2025基于人工智能的智慧公路應(yīng)用技術(shù)研究報告

一、人工智能與智慧公路發(fā)展概 人工智能及其發(fā)展概 智慧公路及其發(fā)展概 人工智能對于智慧公路產(chǎn)業(yè)的賦能作 人工智能在公路領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵技 計算機視 知識圖 智能體仿 數(shù)字孿 二、國內(nèi)外人工智能在公路領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn) 北美地 亞太地 歐洲地 中 智慧公路方 人工智能方 本章小 三、公路領(lǐng)域人工智能應(yīng)用現(xiàn) 公路建設(shè)領(lǐng)域人工智能應(yīng)用現(xiàn) 建設(shè)前期工 建設(shè)施 質(zhì)量、安全管理與工程監(jiān) 小 公路養(yǎng)護領(lǐng)域人工智能應(yīng)用現(xiàn) 養(yǎng)護前期工 養(yǎng)護巡查與檢 養(yǎng)護施 養(yǎng)護評 公路資產(chǎn)養(yǎng)護管 小 公路運營領(lǐng)域人工智能應(yīng)用現(xiàn) 高速收 路政執(zhí) 服務(wù)區(qū)建 小 公路管理領(lǐng)域人工智能應(yīng)用現(xiàn) 行人、非機動車及業(yè)務(wù)人員管 車輛、交通控制系統(tǒng)管 道路管 信息管理與服 小 共性問 的影 后續(xù)難以維護升 行業(yè)算力基設(shè)施匱乏，投資成本高，導致基于場景的人工智能發(fā)推廣困 量化手 四、人工智能首要應(yīng)用場 公路建設(shè)領(lǐng)域首要應(yīng)用場 外業(yè)勘 道路橋隧定線與設(shè) 智能穿戴設(shè) 工程建 公路養(yǎng)護領(lǐng)域首要應(yīng)用場 養(yǎng)護決 公路表面病害檢 橋隧病害檢 標志標線安全設(shè) 公路運營領(lǐng)域首要應(yīng)用場 收費稽 自由流收 治超執(zhí) 公路管理領(lǐng)域首要應(yīng)用場 交通數(shù)據(jù)感 異常交通事件檢測與管 常態(tài)化交通檢測與管 數(shù)據(jù)庫建設(shè)與管 伴隨式信息服 人工智能在公路領(lǐng)域的發(fā)展趨 人工智能在公路領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)與技術(shù)路 人工智能在公路領(lǐng)域應(yīng)用系統(tǒng)架 五、人工智能在公路領(lǐng)域未來發(fā)展建 (一)五峰山過江通道綠色智慧公路建 (二)滬杭甬高速公路智慧化提升改造項 (三)雄安新區(qū)重點公路建設(shè)項 (四)收費稽核項 (五)視頻云聯(lián)網(wǎng)2.0事件檢測項 (六)江北新區(qū)公路管理平臺項 (一)調(diào)研單 (二)調(diào)研形 (三)調(diào)研結(jié)果梳 2050年代誕生后，至今大致分為三個發(fā)展階段：第一階段(2050—80年代)，此時基于抽象數(shù)學推理的可編程數(shù)字計算機已經(jīng)出現(xiàn)，符號主義(Symbolism)快速發(fā)展，但由于很多事物不能被形式人工智能發(fā)展一度遇到瓶頸；第二階段(2080—90年代末)，在這一階段，期；第三階段(21世紀初—至今)，隨著大數(shù)據(jù)的積聚、理論算法的革新、計算1所示。15G、北斗、BIM、人工智能、大數(shù)據(jù)、車路協(xié)同自動駕1991年美國提出的自動高自動駕駛車路協(xié)同、數(shù)字孿生、智能養(yǎng)護等方面展開。2020年起浙江、江蘇、2所示。2升級的關(guān)鍵技術(shù)。2017年，交通運輸部啟動了新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公340多年的發(fā)展中，盡管人們提出了大量的理論和方法，但總體(ObjectDetection)，語義分割(SemanticSegmentation)，運動和跟蹤(Motion&Tracking)，視覺問答(VisualQuestion&Answering)等。規(guī)模語義網(wǎng)絡(luò)，由節(jié)點(實體、概念、屬性值)與邊(聯(lián)系)構(gòu)成。知識圖譜技Zhishi.me、CN-DBpedia、ownthink，50年代以來，隨著計算技術(shù)的進步而發(fā)展起來，采用計4所示。21世紀以來，隨著大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的基于4數(shù)字孿生(DigitalTwin)，也被稱為數(shù)字映射、數(shù)字鏡像或數(shù)字克隆體。它2003Grieves提出，當時被稱為“鏡像空間模型”(MirroredSpacesModel)，由虛空間、實空間和虛實聯(lián)結(jié)機制三部分組成。Grieves認為，物理設(shè)備能夠在賽博空間中構(gòu)建一個表征2010年以后空航天局(NASA)正式提出。他們利用數(shù)字孿生對飛機結(jié)構(gòu)壽命及狀態(tài)進行評估F-35聯(lián)合攻擊機解決方案的時候，也發(fā)現(xiàn)數(shù)字孿生是工業(yè)數(shù)字化過程中的有效(APM)4.0的代表企業(yè)西門子公司也加入數(shù)字孿生技Gartner連續(xù)三年將數(shù)字孿生列為十大戰(zhàn)略性科技趨勢之一。5字空間的數(shù)字孿生概念框架如圖5所示，它主要包含實體孿生、關(guān)系孿生、模2080年代起，美國聯(lián)邦公路管理局開始開展有關(guān)自動公路系統(tǒng)utomtdhiaysstm)730萬起交通事故的分析和統(tǒng)計，美國高速公路管理局S)80%的車輛碰撞z短程無線通信RSUU5020208SP美國國家科學基金會S)和美國能源部)宣布為人工智能和量子計算領(lǐng)域10億美元資金。在推進人工智能與交通行業(yè)發(fā)展方面，201720183.019947月開始實施，采用了當時較為先進的電子通信技術(shù)和交通監(jiān)控特利爾市的幾條重要高速公路，其中A-720高速公路的重要部分是Ville-MarieVigerAI全國戰(zhàn)略的國家。2017年的財政預(yù)算詳細介紹了一份五年計劃——《泛加拿大人工智能戰(zhàn)略》（Pan-CanadianArtificialIntelligenceStrategy1.25億加元支持AI研究及人才培養(yǎng)。近些年加拿大將自主加熱融雪技術(shù)應(yīng)用到了智慧公路建設(shè)以及運行多久。而且，這整套融冰防凍系統(tǒng)不怕冷，它能夠在50℃的低溫下運作。ETC出行，截至20203ETC7053ETC使92.9%2020Smartway系統(tǒng)，日ETC2.0ETC1.0，ETC2.0的車載終端能夠與在全國高速1700ETC2.0路側(cè)裝置進行雙向信息交互，一方面能夠接收在應(yīng)對路面擁堵、提高駕駛安全性和智慧性方面發(fā)揮著重要作用。ETC2.0是世DSRC實現(xiàn)的高容量雙向通信的路車協(xié)同系統(tǒng)(智慧公路)。該系行駛信息。ETC2.0的商業(yè)車輛行駛管理則是通過對商業(yè)車輛，大型特殊車輛，VICSETCITSSpots（DSRC路側(cè)設(shè)備）已覆蓋全日本高速公路，并示范驗證提高交通安全，ETC2.0ITS-SPOTS基城市主干線，同時，各個地方的公交信息系統(tǒng)蓬勃發(fā)展，ETC系統(tǒng)建設(shè)覆蓋整個高速公路。2014年后，側(cè)重于協(xié)作式智能交通(C-ITS)的發(fā)展。韓國在建設(shè)和交通部的領(lǐng)導下，從2007年起開始推動智慧高速公路項目，其推廣的SmartHighway采集系統(tǒng))3247套，DSRC(專用短程通信)916套，AVC(自動車輛分類系統(tǒng))227套;CCTV721套，VDS1960套，DSRC202套，VMS592套，AVI自動車型識別系統(tǒng))601套。ATMS54885210條，服務(wù)了76%韓國公交線路;BIT1851723%的公交車站，OBE(車載裝置)3488898%的公交車。2015年起歐27個國家和地區(qū)、3萬公里公路。項目將歐洲分手段，側(cè)重服務(wù)協(xié)同。20191AIFOREU項目，建立人工智能2月，歐盟頒布《人工智能白皮書-通往卓越和信任的歐洲路徑》(年中加入人工智能支持。同時，歐盟還希望在自動駕駛領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先地位2017年“新一代國家控制網(wǎng)和智慧公路九省市的示范工程”點燃了智慧高速河南、廣東九省(市)加快推進新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點。通知將的路網(wǎng)綜合管理、“互聯(lián)網(wǎng)+”6個方向作201810路協(xié)同示范區(qū)/先導區(qū)，推出車路協(xié)同解決方案——CE智慧交通引擎，polloOCClie云、圖”的智慧交通生態(tài)，同步覆蓋城市交通和高速公路，繪制了未來交通的宏偉藍圖。2019年全國取消高速公路省界站以來，在高速公路收費稽核和數(shù)據(jù)中心為2019年進入高速公路領(lǐng)域，以車路協(xié)同、自動駕浙江、江蘇(2020)和北京、山東、云南(2021)發(fā)布的《智慧高速建設(shè)指展，推動中國人工智能步入新階段。2017720日，國務(wù)院印發(fā)了《新一代2020年人工智能總體技面建成小康社會的奮斗目標。第二步，到2025年人工智能基理論實現(xiàn)重大突2030年人工智能理經(jīng)濟智能社會取得明顯成效為躋身創(chuàng)新型國家前列和經(jīng)濟強國奠定重要基201712(2018-2020年)》7月發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》的補充，詳細規(guī)劃了說明，足以看出國家對人工智能產(chǎn)業(yè)化的重視。20197月，交通運輸部印發(fā)20218月由交通運輸部、科學技術(shù)部頒布《關(guān)于科技創(chuàng)新驅(qū)動加快建設(shè)交通強國的意見》(以下簡稱《意見》)，進一步強調(diào)了發(fā)展人工智能對于交通了兩個階段性目標：一是到2025年，交通運輸基研究和應(yīng)用基研究顯著加2035年，交通運輸基120155201572016320165201672016112017715001萬億元;20255萬億元;2030年，人工智能理論、技術(shù)與應(yīng)用總體達到世界領(lǐng)先水平，核心產(chǎn)業(yè)201710201712《行動計劃》從推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度出發(fā)，結(jié)合“2025”，對《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》相關(guān)任20197提出數(shù)字交通的發(fā)展要以“數(shù)據(jù)鏈”201962019920202聯(lián)網(wǎng)、通信公司等信息與通信技術(shù)(ICT，InformationandCommunicationsTechnology)202182035年，交通運輸基研究和原始創(chuàng)新能力全面增強，關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，前沿技術(shù)與交通運輸全路科學研究院專家提出，能夠考慮從BIM的角度開展公路基設(shè)施數(shù)字化；浙60%100%的情況。CIM、CAD與傳感器輸入的融合為建設(shè)方案的必選帶來諸多便利。RPA(如層次分析法(AHP)、馬爾可夫方法等)；不同和/或相同道路基設(shè)施參數(shù)之間的養(yǎng)護決國內(nèi)橋梁數(shù)據(jù)庫構(gòu)建較為完善，但公路養(yǎng)護基數(shù)據(jù)庫建設(shè)稍顯不足相比于橋梁數(shù)據(jù)庫各個地區(qū)構(gòu)建公路養(yǎng)護基數(shù)據(jù)庫質(zhì)量參差不齊利用國內(nèi)橋梁“老齡化”80多起，對人民的生命財產(chǎn)安全與城市安全帶來重大隱公路院智能交通研究中心專家提出“路政領(lǐng)域人工智能的應(yīng)用主要存在于大件運ETC計費系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集不精準。19952010121日起，全國所有收費公路全部納入鮮活自由流收費就是采用電子收費技術(shù)自動完成對多條車道上自由行駛車輛完MC)和電子不停車收費C)。C技術(shù)隨著高速公路建設(shè)不斷發(fā)展，2015年全國聯(lián)網(wǎng)后更是成為各省高速公路重要的繳費方式。C技術(shù)以其CC自由流收費的大規(guī)模應(yīng)C收費主要存在的問題為：ETCETC(OBU+IC卡模式)的靈活性特質(zhì)在OBUIC卡安全認證帶來的多次通信握手、IC卡自身讀寫異常所帶來的通行問題越來越突出。ETCMTCETC車道級覆蓋率(ETC車道情況下，ETCMTC仍是主流車道之間的矛盾越發(fā)凸顯。ETC通道的阻塞。特ETC通道再次改成人工通道進()。(如江西、廣東等省份)已經(jīng)展開相關(guān)的試點工作，并于人工智能技術(shù)的快速發(fā)展和配套基設(shè)施產(chǎn)業(yè)的成熟，本報告將從各主要業(yè)務(wù)600-700m，但公)存儲。傳統(tǒng)方法中數(shù)據(jù)零散化管理，參與部門多，存儲與采集紙質(zhì)化;單組織、理；并基于GIS平臺在電子地圖上展示高速全線實時交通路況；目前控制中心APP種類繁多，獲取信息的渠道智慧化呼叫服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)、FM廣播等方式；支持車路協(xié)同與自動駕駛，近期重20189個省市差異化開展新一代國家交通控智慧高速示范項目中(如浙江滬杭甬高速、江蘇滬寧高速無錫碩放至東橋路段)1MaaS（MobilityasaService，出行即服務(wù)(引發(fā)的負面輿論或影響)、權(quán)責機制缺失等導致不敢開放數(shù)據(jù)。對于20管理與工程監(jiān)理中，具體應(yīng)用架構(gòu)如圖6所示。其中外業(yè)勘測、定線與設(shè)計、6公路建設(shè)業(yè)務(wù)-AI+傾斜攝影的數(shù)字孿生RPABIM、CIM3D場景BIMCIMAI入包括傾斜攝影/雷達感知數(shù)據(jù)、設(shè)計圖紙、物理特性參數(shù)、多套橋梁定線與設(shè)AIGPS定位追蹤預(yù)警技術(shù)；基于GPS定位追蹤GPS定GPS背心的工如圖7所示，人工智能技術(shù)在公路養(yǎng)護中的首要應(yīng)用包含養(yǎng)護決策、公路4個具體的業(yè)務(wù)場景。7公路養(yǎng)護業(yè)務(wù)-256省道、G15G18榮烏高速段等。通過智能骨料實BIMCCD0.2mm/像GPR50005Mm/像素，如圖8所示，人工智能技術(shù)在公路管理中的首要應(yīng)用涉及收費稽核、自由3個具體的業(yè)務(wù)場景。8公路運營業(yè)務(wù)-AIAI識別技術(shù)，能夠快速感知車輛特征。車輛信息與交易信息融合，通行與賬務(wù)高車輛通行效率，緩解擁堵程度；該技術(shù)衍生的識別技術(shù)、云計算、5G等產(chǎn)業(yè)基于高精度電子地圖，構(gòu)建與BIM系統(tǒng)等基設(shè)施的數(shù)字孿生技術(shù)自動融24小時不間斷監(jiān)控，同時節(jié)省了警力如圖9所示，人工智能技術(shù)在公路管理中的首要應(yīng)用涉及交通數(shù)據(jù)感知、5個具體的業(yè)務(wù)場景。9公路管理業(yè)務(wù)-變道、協(xié)作式車道管理、協(xié)作式優(yōu)先車輛通行?？紤]面向相關(guān)政策、AI技術(shù)，預(yù)測與估計公路交通碳排放量，確保交通碳AI及大數(shù)據(jù)支撐。APP或與(攝像頭、RSU、邊緣計算設(shè)備等)進行聯(lián)動。面向道路中心的信圖10所示。10公路領(lǐng)域的人工智能技術(shù)應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)包括：“A基共性”、“B人工智能基技術(shù)”、“CAI應(yīng)用場景”、“D公路領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域”、“E安全倫理”、“F測試評估”六大部分。如圖11所示。11AI應(yīng)用場景：結(jié)合公路領(lǐng)域中人工智能配套硬件設(shè)施的建設(shè)程度，選取當2所示。2分類技術(shù)的交通流數(shù)據(jù)處理分GPS定位基于數(shù)據(jù)融合分析的云邊端架基于增強現(xiàn)實與類腦智能計算公路領(lǐng)域的人工智能技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)包括：“AI應(yīng)用”、“AI算法”、“AI應(yīng)用使能”、“AI基設(shè)施及工具”六大部分，如圖12所示。AI應(yīng)用：涵蓋公路建設(shè)、管理、運營、維護四個方向，可包含相關(guān)的AI化具體產(chǎn)品；AI服務(wù)面公路領(lǐng)域的具體需求，位于人工智能公路應(yīng)用中的最頂AI應(yīng)用使能：包括邊云協(xié)同、智能邊緣、傾斜攝影、數(shù)字孿生、北斗導航AI算法和應(yīng)用實現(xiàn)提供支撐。AI基設(shè)施及工具：歸納為公路人工智能應(yīng)用涉及的軟件開發(fā)平臺和硬件AI端側(cè)設(shè)備、AIAI算力中心等。1213所示。13人工智能在各行各業(yè)帶來的顛覆性變革已經(jīng)證明了其在提升傳統(tǒng)業(yè)務(wù)職能件照管”。此外，在數(shù)據(jù)和能力開放的同時，能夠通過開源和低代碼開發(fā)平臺讓智慧公路基設(shè)施的空間位置基本限定了各項業(yè)務(wù)在開始之初的地方的基上深入了解不同省份不同路段的業(yè)主需求以及對符合地方產(chǎn)業(yè)特點的生態(tài)企()動態(tài)(樹蔭、光照等)干擾物的影響。通過人機協(xié)同應(yīng)用，由機器判斷出重點可)12019“交通裝備要先進適用、完備可控，廣泛應(yīng)用智能高鐵、智能道路、智能航運等”。20203月在中共中央政治局常務(wù)委員會召開的會議上，“新型基設(shè)施建設(shè)”被再次提及，5G基建、特十五射六縱十橫”高速公路網(wǎng)規(guī)劃中縱四20216303393.58G、車路協(xié)同、霧天誘導等前瞻性、先進性技術(shù)應(yīng)用，是國內(nèi)首條以安全保障全天候、出行服務(wù)全方位、運營維護全數(shù)字、綠色建彎全壽命”為核心的“未來智慧高速”。目前線路的運營面臨以下五個問題：交車路測試和示范應(yīng)用體系架構(gòu)和基于高速公路車路協(xié)同的異構(gòu)多源信息融合系搭建了一個基于模式通信的車路協(xié)同仿真平臺。5G5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，設(shè)計基于高清視頻和圖像傳輸?shù)募夹g(shù)方案，研究解決高涉及到無人機設(shè)備選型、5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與配套工程建設(shè)、數(shù)據(jù)采集與現(xiàn)有平臺應(yīng)21為五峰山過江通道綠色智慧公路建設(shè)的系統(tǒng)層級圖：1目標層-解決方案層-軟硬件系統(tǒng)層-關(guān)注智能化的基設(shè)施和智慧化的應(yīng)(主要是雨雪大霧天氣)、匝道處交通流引導、構(gòu)造物結(jié)構(gòu)等方面，服務(wù)應(yīng)用電子支付、5G通信、信息發(fā)布、車路協(xié)同等技術(shù)支持，運維關(guān)注車輛識別、事件感知、3202163035.8公里，北起正誼5GBIM、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)與高速公路建設(shè))滬杭甬高速公路作為浙江首條高速公路，全長247.9km，串聯(lián)環(huán)杭州灣內(nèi)最大路段——紅墾-1213個算法，實行10%8%，進出高速“零等待”，通1塊可變信息標志，提1塊可變信息標志，提示滬杭甬、錢江通道、杭州繞城、杭金衢該系統(tǒng)包括基于車道控制標志的車道級交通控制和基于手機應(yīng)用軟件的車基于手機應(yīng)用軟件的車道級交通控制通過將可變車道路段起始和結(jié)束位置信息“智慧高速4G/5G的站實施方案》(國辦發(fā)〔2019〕23號)界收費站總體技術(shù)方案的通知》(交公路函〔2019〕320號)要求，完成收費管ETC門架系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)主線自由流基配套系多功能預(yù)警車、吸鐵車、運行設(shè)備“智慧用電E管理系統(tǒng)”等。2020年，已經(jīng)基本完成基本級智慧高速的初步建設(shè)與一級智慧高速的速內(nèi)容建設(shè)和完善，同時以10公里試點路段為基探索和應(yīng)用了一級智慧高速APP、全方位(三)2