西南交通大學(xué)劉曉波：智慧高速的應(yīng)用場景應(yīng)該讓出行者和運(yùn)營方同時(shí)獲利

其中，西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院院長劉曉波重點(diǎn)從智慧高速的場景建設(shè)、數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用等角度進(jìn)行了分享。

在談到應(yīng)用場景時(shí)，劉曉波提出，智慧高速公路的應(yīng)用場景在實(shí)現(xiàn)上有一個(gè)瓶頸，在提升出行者安全與效率的同時(shí)，也要考慮到讓道路運(yùn)營方獲得收益。只有保證道路運(yùn)營方和使用者互惠的應(yīng)用場景，才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，否則會(huì)始終處于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目階段。

劉曉波列舉了一個(gè)服務(wù)大貨車的應(yīng)用場景：如果智慧高速能夠充分利用服務(wù)區(qū)，做好貨車的組隊(duì)、甩掛等智慧運(yùn)輸與物流服務(wù)，可以改善中國2500萬輛貨運(yùn)車輛的運(yùn)營效率問題，同時(shí)為智慧高速公路帶來效益。

實(shí)時(shí)數(shù)字孿生是智慧高速的一項(xiàng)重要技術(shù)。劉曉波表示，針對(duì)高速公路基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字孿生技術(shù)有三大關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即感知、識(shí)別和判斷。通過對(duì)這三個(gè)環(huán)節(jié)的功能開發(fā)，找到它們內(nèi)在的規(guī)律并能對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施與交通流的演變機(jī)理實(shí)現(xiàn)數(shù)字解析，就能解決其全生命周期關(guān)鍵環(huán)節(jié)的關(guān)鍵問題。

感知系統(tǒng)是數(shù)字孿生技術(shù)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，是整個(gè)孿生系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。感知的信息通過對(duì)道路設(shè)施全要素的靜態(tài)數(shù)字重構(gòu)，與對(duì)載運(yùn)工具實(shí)時(shí)交通狀態(tài)的動(dòng)態(tài)數(shù)字重構(gòu)，構(gòu)成了智慧高速建設(shè)的基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)的是對(duì)數(shù)據(jù)本身的獲取、傳輸與保存，與對(duì)數(shù)據(jù)的挖掘與分析。智慧高速的應(yīng)用場景，對(duì)于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求都很高。如果能把不同的交通要素的大數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合起來，就能夠發(fā)揮出數(shù)字孿生在智慧高速的功效。

高速公路動(dòng)輒成百上千公里，所處位置又遠(yuǎn)離市區(qū)，養(yǎng)護(hù)工作是讓高速公路企業(yè)一直頭疼的“老大難”問題。關(guān)于這點(diǎn)，劉曉波認(rèn)為，所謂高速公路智慧養(yǎng)護(hù)，還是通過智能感知、識(shí)別和判斷三個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)管理作業(yè)的升級(jí)換代。智能感知就是給高速公路拍X光片，用于發(fā)現(xiàn)問題；智能識(shí)別就是針對(duì)高速公路病害診斷系統(tǒng)，建立采集數(shù)據(jù)與公路病害的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)集；智能判斷和診斷則是基于數(shù)據(jù)集進(jìn)行智慧決策，從而讓在復(fù)雜環(huán)境下形成高速公路養(yǎng)護(hù)解決方案的全過程。

以下為劉曉波圓桌論壇交流實(shí)錄：

主持人：目前智慧高速都有哪些主要的應(yīng)用場景？而這些場景可以解決用戶出行的哪些問題？而目前這些場景的應(yīng)用、成效都如何？

劉曉波：關(guān)于智慧高速的應(yīng)用場景問題，其現(xiàn)實(shí)應(yīng)用有一個(gè)前提，那就是高速公路的投資方即業(yè)主企業(yè)要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定盈利，才能保證對(duì)交通運(yùn)行與道路維護(hù)的高水平服務(wù)。換而言之，只有保證道路運(yùn)營方和使用者互惠的應(yīng)用場景，才能獲得發(fā)展，否則只能停留在實(shí)驗(yàn)階段。

我給大家舉兩個(gè)例子。第一個(gè)例子，針對(duì)高速公路收費(fèi)的主體——大貨車。如果高速公路的智能服務(wù)，能夠開發(fā)拓展服務(wù)區(qū)做好貨車的組隊(duì)、甩掛等服務(wù)，通過這種物流的增值服務(wù)，可以直接改善中國2500萬運(yùn)輸車輛的運(yùn)營效率，同時(shí)給智慧高速公路帶來收益。

第二個(gè)例子，就是通過智能設(shè)備對(duì)交通流運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控場景。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)的時(shí)候，通過司機(jī)或車主的交互，提供及時(shí)、有效的交通服務(wù)，比如說誘導(dǎo)車輛遠(yuǎn)離事故地，指導(dǎo)車輛實(shí)現(xiàn)車道級(jí)的導(dǎo)航、變速、限速等等，這些都是非常經(jīng)典的交通場景。但是高速公路企業(yè)對(duì)這個(gè)系統(tǒng)投資大量設(shè)備都很難獲利，因?yàn)樗麄儧]有to C的渠道。互聯(lián)網(wǎng)科創(chuàng)企業(yè)是有to C渠道的，也有自己的技術(shù)路線，自己就能實(shí)現(xiàn)交通狀態(tài)的感知。所以這個(gè)經(jīng)典場景是互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和運(yùn)營方雙方得共同獲利，達(dá)成合作關(guān)系。

關(guān)于應(yīng)用效果比較有成效的場景，我想介紹以下幾點(diǎn)。

第一，兩三年前全國道路ETC推廣以后，基于現(xiàn)有的ETC門架應(yīng)該建設(shè)自由流的收費(fèi)，通過北斗、5G技術(shù)對(duì)測量的快速精準(zhǔn)的識(shí)別，不停車收費(fèi)，可以極大提高收費(fèi)站的通行能力，而且降低整個(gè)道路的擁堵和排放情況。

第二，對(duì)高速公路上的重點(diǎn)車輛，包括冷鏈車、軍事運(yùn)輸車和一些特殊功能的車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在車輛出現(xiàn)異常狀態(tài)的時(shí)候，進(jìn)行實(shí)時(shí)提醒。對(duì)高速公路重點(diǎn)的區(qū)域開展環(huán)境和氣象的綜合監(jiān)控，對(duì)實(shí)時(shí)的道路狀態(tài)進(jìn)行警示和維護(hù)。還有對(duì)特殊環(huán)境下特殊的交通節(jié)點(diǎn)，包括隧道，開展各種交通狀態(tài)預(yù)測和預(yù)警的功能，這對(duì)交通流的安全順暢貢獻(xiàn)都很大。

至于剛才我提到的貨運(yùn)服務(wù)、物流服務(wù)，現(xiàn)在美國有18個(gè)州都在開展貨運(yùn)組隊(duì)的商業(yè)化服務(wù)，歐盟2023年跨國公路都實(shí)現(xiàn)貨車的組隊(duì)運(yùn)行。這些系統(tǒng)從技術(shù)層面來說，都能很好地提升交通與運(yùn)輸問題的痛點(diǎn)。

但是目前，我們的公路車輛和道路上都還缺乏這種相關(guān)設(shè)備的普及、安裝和應(yīng)用，所以大部分都還沒有進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，都還在試驗(yàn)階段，其中的原因就是這些場景本身都存在盈利閉環(huán)的問題。

另外，還存在責(zé)任問題。比如我剛才提到高速公路的設(shè)施檢測涉及到對(duì)山區(qū)的地質(zhì)監(jiān)控，這不是高速公路企業(yè)的責(zé)任，是地方政府的管理范疇，彼此之間的關(guān)系都應(yīng)該建立出規(guī)范。

所以我個(gè)人感覺，未來智慧高速公路的建設(shè)，除了在技術(shù)層面提升出行者的安全、道路效率的同時(shí)，打破公路業(yè)主企業(yè)盈利閉環(huán)的瓶頸，同時(shí)還要明確好責(zé)任和權(quán)力的問題。

主持人：感知系統(tǒng)、數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于交通行業(yè)，智慧高速領(lǐng)域同樣也是如此，感知系統(tǒng)、數(shù)字孿生技術(shù)能為智慧高速帶來哪些積極的作用和影響？

劉曉波：高速公路基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)際上是把物理世界的交通要素，通過一個(gè)映射的手段重構(gòu)了一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，中間有三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：就是感知、識(shí)別和判斷。通過對(duì)這三個(gè)環(huán)節(jié)的功能開發(fā)，從而找到它們各自內(nèi)在針對(duì)高速公路全生命周期關(guān)鍵環(huán)節(jié)的演變機(jī)理。

孿生技術(shù)的應(yīng)用面很廣，但是對(duì)高速公路數(shù)字孿生技術(shù)的開發(fā)，我們首先必須要明確它到底解決了什么問題。

感知系統(tǒng)是數(shù)字孿生技術(shù)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，是整個(gè)孿生系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。高速公路的感知系統(tǒng)包括對(duì)道路本身自身狀態(tài)的感知，還有對(duì)交通流運(yùn)行狀態(tài)的感知這兩部分。前者是對(duì)道路設(shè)施全要素進(jìn)行數(shù)字重構(gòu)，偏靜態(tài)，當(dāng)然也不是絕對(duì)的靜態(tài)。后者是對(duì)載運(yùn)工具的實(shí)時(shí)交通狀態(tài)進(jìn)行數(shù)字重構(gòu)，偏動(dòng)態(tài)。全面的、實(shí)時(shí)的、精準(zhǔn)地監(jiān)控和采集靜、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)要素，是實(shí)現(xiàn)整個(gè)高速智慧化的前提和基礎(chǔ)。

大數(shù)據(jù)技術(shù)，服務(wù)于數(shù)字孿生技術(shù)的第二個(gè)環(huán)節(jié)。包括對(duì)數(shù)據(jù)本身的獲取、傳輸與保存，與對(duì)數(shù)據(jù)的挖掘與分析。智慧高速的各種應(yīng)用場景對(duì)于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性要求很高。這就對(duì)邊緣計(jì)算、云計(jì)算提出了很高的計(jì)算要求；另外，要高效處理和挖掘多維、異構(gòu)、海量交通數(shù)據(jù)，這對(duì)交通設(shè)施與交通流的算法要求也很高。在此基礎(chǔ)之上，如果能夠?qū)Σ煌煌ㄒ氐拇髷?shù)據(jù)計(jì)算進(jìn)行有機(jī)地有效地組合，就能發(fā)揮出智慧高速的功能效力。比如說我剛才也介紹過一個(gè)貨運(yùn)場景，我覺得是很有希望。在貨運(yùn)場景中，ETC收費(fèi)數(shù)據(jù)是現(xiàn)成的，高速路段視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)也是現(xiàn)成的，研發(fā)團(tuán)隊(duì)只需要挖掘貨運(yùn)車輛的交通特征，將既有數(shù)據(jù)，包括車輛行駛數(shù)據(jù)、包括司機(jī)駕駛數(shù)據(jù)等都通過挖掘分析，對(duì)其行為選擇、安全性、可靠性、忠誠性做細(xì)致分析，最后制定貨車的管控策略，形成閉環(huán)管理，這些研究本身就富有商業(yè)價(jià)值。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上，將這一系列的管控措施與交通部差異化收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)相融合，就能夠?yàn)樨涇囀召M(fèi)提供精細(xì)化數(shù)據(jù)支撐決策，打造出服務(wù)于特定道路網(wǎng)絡(luò)和司機(jī)特征的智慧化解決方案。

我們這兩年也做了一些交通感知系統(tǒng)的研究實(shí)驗(yàn)。我發(fā)現(xiàn)每個(gè)企業(yè)對(duì)自己使用的設(shè)備都比較熟，但其設(shè)備類型相對(duì)單一，大多是靜態(tài)的功能。怎么樣在動(dòng)態(tài)的交通環(huán)境下考慮各種因素功能的演變，對(duì)不同設(shè)備組合的布局進(jìn)行優(yōu)化，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸呢？我知道騰訊做了很多這方面工作，把這些全部實(shí)現(xiàn)以后，生成的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，才能支撐算法開發(fā)對(duì)應(yīng)用場景的某一個(gè)功能點(diǎn)發(fā)揮作用。

主持人：智慧技術(shù)的應(yīng)用能夠?yàn)楦咚俟返酿B(yǎng)護(hù)和維護(hù)環(huán)節(jié)帶來怎樣的改變和提升？

劉曉波：打個(gè)比方，公路的路面跟人的牙齒很像。高速公路的智慧養(yǎng)護(hù)實(shí)際上就是要實(shí)現(xiàn)牙齒的自動(dòng)檢查、蟲牙的自動(dòng)判斷，與高水平低成本的修護(hù)，所以我們說高速公路的智慧養(yǎng)護(hù)實(shí)際上是用新技術(shù)，通過智能感知、識(shí)別和判斷三個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)管理作業(yè)的升級(jí)換代。

智能感知就是給高速公路拍X光片，這是一種替代了人的眼睛、耳朵和傳統(tǒng)的檢測方法的新技術(shù)。智能識(shí)別是針對(duì)高速公路病害診斷系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)感知指標(biāo)建立的演變機(jī)理，最終目的是要根據(jù)感知數(shù)據(jù)形成有效決策。這一點(diǎn)對(duì)理論的要求非常高，而且難度很大，當(dāng)前道路、橋梁等設(shè)施監(jiān)測還沒有完全解決這個(gè)難點(diǎn)問題。

最后一步是智能的判斷和診斷。這實(shí)際上是基于我們的數(shù)據(jù)，通過人工智能大腦去輔助，甚至替代管理者進(jìn)行決策，并在復(fù)雜環(huán)境下形成高速公路養(yǎng)護(hù)的具體方案。比如說，在各種災(zāi)害、各種特殊情況下的緊急救援工作。日常維護(hù)各種作業(yè)，各種作業(yè)設(shè)備的布局之外，還要思考養(yǎng)護(hù)作業(yè)方案，運(yùn)維系統(tǒng)怎么去協(xié)作等問題，這樣才能整體上提高道路的全面使用效能和車輛通行質(zhì)量。這是我的一點(diǎn)理解。謝謝。

主持人：新一輪的國家戰(zhàn)略對(duì)于智慧高速發(fā)展有何影響？智慧高速產(chǎn)業(yè)鏈的各類市場主體應(yīng)該重點(diǎn)在哪些方面來重點(diǎn)發(fā)力？

劉曉波：我國智慧高速公路發(fā)展到今天取得了很多成績，存在問題也很多。我國智慧公路建設(shè)還沒有成熟完善的方案，其實(shí)還處在實(shí)驗(yàn)階段。因?yàn)橹腔鄹咚傧到y(tǒng)的功能體系尚未打通，所以對(duì)于實(shí)驗(yàn)階段的前期規(guī)劃，制定一個(gè)科學(xué)的原則就特別重要。

一方面，咱們國家不可能等著整個(gè)技術(shù)路線都成熟了再從國外引進(jìn)。引進(jìn)的技術(shù)不一定適合我國情況，而且成本也不會(huì)便宜。另一方面，我們自身實(shí)驗(yàn)也不能夠盲目投資，造成過多的浪費(fèi)。我個(gè)人覺得，關(guān)于智慧高速公路的相關(guān)實(shí)驗(yàn)都值得開展。而且在現(xiàn)階段，不管是公路業(yè)主或者是互聯(lián)網(wǎng)科創(chuàng)企業(yè)，都不應(yīng)該要求獲得一個(gè)閉環(huán)的財(cái)務(wù)回報(bào)。否則，就沒人可以做下去了。

我們做實(shí)驗(yàn)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)的原則，是要明確一個(gè)目標(biāo)，圍繞這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)把相關(guān)的系統(tǒng)在時(shí)間與空間維度盡量建設(shè)和覆蓋完整。實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)不用規(guī)模過大， 能夠滿足服務(wù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模@得實(shí)驗(yàn)效果就合適了。我們看到的很多高速公路的智慧實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)規(guī)模很大，但系統(tǒng)構(gòu)建與功能很單一，最后得到的收獲、即實(shí)驗(yàn)價(jià)值就變得很低。這就是我關(guān)于智慧高速實(shí)驗(yàn)建設(shè)基本原則的建議，謝謝大家。

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