另辟蹊径：打造一条智慧公路“通向”自动驾驶

November 20, 2023

Fanny Hu

发布于2023-11-21

我们的未来路途正在以前所未有的速度发生着惊人的变革。在过去，汽车或许只是用来从A地开到B地的载具，道路只是通往目的地的途中景色，但现在，这个过程悄然改变。道路不再只是一段段铺设好的沥青，而是成为了一个充满了智慧、互联和服务的旅途。

铺设于道路中的传感器，不仅可以感知你的车辆，还将汽车拓展为一个信息终端，每时每刻都能接收来自道路基础设施的数据。想知道前方是否有交通拥堵？智能道路会告诉你。想了解天气情况安排出行？没问题，它们会提供最新的气象信息。如果迷路了，不必担心，智能路牌会为你提供详细的导航指引。

智慧道路将为我们的出行注入全新的活力，它将重新定义交通方式，改变人们的出行习惯，甚至影响未来社会的生活方式。

更“聪明”的车需要更“智能”的路

当前，许多国家都积极探索道路的数字化和智能化。业界普遍认为，“聪明的车+智能的路”将是未来交通的基本形态。

首先，随着车联网技术的实现，车辆变得越来越智能。车联网技术实现了车辆之间以及车辆与道路基础设施之间的实时通信和数据交换，这对智能道路建设提出了新的需求。智能道路为车联网技术的应用提供了基础设施和支持，使道路和车辆能够连接和共享关键数据信息，是确保交通系统高效运行的关键因素。

此外，城市化和人口增长给交通系统带来了前所未有的挑战，交通拥堵和道路安全等问题日益严重。智能道路系统可以实时监控交通拥堵并提供替代路线，提高道路安全性，帮助城市更有效地利用交通资源和节能减排。

研究显示，从2000年到2021年，全球范围内关于智能道路的研究不断增加，各地对智能道路的探索正在加速进行。

图片来自《Smart roads: A state of the art of highways innovations in the Smart Age》

智能道路的基础设施建设有哪些？

智慧道路的基础设施包括各种传感器、通信技术与设备、数据管理系统以及智能标志和路牌。智慧道路的主要特征和组成部分包括：

交通监控和数据收集设施

交通监控和数据收集设施如同智能道路的“五官”，包括摄像头、传感器、雷达和道路感知设备等，需要5G、物联网等技术全面支持，从而能够实现对道路情况的实时监测、分析和记录。摄像头分布在道路各处，捕捉交通事件和车辆行为。传感器和雷达技术用于检测车速、位置、车流密度和距离等关键数据，这些数据传输给交通管理系统，用于实时分析。地面感应器和交通标志等道路感知设备可检测车辆通过、识别车辆类型和数量，提供路况信息。

这些交通监控和数据收集设施的数据不仅用于实时交通管理，交管部门利用这些数据还能发现交通瓶颈、改进道路设计和信号灯计划，以优化道路交通流动性。此外，这些设施提高了道路安全性，改善了交通流动性，并为自动驾驶车辆提供必要的环境感知数据。在整个智慧道路系统中，这些设施与其他设备和数据中心协同工作，以建立更安全、高效和可持续的交通系统。

交通信号和导航设备

智能交通信号灯、电子信息显示屏等各种路边设备就像是智能道路的“指挥棒”，它们能够帮助减少交通拥堵、提高道路安全性，同时为驾驶员提供更好的导航和信息服务。它们也为自动驾驶车辆提供了重要的数据和指令，辅助车辆安全行驶。在智慧道路系统中，这些设备与其他设施和中央控制中心协同工作，构成更具可持续性和安全性的道路交通系统。

智能交通信号灯具有自动化控制功能，能够根据实时交通需求进行智能调整，以最大程度地减少交通拥堵，是传统交通信号灯的现代化升级。电子信息显示屏一般安装在道路两旁，可向驾驶员提供实时路况信息、导航指示、重要通知和交通事件警告，有助于提高驾驶员决策能力，降低交通事故风险。

此外，数字速度限制标志、电子收费门和智能停车系统等设施，可以根据实时条件和需求自动更改限速、提高道路收费效率、帮助驾驶员快速泊车等。

交通管理和控制中心

交通管理和控制中心可谓智能道路的“大脑”，它集成了交通数据采集和分析系统、无人驾驶系统、智能交通管理中心以及智能交通软件和人工智能算法，帮助应对城市交通挑战，提高道路安全性，优化交通效率，同时为未来交通技术的发展提供支持。

这些中心集成了先进的监控设备，监测实时交通状况，包括流量、速度、道路状况等数据以获得全面的交通图谱，辅助交管人员做出合理决策。它们还负责应对交通事件，调整信号灯配时，协调应急服务。这些中心支持自动驾驶车辆的基础设施，提供车辆到基础设施通信，确保自动驾驶系统与传统交通系统的协同工作。中心还负责长期交通规划，利用历史数据和模拟工具来制定交通政策，改进路网设计，优化公共交通系统。

图：智能道路的雷视拟合解决方案，图片来自《智慧公路光通信网技术白皮书》

能源的存储和捕捉

智能道路的能源存储和捕捉功能也是智能道路系统的重要组成部分，旨在有效捕获、存储和管理各种可再生能源，以满足道路设施和交通系统的能源需求。这有助于改善道路设施的能源管理，减少环境影响，同时提高道路交通的可持续性和效率。

智能道路能够将太阳能、振动能源、风能等周围环境中的能源转化为电能，捕捉的能源随后存储在储能系统中，以确保在需要时提供可持续的电力供应和足够的充电车位等。如此设计能够减少能源浪费、提高能源利用率并降低运营成本，减少对传统能源的依赖，促进清洁能源的应用，从而提高城市和地区发展的可持续性。

通过结合这些基础设备和技术，智能道路最终能够实现信息交换和能量自捕捉，从而满足人们日常交通的安全需求、效率需求、绿色出行需求和公众服务能力。

图片来自《Smart roads: A state of the art of highways innovations in the Smart Age》

智能道路的发展现状和未来挑战

随着汽车技术的快速发展，全球范围内的智能道路建设已成为改善交通系统、提高交通安全性和城市可持续性发展的重要趋势。各国正在不断投资和创新，提高道路基础设施的智能化水平，以应对不断增长的交通需求和挑战。

根据researchnester的研究，全球智能道路市场预计在2023年至2030年间以6%的复合年增长率增长。市场包括各种与交通管理、交通监控系统、智能交通管理中心、自动驾驶技术和联网车辆等相关的产品和服务。其中，北美市场将占据最大增长份额，其次是亚洲和欧洲。

智能道路建设的技术趋势包括：发展自动驾驶技术，提高道路交通的效率和安全性；发展5G通信技术和物联网技术，支持智能道路的互联互通；人工智能以及边缘计算技术，用以提高数据处理效率，提供更好的交通管理决策等。

智能道路建设案例

杭州智慧高速公路：杭绍甬智慧高速是中国规划建设的首条“超级高速”，全长161公里，总投资超过707亿元，是一个集智能、快速、绿色、安全等四大要素为一体的智能化高速公路。该高速从2021年开始建设，预计在2023年底正式建成通车。

杭绍甬智慧高速采取了多项前瞻性措施，以提高交通安全和便利性。其中包括：

- 设立自动驾驶专用车道，支持货车编队行驶，并有望在远期实现全线自动驾驶。

- 引入高精定位、车路协同和无人驾驶技术，实现零交通事故的愿景，为未来的智能交通系统提供更高水平的安全保障。

- 部署全覆盖的5G通信网络，保障车辆行驶数据的传递和处理。

- 通过太阳能发电、路面光伏发电以及插电式充电桩来为电动车提供充电服务，甚至远期目标是实现移动式无线充电。

- 配备智慧云控平台，整合各种智能技术和数据源，提高交通管理的效率和实时决策能力。

图片来自https://www.sohu.com/a/284895767_120053311

旧金山是全球科技中心，一直以来都是智慧交通领域的先行者。从上世纪90年代开始，旧金山就围绕共享、电动、互联和自动化的智慧交通愿景进行实践探索。其中，比较典型的包括智慧停车系统和城市自动驾驶测试。

旧金山的智慧停车系统是全球最领先的道路停车系统，通过新型计费器、传感器和需求反馈定价系统，掌上App等途径为各类出行者提供便捷的停车体验。该系统支持多种支付方式，能够通过实时传感器监测停车位使用情况进行智能定价，同时停车数据实时呈现在网站和APP上，显著提高了停车效率，平均寻车时间缩短了43%。这使出行更加便捷和高效。

近年来，旧金山在城市道路无人驾驶也在进行先行先试的探索。旧金山是自动驾驶技术的重要研究和测试中心，为自动驾驶汽车提供了测试场地，并与Waymo、Cruise等自动驾驶头部技术公司合作，以加速推动自动驾驶出行在城市的推广。今年8月，美国加州监管机构通过了L4级无人驾驶的“无限制”商用许可，允许 Waymo和Cruise在旧金山城市中提供白天时段的自动驾驶出租车服务。这些车辆和路侧传感器实时数据交换，能够判断市内车流量、自动驾驶汽车的准确方位等，方便管理部门实时监测和调控。

图片来自NBC NEWS

发展智能道路面临的挑战

目前，智能道路建设面临多方面挑战。技术方面需要大量资金和时间来开发和整合传感器、自动驾驶、边缘计算和数据处理等技术，同时还需满足不断进化的技术标准和安全性要求。隐私和数据安全方面，大规模数据采集需要确保数据安全性。此外，基础设施投资、标准和规范、法律法规、社会接受度以及环境和可持续性等方面也是挑战。

克服这些挑战需要政府、产业界和研究机构的协同合作，制定适当的政策、法规和标准来支持智能道路的发展。同时，社会教育和信息传播对于提高社会接受度至关重要，应减少公众担忧并提升对智能道路技术的理解。最终，智能道路建设需要全面考虑可持续性，确保对城市和环境产生积极影响。这将是一个复杂而持久的进程，但有望为城市交通带来显著改善和效益。。