2 智慧高速公路需求分析
围绕提升高速公路运营管理水平、提高高速公路出行服务质量，结合当前高速公路信息化智能化存在的问题，提出智慧高速公路建设的需求。
2.1 功能需求
1）路网运行状况监测、监控功能
省域路网宏观监视：通过汇集省、市、县、基层以及其他系统共享的各类信息，实现省域高速公路网宏观交通状况和环境运行状况、重大异常事件状况、应急处理资源分布状况、重大风险隐患状况的全面掌握。
市域路网宏观监视：通过汇集市、县、基层以及其他系统共享的各类信息，实现市域高速公路网宏观交通状况和环境运行状况、异常事件状况、应急处理资源分布状况、重大风险隐患状况、机电设施可使用状况的全面掌握。
2）路网应急处置功能
根据应急事件的类型，对应急事件等级进行划分，明确省、市、县、基层单位对各类应急事件处理的权限和职责，制定相应的应急处理流程并形成预案。
重大事件的处理由省级中心负责管理，其他事件由各市级中心负责管理。县和基层单位根据省、市级管理中心下发的应急处置指令执行，通过现场调查，协助省、市级管理中心对应急事件确认，并将实地调查结果上报省、市级管理中心
3）辅助决策功能
通过对各类数据、应急信息等数据的统计分析，提供交通、气象、事件等分布规律；通过历史数据挖掘预测未来交通和气象状况；对现有资源配置情况进行评估，实现资源配置最优化；对事件应急处置过程和案例进行评估，进一步完善相关预案和应急处置流程；根据已经发生的处理成功的应急处置案例和实践经验，对应急预案的处理流程进行评估，进一步完善应急预案的处理流程和事件触发阈值；为公路规划和建设提供数据支持。
4）公路行业管理及监管功能
通过公路行业各业务数据、行业资源的整合，实现公路行业各业务数据库的融合，实现公路行业管理和监管业务的信息化及信息共享，公路行业从业人员通过行业综合管理系统实现日常工作各业务员的处理；通过不同业务之间的信息共享，实现各公路行业“跨部门、跨业务”的协同应用和协同处理。
5）公众出行服务功能
为公众提供出行前信息服务：公众可通过网络、广播、电话、短信、电视、移动智能终端等方式，获得交通状况、气象状况、施工、交通管制、交通事件等信息；提供在途信息服务：公众可通过网络、广播、电话、短信、可变信息标志、移动智能终端、车载智能终端等方式，获得交通状况、气象状况、施工、交通管制、交通事件、路径诱导和导航等信息；提供网上便民服务：通过对外网站，公众可获得咨询、投诉等服务。
2.2 数据需求
1）高速公路网基础数据
公路网基础数据：主要涉及高速公路属性的各类静态信息，包括：高速公路属性、高速公路沿线设施、里程牌和百米桩、沿线应急资源、沿线服务点、与高速公路互通的基层信息、行政区划等。
地理信息系统数据：包括空间数据类别和属性数据类别。
相关设备基础数据：包括设备ID编码、设备名称、设备编码地址、设备桩号、安装位置、设备参数说明、访问方式等。
机构人员数据：行业各机构及其人员的详细信息。
2）高速公路网动态数据
高速公路网交通运行及环境状态数据：包括视频、交通参数、气象、结构安全检测数据、事件、巡逻车电话、火灾报警信息、违章抓拍数据等。
统计数据：对汇集的各类数据统计处理后的数据，包括交通量分析、气象条件分析、交通运行状况统计、环境状况统计、事故状况统计、安全隐患统计等。
共享数据：与社会其他行业和上级管理部门进行共享的数据。
3）业务管理数据
包括行业管理数据、巡逻车调度管理数据等。
4）主题数据
包括应急预案数据、事件处理案例数据、行业考核数据、公路网安全隐患数据、辅助决策挖掘获得的数据、公众服务数据、视频会议数据、应急资源数据、与公众交互获得的数据等。
2.3 性能需求
1）系统可用行
要求系统具备较好的可用性、软件界面友好、使用方便。
2）系统可扩展性
要求系统具有较好的可扩展性，盲足行业内部、社会相关部门互联互通的要求。
3）系统并发处理能力
系统具有较强的并发处理能力，能同时处理多起应急事件。
4）信息安全
在系统安全上应满足国家信息安全等级保护二级的要求。
3 智慧高速公路总体设计
以服务高速公路管理者和出行者为目标，按照管理和服务并重、日常管理和应急处置相结合的原则，充分整合利用现有资源，采用云计算、物联网、移动互联网、大数据、宽带无线移动通信等新一代信息技术和手段并引入互联网思维，对传统高速公路机电系统进行重构和再造，全面实现省域高速公路监控管理、应急指挥、辅助决策管理、业务管理、出行信息服务的信息化智能化。
3.1 建设定位
智慧高速公路的功能定位在于“互联网+高速公路”，其将服务于公路管理、运输管理、交通安全、综合交通、公众出行，并特别强调服务的体验度。
3.2 建设目标
智慧高速公路的建设目标是：为省域高速公路网安全畅通提供信息化智能化管理手段；为高速公路网应急处置提供信息化支撑；为高速公路网规划、建设、管理等提供辅助性决策分析支持能力；为高速公路各行业提供业务支持；为公众出行提供完善的信息服务；为运输管理、交通安全管理、水运航空等综合交通提供有效的服务。
3.3 建设任务
结合对智慧高速公路建设需求分析和定位，对智慧高速公路建设任务进行细化，主要包括以下方面：
1）建设省、市两级大数据中心
简称省级和市级高速公路大数据中心，形成重点部门、重点业务间的共享体系，逐步形成覆盖省域的云计算服务平台，包括高速公路行业业务综合管理平台、高速公路网运行监测与监控平台、高速公路网应急处置平台、高速公路智能化辅助决策支持平台、高速公路出行信息服务平台。
2）完善基础传输网络
在高速公路沿线光纤通信传输网络的基础上，增设宽带无线移动通信设施，可以实现车内上网、车路通信等功能。
3）数据库建设
智慧高速公路数据库分为四类：高速公路网基础数据库、高速公路网动态数据库、业务数据库、主题数据库。
4）建设数据灾备中心
考虑到省、市两级管理中心数据的重要性，应建设数据灾备中心，对省、市两级大数据中心的重要数据进行备份。
5）基础数据汇集及标准化
将智慧高速公路相关数据汇集至省、市两级大数据中心，并保证每类数据表达是唯一的，也是全省统一的，对其进行标准化处理后存储至相应的数据库。
6）与其他部门标准化数据共享
实现与社会其他行业（如城市交通管理部门、气象部门、医疗单位、其他运输企业等）和上级管理部门进行数据共享。
7）建设三个基础保障体系
建立和完善高速公路信息化标准规范保障体系、安全保障体系、运维管理保障体系，这是智慧高速公路持续健康发展的重要保障。
3.4 总体框架
智慧高速公路总体框架如图1所示，分为4个层次：
第一层为信息采集层，负责采集各类数据并上传大数据中心，采集的数据包括外场各类检测设施的数据、养护和路政部门的数据、社会其他行业共享的数据。
第二层为信息传输层，主要包括光纤通信传输网络和无线通信传输网络。
第三层为支撑资源层，设置在省、市两级大数据中心，主要实现数据的汇集存储和大数据中心的软、硬件支撑平台。数据的存储包括结构化存储和集群存储，结构化存储主要适用于非视频的各类数据，集群存储主要适用于采集的各类视频数据。
第四层为应用服务层，设置在省、市两级管理中心，包括高速公路行业业务综合管理平台、高速公路网运行监测与监控平台、高速公路网应急处置平台、高速公路智能化辅助决策支持平台、高速公路出行信息服务平台。
4 智慧高速公路发展展望
随着新一代信息技术的日新月异，未来智慧高速公路的发展趋势是建成高速公路信息服务走廊（如图2所示），除了在传统交通信息发布的基础上，还可以实现车载智能终端与高速公路管理中心的信息交互（V2C）、车载智能终端与路侧智能终端的信息交互（V2I），从而构成真正意义上的开放互联的高速公路，实现人-车-路-环境智能协同。
此外，通过向出行者提供个性化的信息服务，如动态行车导航、主动安全预警等，高速公路运营管理公司可以获得长期稳定的增值信息服务收益，从而提高速公路运营管理企业的经济效益。
5 结语
智慧高速公路的本质是用互联网思维和技术对传统高速公路管理和服务模式进行重构和再造，打造开放互联的高速公路。智慧高速公路当前阶段的建设任务是通过信息交换与共享、数据融合与挖掘，提升高速公路运营管理水平、提高高速公路出行服务质量，实现省域高速公路监控管理、应急指挥、辅助决策管理、业务管理、出行信息服务的信息化智能化。
智慧高速公路未来发展趋势是引入车路通信（LTE-V）技术，实现人-车-路-环境智能协同；通过向出行者提供个性化的信息服务，高速公路运营管理公司可以获得长期稳定的增值信息服务收益，从而提高企业经济效益。
