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164 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 基于系统工程学的智慧高速公路发展策略研究杨 露，张珂溢，谭屈山（四川数字交通科技股份有限公司，四川 成都 610095）摘要：智慧高速公路是重要的交通基础设施项目，它的发展在于提高交通系统的效率、安全性和可持续性。从系统工程学的角度出发，探讨了智慧高速公路发展的策略，强调了车路协同和单车智能的有机结合。系统工程学的核心思想是在整体与局部之间取得平衡，以实现全局优化，因此智慧高速公路的发展也需要考虑如何在车辆和基础设施之间取得协同，以实现整体效益的最大化。关键词：智慧高速；系统工程；车路协同；单车智能中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1673-8098（2023）06-0164-030 引言智慧高速公路的发展是当今交通领域的一项挑战，也是为解决城市化和交通问题而采取的创新举措，随着世界各地的城市不断扩张和人口持续增长，传统的交通基础设施日益面临着不可忽视的挑战，包括拥堵、事故、能源浪费和环境污染1。为了应对这些挑战，智慧高速公路的概念应运而生，旨在通过智能化技术和系统工程学的方法，为交通系统带来前所未有的效率、安全性和可持续性。智慧高速公路的概念不仅仅是关于引入先进的技术，而是要建立一个复杂的交通生态系统，其中车辆、道路、通信和管理系统之间实现高度协同。这一系统的核心是车路协同和单车智能的有机结合。1 系统工程的基本原则系统工程学是一门综合性的学科，致力于解决复杂系统的设计、开发和管理问题2。它提供了一种有力的方法，可以应用于各种领域，从工程和科学到商业和社会系统。系统工程学的核心思想是将系统视为一个整体，强调整体与局部之间的协同和协调3。在智慧高速公路的发展中，系统工程学的原则和方法可以帮助更好地理解和解决复杂的交通系统挑战。首先，系统工程学强调系统的整体性。在传统的高速公路系统中，通常存在各种独立的组成部分，如车辆、道路、信号系统和管理机构。这些组成部分往往在孤立的环境中运行，导致互不协调。系统工程学要求将这些组成部分视为一个整体系统，并考虑它们之间的相互关系。在智慧高速公路的背景下，这意味着将车辆、道路、通信设备和交通管理系统等元素紧密集成，以实现更高水平的协同作用。其次，系统工程学强调了全局优化。在传统高速公路系统中，决策通常是基于局部信息和个体利益做出的，而忽视了整体系统的最佳利益。例如，驾驶员可能会选择最短的路径，而不考虑整体的交通拥堵情况。系统工程学的方法要求考虑整体系统的最佳性能，而不仅仅是单个元素或个体的性能。在智慧高速公路的发展中，这意味着需要实现车路协同，以使车辆和道路设施能够共同优化交通流，并减少拥堵和事故的发生。最后，系统工程学注重高水平协同统一。在复杂的系统中，不同组成部分之间的协同是至关重要的。在传统高速公路系统中，车辆和道路基础设施通常是相互独立的，缺乏有效的协同机制。系统工程学的方法强调了建立有效的协同机制，以使不同组成部分能够有机结合，共同实现系统的优化。在智慧高速公路中，这意味着需要建立先进的通信系统，使车辆能够实时与道路基础设施和其他车辆进行互动，以实现更高水平的协同。因此系统工程学提供了一个有力的框架，可以帮助理解和解决智慧高速公路发展中的复杂性问题。它强调了整体性、全局优化以及协同，这些原则都是实现车路协同和单车智能有机结合的关键。通过系统工程学的基本原则，可以更好地规划和设计智165NO.6/DECEMBER.2023交通建设与管理 影响有影响的人 慧高速公路系统，以实现更高水平的效率、安全性和可持续性。2 车路协同与单车智能车路协同与单车智能是智慧高速公路发展中的两个核心概念，它们代表了从整体性和个体性两个不同层面的优化策略，可以有效地应对现代交通系统所面临的挑战。2.1 车路协同（VICAD）车路协同（VICAD）是一种采用先进的无线通讯与新一代互联网技术，全方位地实施车与车、路与路、车与人之间的动态信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制与道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成安全、高效和环保的道路交通系统。作为智慧高速公路的重要组成部分，车路协同强调了车辆和道路基础设施之间的密切协作，以提高整体交通系统的效率和安全性。这一理念的核心在于实现车辆、道路和交通管理系统之间的实时数据共享与通信。通过车辆与道路基础设施之间的智能化互动，交通管理系统可以更准确地了解交通状况、道路条件和车辆位置，从而更好地协调车辆的行动，减少拥堵和降低事故风险。然而车路协同也面临着一些挑战，主要是确保安全性和大规模计算。由于车辆与道路基础设施之间的通信涉及敏感的位置和行驶数据，必须采取强有力的网络安全措施，以防止潜在的网络攻击和数据泄露。同时，大规模计算也需要得到重视，数据的采集，处理分析与应用和实施车路协同系统的关键考虑因素。2.2 单车智能（AD）单车智能（AD）是指通过车辆安装的传感器对周边环境进行感知决策执行，从而提升单个车辆智能驾驶水平的策略4。与车路协同不同，单车智能聚焦于车辆本身的智能化。这意味着车辆必须配备各种传感器、控制系统和通信设备，以实现更安全、高效的行驶。其中，自动驾驶技术是单车智能的一大亮点。自动驾驶车辆可以通过激光雷达、摄像头、超声波传感器等感知周围环境，并自主决策以确保安全驾驶。自动刹车系统是另一个关键组件，能够在检测到紧急情况时迅速采取刹车措施，避免碰撞。然而，单车智能也存在挑战，其中之一是技术的成熟度和可靠性。自动驾驶技术尚处于发展初期，尽管取得了显著进展，但仍需要不断地测试和改进，以确保安全性和可靠性5。此外，车辆之间的互通性也需要更广泛的标准化和协议，以确保各种车辆能够有效地互相协同。车路协同与单车智能作为智慧高速公路发展的两个关键要素，分别强调了系统整体性和车辆个体智能化。它们的有机结合将有助于提高整个交通系统的效率、安全性和可持续性。在解决挑战方面，网络安全和数据隐私问题需要得到仔细处理，同时技术的不断成熟和标准的制定也将推动智慧高速公路的发展。3 车路协同与单车智能的有机结合车路协同与单车智能的有机结合在智慧高速公路的发展中扮演着关键的角色，这个结合类似于系统工程学中的全局优化与局部优化的有机协调。这个综合性的方法旨在充分利用车辆、道路基础设施和交通管理系统之间的紧密关系，以实现交通系统的整体性、高效性和安全性。在这一部分，文章将深入研究车路协同与单车智能的结合，以解释其概念、原则和实际应用。首先，车路协同与单车智能的结合强调了信息的互通与共享。这包括车辆之间的通信、车辆与道路基础设施之间的通信，以及车辆与交通管理系统之间的通信。通过信息的实时共享，交通管理系统可以更准确地了解整体交通状况，包括交通拥堵、道路条件和事故情况。这使得系统能够采取及时的措施，如智能交通信号灯的优化、拥堵减少措施和紧急事件的管理，以改善整体交通状况。而车辆之间的信息共享也能增强车际安全，使车辆之间能够更好地协同，保持安全的车距并避免事故。其次，车路协同与单车智能的结合涵盖了多个方面的技术和设备。车辆需要配备各种传感器，如激光雷达、摄像头、超声波传感器等，以感知周围环境。这些传感器能够检测其他车辆、道路标志、行人和障碍物，为车辆提供丰富的环境信息。通过人工智能技术和数据分析，车辆可以对这些信息进行处理和理解，并作出相应的决策。例如，当车辆检测到前方有障碍物时，自动驾驶系统可以自动采取避让措施，确保车辆安全通过。此外，车辆的通信能力也是关键的。车辆之间的通信可以通过车际通信技术来实现，包括无线网络和车载通信设备。这种通信允许车辆实时交换信息，如车速、位置和行驶意图。这有助于车辆在高速公路上协同行驶，维持安全的车距，并降低事故风险。此外，车辆还可以与道路基础设施通信，以获取实时的道路条件信息，如天气、道路状况和交通情况。这有助于驾驶员更好地适应不同的道路情况车路协同与单车智能的结合还包括智能交通管理系统的开发。这些系统可以实时监测道路上的交通情况，根据交通拥堵和道路条件进行智能调度。智能交通信号灯、智能交通管理中心和智能路牌等设施可以与车辆进行通信，提供导航和指导。例如，交通信号灯可以根据交通流量实时调整信号的绿灯时间，166 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 以减少拥堵。智能路牌可以提供实时路况信息，帮助驾驶员选择最佳路线。车路协同与单车智能的结合还包括智能交通管理系统的开发。这些系统可以实时监测道路上的交通情况，根据交通拥堵和道路条件进行智能调度。智能交通信号灯、智能交通管理中心和智能路牌等设施可以与车辆进行通信，提供导航和指导。例如，交通信号灯可以根据交通流量实时调整信号的绿灯时间，以减少拥堵。智能路牌可以提供实时路况信息，帮助驾驶员选择最佳路线。4 结语车路协同与单车智能的有机结合代表了智慧高速公路发展的未来方向。这个综合性的方法将使交通系统更加高效、安全和可持续，为城市交通系统的可持续发展提供了强大的支持。然而，要充分实现这一概念，需要克服安全性、隐私和技术成熟度等挑战，同时也需要政府、行业和研究界的共同努力。未来，随着技术的不断进步，智慧高速公路将变得更加智能化和自动化，为城市交通系统的可持续发展提供更多机会。参考文献1 张志宁.智慧高速车路协同系统的应用 J.工程建设与设计，2023，（16）：91-93.2 何荣平，童冰，阮传淦.车路协同下智能车跟随控制的有效策略探究 J.价值工程，2023，42（20）：70-72.3 安学武.农村公路发展系统工程研究 D.西安：长安大学，2009.4 蒋润菘.大规模自动驾驶车辆优势驾驶策略的演化D.深圳：中国科学院大学中国科学院深圳先进技术研究院，2023.5 刘延东.基于自主学习的自动驾驶决策与控制研究D.深圳：中国科学院大学中国科学院深圳先进技术研究院，2023.（上接第 165 页）天后盐水去回路温差小于 1，满足设计要求。泄压孔压力的释放，证明冻结帷幕形成良好，并结合去回路盐水温度、土体温度等因素综合分析，能够有效、准确地对联络通道冻结效果进行判断，确保施工安全。通过采取快速冻结、在土体内预埋管、结构层后充填注浆、跟踪注浆等冻胀和融沉控制措施，地表受冻胀和融沉的影响最终累计沉降达 3.8mm，在累计变形报警值 10 -30mm 范围内。参考文献1 杨超，岳丰田.上海长江隧道联络通道冻结优化设计研究 J.隧道建设，2012，32（6）：843-848.2 赵红光，张映根.冻结加固技术在长地铁联络通道施工中的应用 J.隧道建设，2010，30（3）：292-297+316.3 杨平，陈瑾，张尚贵，等.软弱地层联络通道冻结法施工温度及位移场全程实测研究 J.岩土工程学报，2017，39（12）：2226-2234.4 仇培云，岳丰田，杨国祥，等.复杂地质条件下隧道联络通道冻结工程实录 J.地下空间与工程学报，2005（6）：979-982.5 覃伟，杨平，金明，等.地铁超长联络通道人工冻结法应用与实测研究 J.地下空间与工程学报，2010，6（5）：1065-1071.6 严晗，王天亮，刘建坤.粉砂土反复冻胀融沉特性试验研究J.岩土力学，2013，34（11）：3159-3165.7 胡向东，任辉，陈锦，等.管幕冻结法积极冻结方案模型试验研究 J.现代隧道技术，2014，51（5）：92-98.8 王星童，赵维刚.杭州地铁冻结工程冻土力学特性试验研究J.隧道建设，2011，31（3）：315-319.9 胡俊，卫宏，刘勇.冻土帷幕设置加热限位管时温度场数值分析 J.隧道建设，2016，36（6）：688-694.10 蔡海兵，黄以春，庞涛.地铁联络通道三维冻结温度场有限元分析 J.铁道科学与工程学报，2015，12（6）：1436-1443.