地，提出重要软硬件设备国产化采购、应用，加快突破相关核心技术等要求，要求到2027年央企国企100％完成信创替代。
此前，交通运输部发布了《公路水路关键信息基础设施安全保护管理办法（中华人民共和国交通运输部令2023年第4号）》，财政部、交通运输部联合印发了《关于支持引导公路水路交通基础设施数字化转型升级的通知》。现如今，信创工作已经进入2.0阶段，相较于1.0阶段，具有三点不同。一是从单点突破转变为整体突破，将点进行串联；二是从不强调国产产品技术全栈支持到强调全栈支持，实现生态建设；三是从强调替代到不仅是替代，还要有技术或应用上的突破与创新。
基于此，信创产品现如今需要满足两个条件，一是要实现产品的自主可控，二是要融入国产信息技术生态，并全栈适配。当前公路沿线布设的机电设备规模庞大、厂商众多、品牌各异。大部分机电设备不具有自检测、自诊断等功能，其运行维护手段单一，过分依赖人工或半人工运维模式，缺少智能化的手段和方法。
因此，在操作系统方面，可尝试基于OpenHarmony打造面向公路终端的自主可控物联网操作系统，一套系统实现所有机电设备互联，打破系统间信息孤岛。OpenHarmony 是由开放原子开源基金会（工信部业务主管单位）孵化及运营的开源项目，为不同设备的智能化、互联与协同提供了统一语言，实现一套系统覆盖大大小小的设备，一套协议让不同设备数据共享，打破“七国八制”现状，让公路终端、运营人员、机电系统之间安全可信的互联互通和智能协作。在硬件方面，麒麟、鲲鹏、紫光集团、海思、黑芝麻等企业的国产芯片已逐步应用于智能网联汽车控制和计算系统，高速公路收费、监控和通信系统。而莱斯、感动等企业研发的工控机等相关设备已逐步应用于交通控制领域，为云收费、无人物流配送、网联协同控制等新型领域提供了技术支持。
如今，高速公路与城市道路数字协同管控的研究还面临着许多机遇与挑战。譬如在技术标准方面缺乏标准化的系统架构平台，数据接口、通信协议要统一标准，才能降低后期系统适配的时间和经济成本；高速公路与城市道路数字协同管控涉及的交通信创产品很多，涵盖“感知-传输-存储-计算-管控”等多个环节，单点与系统整体的成本控制和稳定性仍需关注，适用高磨损低成本的硬件基础设施产品进一步提高质量；同时，信创建设需要投入大量资金，涉及投资主体不同，上下游产业链长，生态体系庞大，需要系统性推进信创工作。
交通行业信息技术创新国产化是进行时、是行业自主可控水平提升的抓手，高速公路、城市道路自身及两者协同的数字管控均需设备与系统国产化，城市道路交通管理信创相对更成熟，高速公路营运三大机电系统信创应“先立后破”。改造与创新并举，其根本在质量，关键在需求，应引导高速公路与城市道路数字协同管控技术和投融资模式创新，细化数字协同管控交通信创设备研发方案，充实技术专家和战略科学家团队，加强各个阶段数字协同管控交通信创国产化研发的跟踪指导、评估总结，研究试行出台相关优惠政策，鼓励社会资本投资数字协同管控设备国产化，以高速公路与城市道路数字协同管控技术创新和场景需求牵引公路行业信创能力提升，为建设交通强国提供坚实的安全保障。
来源 | 2024交通行业信息技术创新国产化改造关键技术研讨会
