2 智慧高速公路需求分析
圍繞提升高速公路運營管理水平、提高高速公路出行服務質量，結合當前高速公路信息化智能化存在的問題，提出智慧高速公路建設的需求。
2.1 功能需求
1）路網運行狀況監測、監控功能
省域路網宏觀監視：通過匯集省、市、縣、基層以及其他系統共享的各類信息，實現省域高速公路網宏觀交通狀況和環境運行狀況、重大異常事件狀況、應急處理資源分布狀況、重大風險隱患狀況的全面掌握。
市域路網宏觀監視：通過匯集市、縣、基層以及其他系統共享的各類信息，實現市域高速公路網宏觀交通狀況和環境運行狀況、異常事件狀況、應急處理資源分布狀況、重大風險隱患狀況、機電設施可使用狀況的全面掌握。
2）路網應急處置功能
根據應急事件的類型，對應急事件等級進行劃分，明確省、市、縣、基層單位對各類應急事件處理的權限和職責，制定相應的應急處理流程并形成預案。
重大事件的處理由省級中心負責管理，其他事件由各市級中心負責管理。縣和基層單位根據省、市級管理中心下發的應急處置指令執行，通過現場調查，協助省、市級管理中心對應急事件確認，并將實地調查結果上報省、市級管理中心
3）輔助決策功能
通過對各類數據、應急信息等數據的統計分析，提供交通、氣象、事件等分布規律；通過歷史數據挖掘預測未來交通和氣象狀況；對現有資源配置情況進行評估，實現資源配置最優化；對事件應急處置過程和案例進行評估，進一步完善相關預案和應急處置流程；根據已經發生的處理成功的應急處置案例和實踐經驗，對應急預案的處理流程進行評估，進一步完善應急預案的處理流程和事件觸發閾值；為公路規劃和建設提供數據支持。
4）公路行業管理及監管功能
通過公路行業各業務數據、行業資源的整合，實現公路行業各業務數據庫的融合，實現公路行業管理和監管業務的信息化及信息共享，公路行業從業人員通過行業綜合管理系統實現日常工作各業務員的處理；通過不同業務之間的信息共享，實現各公路行業“跨部門、跨業務”的協同應用和協同處理。
5）公眾出行服務功能
為公眾提供出行前信息服務：公眾可通過網絡、廣播、電話、短信、電視、移動智能終端等方式，獲得交通狀況、氣象狀況、施工、交通管制、交通事件等信息；提供在途信息服務：公眾可通過網絡、廣播、電話、短信、可變信息標志、移動智能終端、車載智能終端等方式，獲得交通狀況、氣象狀況、施工、交通管制、交通事件、路徑誘導和導航等信息；提供網上便民服務：通過對外網站，公眾可獲得咨詢、投訴等服務。
2.2 數據需求
1）高速公路網基礎數據
公路網基礎數據：主要涉及高速公路屬性的各類靜態信息，包括：高速公路屬性、高速公路沿線設施、里程牌和百米樁、沿線應急資源、沿線服務點、與高速公路互通的基層信息、行政區劃等。
地理信息系統數據：包括空間數據類別和屬性數據類別。
相關設備基礎數據：包括設備ID編碼、設備名稱、設備編碼地址、設備樁號、安裝位置、設備參數說明、訪問方式等。
機構人員數據：行業各機構及其人員的詳細信息。
2）高速公路網動態數據
高速公路網交通運行及環境狀態數據：包括視頻、交通參數、氣象、結構安全檢測數據、事件、巡邏車電話、火災報警信息、違章抓拍數據等。
統計數據：對匯集的各類數據統計處理后的數據，包括交通量分析、氣象條件分析、交通運行狀況統計、環境狀況統計、事故狀況統計、安全隱患統計等。
共享數據：與社會其他行業和上級管理部門進行共享的數據。
3）業務管理數據
包括行業管理數據、巡邏車調度管理數據等。
4）主題數據
包括應急預案數據、事件處理案例數據、行業考核數據、公路網安全隱患數據、輔助決策挖掘獲得的數據、公眾服務數據、視頻會議數據、應急資源數據、與公眾交互獲得的數據等。
2.3 性能需求
1）系統可用行
要求系統具備較好的可用性、軟件界面友好、使用方便。
2）系統可擴展性
要求系統具有較好的可擴展性，盲足行業內部、社會相關部門互聯互通的要求。
3）系統并發處理能力
系統具有較強的并發處理能力，能同時處理多起應急事件。
4）信息安全
在系統安全上應滿足國家信息安全等級保護二級的要求。
3 智慧高速公路總體設計
以服務高速公路管理者和出行者為目標，按照管理和服務并重、日常管理和應急處置相結合的原則，充分整合利用現有資源，采用云計算、物聯網、移動互聯網、大數據、寬帶無線移動通信等新一代信息技術和手段并引入互聯網思維，對傳統高速公路機電系統進行重構和再造，全面實現省域高速公路監控管理、應急指揮、輔助決策管理、業務管理、出行信息服務的信息化智能化。
3.1 建設定位
智慧高速公路的功能定位在于“互聯網+高速公路”，其將服務于公路管理、運輸管理、交通安全、綜合交通、公眾出行，并特別強調服務的體驗度。
3.2 建設目標
智慧高速公路的建設目標是：為省域高速公路網安全暢通提供信息化智能化管理手段；為高速公路網應急處置提供信息化支撐；為高速公路網規劃、建設、管理等提供輔助性決策分析支持能力；為高速公路各行業提供業務支持；為公眾出行提供完善的信息服務；為運輸管理、交通安全管理、水運航空等綜合交通提供有效的服務。
3.3 建設任務
結合對智慧高速公路建設需求分析和定位，對智慧高速公路建設任務進行細化，主要包括以下方面：
1）建設省、市兩級大數據中心
簡稱省級和市級高速公路大數據中心，形成重點部門、重點業務間的共享體系，逐步形成覆蓋省域的云計算服務平臺，包括高速公路行業業務綜合管理平臺、高速公路網運行監測與監控平臺、高速公路網應急處置平臺、高速公路智能化輔助決策支持平臺、高速公路出行信息服務平臺。
2）完善基礎傳輸網絡
在高速公路沿線光纖通信傳輸網絡的基礎上，增設寬帶無線移動通信設施，可以實現車內上網、車路通信等功能。
3）數據庫建設
智慧高速公路數據庫分為四類：高速公路網基礎數據庫、高速公路網動態數據庫、業務數據庫、主題數據庫。
4）建設數據災備中心
考慮到省、市兩級管理中心數據的重要性，應建設數據災備中心，對省、市兩級大數據中心的重要數據進行備份。
5）基礎數據匯集及標準化
將智慧高速公路相關數據匯集至省、市兩級大數據中心，并保證每類數據表達是唯一的，也是全省統一的，對其進行標準化處理后存儲至相應的數據庫。
6）與其他部門標準化數據共享
實現與社會其他行業（如城市交通管理部門、氣象部門、醫療單位、其他運輸企業等）和上級管理部門進行數據共享。
7）建設三個基礎保障體系
建立和完善高速公路信息化標準規范保障體系、安全保障體系、運維管理保障體系，這是智慧高速公路持續健康發展的重要保障。
3.4 總體框架
智慧高速公路總體框架如圖1所示，分為4個層次：
第一層為信息采集層，負責采集各類數據并上傳大數據中心，采集的數據包括外場各類檢測設施的數據、養護和路政部門的數據、社會其他行業共享的數據。
第二層為信息傳輸層，主要包括光纖通信傳輸網絡和無線通信傳輸網絡。
第三層為支撐資源層，設置在省、市兩級大數據中心，主要實現數據的匯集存儲和大數據中心的軟、硬件支撐平臺。數據的存儲包括結構化存儲和集群存儲，結構化存儲主要適用于非視頻的各類數據，集群存儲主要適用于采集的各類視頻數據。
第四層為應用服務層，設置在省、市兩級管理中心，包括高速公路行業業務綜合管理平臺、高速公路網運行監測與監控平臺、高速公路網應急處置平臺、高速公路智能化輔助決策支持平臺、高速公路出行信息服務平臺。
4 智慧高速公路發展展望
隨著新一代信息技術的日新月異，未來智慧高速公路的發展趨勢是建成高速公路信息服務走廊（如圖2所示），除了在傳統交通信息發布的基礎上，還可以實現車載智能終端與高速公路管理中心的信息交互（V2C）、車載智能終端與路側智能終端的信息交互（V2I），從而構成真正意義上的開放互聯的高速公路，實現人-車-路-環境智能協同。
此外，通過向出行者提供個性化的信息服務，如動態行車導航、主動安全預警等，高速公路運營管理公司可以獲得長期穩定的增值信息服務收益，從而提高速公路運營管理企業的經濟效益。
5 結語
智慧高速公路的本質是用互聯網思維和技術對傳統高速公路管理和服務模式進行重構和再造，打造開放互聯的高速公路。智慧高速公路當前階段的建設任務是通過信息交換與共享、數據融合與挖掘，提升高速公路運營管理水平、提高高速公路出行服務質量，實現省域高速公路監控管理、應急指揮、輔助決策管理、業務管理、出行信息服務的信息化智能化。
智慧高速公路未來發展趨勢是引入車路通信（LTE-V）技術，實現人-車-路-環境智能協同；通過向出行者提供個性化的信息服務，高速公路運營管理公司可以獲得長期穩定的增值信息服務收益，從而提高企業經濟效益。
