一、智能網(wǎng)聯(lián)與大數(shù)據(jù)時(shí)代智慧公路內(nèi)涵
對(duì)智慧公路的理解
智慧公路現(xiàn)在是一個(gè)新名詞，過去經(jīng)常談?wù)摰闹腔劢煌?，現(xiàn)在也作為一個(gè)專門的名詞，智慧公路每個(gè)人都有不同的理解，雖然官方有官方的說法，但我想結(jié)合同仁的一些思考，認(rèn)為它是一個(gè)借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能這些新一代信息技術(shù)，以人車路環(huán)境的全面精準(zhǔn)感知智能決策為核心，通過人車路互聯(lián)與協(xié)作，構(gòu)建可實(shí)現(xiàn)協(xié)同管控與創(chuàng)新服務(wù)的公路系統(tǒng)?，F(xiàn)在這一代的智慧公路，是在新技術(shù)，特別是信息技術(shù)和人工智能的推動(dòng)下帶來的管控，是傳統(tǒng)管控的全面變革。
（1）感知能力
具體而言，過去智能交通有感知層、傳輸層、決策層、應(yīng)用層等等，但在新的時(shí)期，每一層都有新的變化。比如說感知能力，傳統(tǒng)的智能交通手段比較單一，都是在路側(cè)裝一些固定的交通流設(shè)施，比如微波檢測(cè)器、視頻檢測(cè)器等等。而且感知參數(shù)相對(duì)比較單一，都是一些交通站，很多都是交通流的感知參數(shù)，而且因?yàn)槭枪潭c(diǎn)，覆蓋范圍比較有限，往往是在關(guān)鍵路段布設(shè)，視頻也不是全網(wǎng)覆蓋的。而在網(wǎng)聯(lián)時(shí)代，智慧公路的信息采集就多元了，甚至擴(kuò)展到公路以外，公路上的視頻、etc收費(fèi)，也可能為未來數(shù)據(jù)采集手段提供新的渠道。還有眾包數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)簽到數(shù)據(jù)，手機(jī)信令等等通信數(shù)據(jù)，相信5g作為通信模式給大家提供服務(wù)的同時(shí)，也為產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)源。這些數(shù)據(jù)源不僅是對(duì)車、人監(jiān)測(cè)，對(duì)自動(dòng)駕駛和智能車輛發(fā)展也有很大作用，同時(shí)有利于感知系統(tǒng)的提高，比如駕駛行為、車輛性能、能耗排放，還有車輛級(jí)的定位。交通流除了傳統(tǒng)的車速交通量以外，還有一些事件的檢測(cè)，道路運(yùn)行，天氣環(huán)境，基礎(chǔ)設(shè)施的全面檢測(cè)。特別是人的檢測(cè)，它可以知道全過程全路徑，為后面進(jìn)行動(dòng)態(tài)的源頭需求調(diào)控提供了一個(gè)很好的基礎(chǔ)。
（2）傳輸能力
以前都是單向傳輸，后臺(tái)匯聚，出現(xiàn)信息不對(duì)稱，出行者不知道全局的信息，而管控者也未必知道，剛才說每個(gè)人的需求。在新的時(shí)期是雙向傳輸，且信息共享、對(duì)稱，這樣就形成人車路多方協(xié)作的機(jī)制。比如說進(jìn)行分流誘導(dǎo)，大家可以進(jìn)行合作的模式，可以借助etc的動(dòng)態(tài)收費(fèi)調(diào)整，誘導(dǎo)大家進(jìn)行路網(wǎng)的均衡。過去傳統(tǒng)的傳輸帶寬的速度有限，現(xiàn)在帶寬速度大大提升，對(duì)于安全、娛 樂的服務(wù)包括自動(dòng)駕駛的場(chǎng)景，都提供了新的可能。
（3）管控決策能力
在進(jìn)一步感知和傳輸能力基礎(chǔ)下，管控決策的能力也得到了大大的提升，特別是現(xiàn)在云計(jì)算等計(jì)算能力的提升。在傳統(tǒng)的智能交通里面，因?yàn)樾畔⒉蝗?，?jì)算能力有限，往往是監(jiān)而不控，或者是局部的路網(wǎng)實(shí)現(xiàn)輔助人工的控制。但是未來可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的可監(jiān)可控，因?yàn)槭请p向的傳輸，信息指令可以發(fā)送至每一輛車，所以能控制交通流每一個(gè)車輛，而且控制范圍，過去是局部的路段，未來可以全網(wǎng)分流的控制。模型驅(qū)動(dòng)的，離線的預(yù)案式的調(diào)控措施，未來隨著動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的接入和計(jì)算能力的產(chǎn)生，就可以用多元的數(shù)據(jù)加上模型，模型驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，兩層驅(qū)動(dòng)的決策模型，以及云計(jì)算和邊緣計(jì)算結(jié)合協(xié)同能力，這樣計(jì)算能力大大提高反應(yīng)能力。
過去是單智能體決策，后臺(tái)作為管理中心，進(jìn)行路網(wǎng)的感知調(diào)動(dòng)和控制能力。未來是多智能體的決策，不僅后臺(tái)匯聚每個(gè)路側(cè)單元和每個(gè)車載單元，同時(shí)可以進(jìn)行決策，這樣可以集中控制單個(gè)智能車輛自主決策能力結(jié)合，后面還需要有很多模型，來解決個(gè)體最優(yōu)和系統(tǒng)最優(yōu)怎么協(xié)同的問題。過去的決策能力固化，一旦決策之后很長(zhǎng)時(shí)間不變了，包括預(yù)案的形成。未來隨著人工智能的發(fā)展，這個(gè)方法是可以自動(dòng)學(xué)習(xí)的，像掃地機(jī)器人一樣，可能一開始第一個(gè)方案不行，但是會(huì)不斷地學(xué)習(xí)和更新，具有自學(xué)習(xí)的能力。當(dāng)然，未來的邊緣云和中心云進(jìn)行協(xié)同計(jì)算，可以提供半分布式的計(jì)算服務(wù)，可以滿足實(shí)時(shí)性和復(fù)雜的計(jì)算能力的需求，這都是通信技術(shù)和計(jì)算能力的技術(shù)帶來的新變化。
（4）服務(wù)能力
服務(wù)能力也有一些全面的提升，過去是面向公眾的基本服務(wù)，包括數(shù)字廣播、大屏廣播，都是實(shí)現(xiàn)無差異的，或者是即到即享，我到了這條路上，才能得到提醒的服務(wù)，或者是無差異的，但并不是你所急需的信息。而未來，信息傳遞的范圍在延展，交互性也在不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)服務(wù)模式創(chuàng)新，提供個(gè)性化、定制化、門到門全鏈條服務(wù)。就是說公路是一個(gè)載體，但是在這上面的人，提供他所利用這個(gè)公路的吃喝玩樂的，一條龍的服務(wù)，而且更多是定制化的服務(wù)。
二、智慧公路泛在管控創(chuàng)新場(chǎng)景及效果評(píng)估
1、管控目標(biāo)及面臨問題
實(shí)際上對(duì)于智能管控來說，最終的目的無非就是剛才說的效率提升，這是第一目的，當(dāng)然安全按道理來說是最重要的目的，和節(jié)能減排和通行有密切的關(guān)系。今天從通行效率提升和安全兩方面結(jié)合給大家做一個(gè)介紹。目前的高速公路不高速，應(yīng)急應(yīng)變能力差，安全風(fēng)險(xiǎn)高，都是大家經(jīng)常吐槽的事情。根本的原因，實(shí)際上就是供需矛盾，路上車流量大，道路通行能力有限，特別是在雨雪天或者是事故發(fā)生的時(shí)候，通行能力就進(jìn)一步的折疊。另外有一些服務(wù)瓶頸，比如說收費(fèi)站或者是高速路出口，通過效率低，設(shè)了etc可能有一定的緩解。隨機(jī)性的干擾，車輛亂變道，事故高發(fā)。
2、場(chǎng)景1——公路泛在控制誘導(dǎo)一體化（交通需求三級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)控）
比如說供需矛盾方面，大家都知道道路通行能力是給定的，而且它符合拋物線的規(guī)律，比如說隨著流量的增加，達(dá)到最高的流量的時(shí)候，就開始衰減，所以說變成了流量反而下降，需求量增長(zhǎng)，但是流量下降。由此怎么調(diào)控這個(gè)流量，不讓交通流量浪費(fèi)，又不因?yàn)榱魅脒^多的流量造成這樣的瓶頸或者是擁堵，造成能力的下降。
過去的調(diào)控主要是一些匝道控制，駛?cè)肓髁康谝粚哟蔚目刂?，我們后面提出來多層次的控制，多?jí)控制。
（1）匝道控制場(chǎng)景
往往根據(jù)路段的運(yùn)行情況，通過匝道，就可以動(dòng)態(tài)調(diào)控駛?cè)氲牧髁?。通過仿真做分析。僅僅是控制流量，有時(shí)候在高速公路很難完全行得通，因?yàn)楫吘?，又不是大雪封路，大家不能進(jìn)入，這很難做到，城市里面可能還好一些，公路里面很難做到，但是我們可以通過動(dòng)態(tài)的線索達(dá)到類似的目的，因?yàn)樗俣群土髁渴怯邢嚓P(guān)性的，根據(jù)下游的通行能力的情況，包括在雨雪天的情況，我們來推算出來是可以進(jìn)入，這樣一個(gè)合理的流量情況，也就相應(yīng)地合理的動(dòng)態(tài)情況，可以利用大屏發(fā)布限速信息，調(diào)控進(jìn)入下流的流量情況，達(dá)到流量限制的作用。
（2）路段速度控制場(chǎng)景
因?yàn)楝F(xiàn)在可以做到全路網(wǎng)的感知，以及面向?qū)Ш降膫€(gè)性化的服務(wù)，就可以不僅用上面的誘導(dǎo)屏，和車載端或者是app導(dǎo)航，做一些分流的服務(wù)。未來隨著etc的車載端未來的功能的提升，這些功能做一個(gè)延伸的考慮，實(shí)際上也是可以的。
（3）路網(wǎng)誘導(dǎo)分流
當(dāng)然了任何的效果都需要進(jìn)行仿真去驗(yàn)證效果如何，包括調(diào)控多少流量需要前面幾個(gè)上游節(jié)點(diǎn)去分流，而且分流的時(shí)候還要考慮到有多少人遵從，多少人不遵從，這個(gè)效果可以用仿真進(jìn)行實(shí)時(shí)在線的推演。
3、場(chǎng)景2——車輛編組行駛及專用道共享，提高通行能力
剛才說到是一個(gè)分級(jí)流量的情況提高通行能力，第二個(gè)場(chǎng)景，怎么去實(shí)實(shí)在在地提高通行能力，現(xiàn)在隨著自動(dòng)駕駛和智能網(wǎng)聯(lián)的發(fā)展，未來車輛進(jìn)行編組式的發(fā)車，甚至自動(dòng)駕駛因?yàn)榭梢员３职踩珪r(shí)距。如果說未來隨著技術(shù)不斷的提高，可以適當(dāng)減少安全時(shí)距的話，都有可能提高通行的能力，進(jìn)而也可以減少油耗，但是如果實(shí)現(xiàn)，究竟需要多少輛車進(jìn)行編組，什么時(shí)候駛?cè)牒婉偝觯@是需要后臺(tái)進(jìn)行策略制定的，或者通過計(jì)算進(jìn)行這樣的決策支持，也可以通過仿真模型構(gòu)建，進(jìn)行策略的設(shè)計(jì)。
比如說在匝道匯入等等這樣的情況之下，車輛怎樣按照不同的比例重組，長(zhǎng)距離和遠(yuǎn)距離從哪一個(gè)出口出，怎么樣讓他提前變換車道，這些都可以進(jìn)行仿真決策。在里面具體仿真的話，傳統(tǒng)的交通流的仿真和新時(shí)代的網(wǎng)聯(lián)的時(shí)代，自動(dòng)駕駛和編組發(fā)車，變道行為都有一些變化，這也需要理論和仿真技術(shù)的支持。
4、場(chǎng)景3——事故點(diǎn)或施工區(qū)路段預(yù)警，提高局部通行能力
大家經(jīng)常見到一些高速公路，一旦發(fā)生了事故車輛，后面的車往往是提前不知道的，快接近他的時(shí)候，甚至接近它的時(shí)候，才發(fā)現(xiàn)前面有故障車輛，近鄰的車道變不過去的時(shí)候，就只能等在那，都等在那就形成了排隊(duì)，如果沒有及時(shí)停車，就會(huì)撞車了，或者是發(fā)生串車事件，就是剛才說的連環(huán)相撞的。因此如果能夠用現(xiàn)在的新技術(shù)，在廣域的范圍內(nèi)了解前面有事故發(fā)生，提前變道，剛才說了既可以提高通行能力，也可以減少連環(huán)相撞的事故發(fā)生。這里面就需要我們決策，不光是怎么樣實(shí)現(xiàn)通信，我們還要知道應(yīng)該提前多少米告知后車，當(dāng)然這里面用了一些不同的換道模型和跟車模型了。就是在什么樣不同的提示點(diǎn)位置和不同的車間距變化，成功換道的概率是多少和車速關(guān)系是什么樣，這是非線性的過程。這樣就可以知道，我們?cè)谔崆岸嗌倜赘嬷臅r(shí)候，一方面道路的通行能力得到最大的保障，另外一方面時(shí)間也會(huì)得到保障。
5、場(chǎng)景4——道路安全風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估及管控
過去我們對(duì)于安全的防控，特別是這段時(shí)間連著出了幾個(gè)大事故，大家也都知道。但是過去還是缺乏一些人車路綜合感知，包括對(duì)違規(guī)車輛的追蹤。未來感知技術(shù)大大提高，可以去利用車輛在途車輛的隨機(jī)點(diǎn)，比如說在走的過程中，事故是隨機(jī)發(fā)生的，但是有的時(shí)候，是在合流區(qū)分區(qū)或者在一些固定風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的時(shí)候發(fā)生的，可以根據(jù)不同的情況設(shè)計(jì)參數(shù)。人車路環(huán)境應(yīng)該采集什么參數(shù)，可以進(jìn)行一些設(shè)計(jì)。
這些就需要看一下比如說指標(biāo)，比如說對(duì)人的指標(biāo)，包括車的指標(biāo)，這是需要人和車共同聯(lián)合判斷的，比如說加減速、平緩變道、壓線行駛、疲勞駕駛、車道偏離他們應(yīng)該達(dá)到什么情況下進(jìn)行預(yù)警。
比如說在不同路段上的速度，現(xiàn)在不是固定限速的，但是跟道路限行有關(guān)系，跟天氣有關(guān)系，包括跟載重的高度有關(guān)系，車高車重都有關(guān)系，通過聯(lián)合分析，可以知道最佳限速值。另外像隨機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)然就可以利用現(xiàn)在不僅是智能車輛的監(jiān)管，另外一方面，特別是對(duì)于運(yùn)營(yíng)車輛，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重的危險(xiǎn)行為的時(shí)候，可以通過后臺(tái)控制它，控制這個(gè)車，讓它減速或者是轉(zhuǎn)移到應(yīng)急車道進(jìn)行行使。
這些固定點(diǎn)，到高速公路里面合流區(qū)、分流區(qū)、施工區(qū)，也都是一些典型的預(yù)警地方，這些預(yù)警地方，通訊的方案怎么設(shè)計(jì)，誰告訴誰信息，數(shù)據(jù)流誰傳遞給誰，內(nèi)容應(yīng)該傳遞什么樣的消息，在什么時(shí)間點(diǎn)傳遞，傳遞的閾值什么樣，這也需要后臺(tái)精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)。這是原來做的一些東西。
當(dāng)然了像這些效果，也是需要提前進(jìn)行仿真的，現(xiàn)在大家說花那么多錢建智慧公路到底效果有多少，到底減少了安全事故的發(fā)生，效率提升了多少，都可以通過仿真做的，比如說剛才講的合流區(qū)的，主路的停車，大車的混入、主路的大流量或者是主路快車，可能都有分別的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，我們?nèi)绾位?，最后的效果怎么樣，都可以仿真得出來?br>
因?yàn)楝F(xiàn)在是全面感知全路網(wǎng)給老百姓提供出行的安全信息，都是更多發(fā)布的路況擁堵的信息，未來也可以做路段的交通安全的評(píng)估，告知哪些路段是風(fēng)險(xiǎn)的，是不是可以避開這些風(fēng)險(xiǎn)的路段，這些可以根據(jù)采集到的，比如說速度的方差，加減速的分布還有車輛間距，大車混入率，等等這些參數(shù)來評(píng)估不同路段的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而告知出行者。
6、場(chǎng)景5——道路全息泛在感知及智慧決策
未來對(duì)我們的決策能力提出了很高的要求，這個(gè)就跟剛才說的智慧公路大腦，先感知再評(píng)價(jià)，再致因分析，再提出對(duì)策和決策，這樣的全鏈條，從而改變過去檢而不控的結(jié)果。包括方案實(shí)施之后，通過現(xiàn)在的自學(xué)習(xí)還可以進(jìn)行效果的反饋和修正調(diào)整。這里面比如說感知，未來的變化，實(shí)際上我相信每個(gè)人在下面都有困惑，需要在什么地方安裝感知器，不能說哪個(gè)省份有錢，哪一條路有錢就鋪傳感器，但是實(shí)際上就造成了很多浪費(fèi)，有些引起了重疊。首先要知道安裝傳感器的目的是什么，需要采集什么樣的參數(shù)，采集的參數(shù)是為了提高管控的還是提高安全性還是運(yùn)營(yíng)效率的。這些我們可以做一些功能和信息需求，以及新技術(shù)下感知能力的提供，進(jìn)行一些耦合性的分析，運(yùn)營(yíng)監(jiān)控，突發(fā)事件監(jiān)控或者是沿線狀態(tài)感知，以及信息的傳輸性安全，或者是一體化信息發(fā)布，不同的目的，我們需要什么樣的信息，而且精度要求什么樣，比如說導(dǎo)航的數(shù)據(jù)的精度和路側(cè)的精度能相比嗎？肯定是不能相比的，但是它有優(yōu)點(diǎn)，可能有廣域的優(yōu)點(diǎn)，不同的需求要求不一樣，對(duì)于時(shí)間連續(xù)性不一樣，對(duì)于空間連續(xù)性要求都不一樣，根據(jù)這些分析，我們知道路網(wǎng)上，知道在什么地方部署什么樣的采集器，獲取相應(yīng)的參數(shù)。
未來etc收費(fèi)之后，也可以作為一個(gè)新的采集點(diǎn)，可能對(duì)于未來全面采集的方式也會(huì)有很大的變化，布設(shè)什么樣的設(shè)備，采集什么參數(shù)，我們也要知道，我們剛才說在什么地方安裝，剛才需要路段之間的相關(guān)性分析，比如相鄰的路段，都不重新鋪設(shè)了，做一個(gè)相關(guān)性的分析，當(dāng)然還有一個(gè)數(shù)據(jù)的修復(fù)和補(bǔ)足，很多傳感器，包括交調(diào)的數(shù)據(jù)很多是不可用的數(shù)據(jù)，質(zhì)量很差。未來需要進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制，包括在線的修復(fù)補(bǔ)足，才能支持真正的應(yīng)用，否則的話智能管控肯定是空談，因?yàn)槟銢]有堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
當(dāng)然了做交通流預(yù)測(cè)也是關(guān)鍵的，因?yàn)檫@個(gè)既然要監(jiān)控必須實(shí)時(shí)的感應(yīng)，去進(jìn)行未來的交通流的預(yù)測(cè)，通過深度學(xué)習(xí)可以進(jìn)行短時(shí)的預(yù)測(cè)。當(dāng)然還有致因的分析，發(fā)現(xiàn)擁堵最終的目的是要知道原因是什么，是因?yàn)槭鹿拾l(fā)生的還是因?yàn)榇罅髁堪l(fā)生的，還是因?yàn)槭裁礃影l(fā)生的，需要通過大數(shù)據(jù)挖掘進(jìn)行致因的分析。當(dāng)然最后是方案的生成，各種模型驅(qū)動(dòng)、優(yōu)化驅(qū)動(dòng)也好，都需要模型生成，輸入一個(gè)在線仿真平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而再進(jìn)行一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)估，最后進(jìn)行一些反饋等等。
三、展望：智能網(wǎng)聯(lián)交通系統(tǒng)將迎來黃金時(shí)代
未來隨著智慧公路特別是無人駕駛的發(fā)展，還有一些硬件感知的發(fā)展，我們叫車網(wǎng)聯(lián)的全新時(shí)代，特別是隨著5g和高精度地圖的推廣，車路，包括人車的協(xié)同控制，也是飛速發(fā)展，也成為解決智慧公路里面很多的問題，這樣提供一些新的途徑，這里面大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)，也是作為一個(gè)支撐技術(shù)，承擔(dān)著很大的責(zé)任。未來可能智慧公路建設(shè)，為了它的真正落地能發(fā)揮效果，應(yīng)該進(jìn)一步開展相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，提升評(píng)估效用的效果，多方協(xié)作，使公路更為智慧智能，為百姓提供更好的服務(wù)。