浅析AI技术在高速公路建设工程项目全寿命周期中的应用及发展

摘要：随着我国高速公路的迅速发展，高速公路交通拥挤、交通安全问题日趋严重，为提高高速公路管理、通行效率及高速公路发展的需求，人工智能技术已经融入高速公路的全寿命周期中，促使高速公路建管养水平得以提升，使高速公路运行有效提高交通效率、缓解交通压力、降低交通事故率，提升高速公路人性化的服务，促进高速公路的发展与社会需求相适应，实现智慧高速自动驾驶。

关键词：人工智能（AI）;高速公路;应用;发展;智慧

人工智能（Artificial Intelligence，AI），它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学;该技术领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等，并应用搜索和优化、逻辑、不确定推理的概率法、分类和统计学习法、神经网络、深度前馈神经网络、深度递归神经网络、控制论。AI技术已经在高速公路工程监测检测的数字化、智能化和养护维护无人化能力与装备的研发中应用，高速公路未来发展趋势是引入车路通信技术，实现人、车、路和环境协同，实施真正的智慧高速自动驾驶。

一、AI技术在高速公路建设中的应用

高速公路适应工业化和城市化的发展，当代高速公路正朝着智能化方向发展，逐步形成“智慧高速公路”科技理念。智慧高速公路提出引入互联网思维和技术，对传统高速公路机电系统和管理服务进行重构再造，初期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和出行服务质量，实现省域高速公路监控管理、应急指挥、辅助决策、业务办理、出行指引等服务的信息化和智能化;AI技术结合“大数据”计算在高速公路建设中已经逐渐应用。

1.卫星地图中AI技术的应用

高速公路建设主要包括改扩建和新建，在项目设计时，需要勘察了解项目建设点沿线的地形、地貌、路网分布、土地利用和自然环境等因素;卫星地图AI技术采集丰富的地表信息和直观的图像，为高速公路设计方案的优化和比较提供了较好的选择。

卫星地图AI技术采集不受空域和地面障碍物的限制，它提供的范围广、覆盖面广，能够快速获取世界任何地区的最新立体图像，可直接生成高速公路建设选择所需的大比例尺地形图，并可以根据不同的建设工程阶段将转化地形图转换成相应比例尺的数字地形图;在高速公路建设前期工作中大大减少了人力物力的投入，卫星地图中AI技术在高速公路勘察设计阶段有较好的应用。

2.AI技术与BIM技术的结合

随着数字技术的不断完善和深入发展，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）被开始应用于中高速公路设计中，AI技术与BIM技术的结合使设计人员从此摆脱了抽象的设计方式，从而可以通过建立基于项目全部信息的三维立体模型，摆脱二维图纸CAD抽象的束缚，更加形象的完成项目内容的结构设计。

3.AI技术与数字测量的结合

数字测量是近年来在高速公路勘测设计中广泛应用的一项新技术，它实现了真正意义上的自动成图和数字成图;数字测量与传统摄影测量的区别在于它利用相关AI技术自动处理数字图像，完全数字化，这种全数字化、自动化的测绘方法为公路勘测设计的数字化提供了可靠的数据支持。

二、AI技术在高速公路管理运营中的应用

AI技术在交通系统的发展，它是采用AI技术里的机器深度学习技术，通过机器深度学习技术对交通系统中目标物体进行精确识别和信息提取;从而实现高速公路交通的安全、高效和畅通;由于AI技术具有较好的稳定性和准确性，目前已经在国内外高速公路的交通系统中得到广泛应用。

1.AI技术在高速公路智能监控检测平台的应用

在高速公路上发生的事件直接影响高速公路的通行能力，高速公路沿线道路的视频，目前还是采用人工巡检的方式去发现事件、拥堵等交通异常，再通过手工记录、上报相关事件信息，供管理者、相关部门决策、处置;基于AI的交通状况监测平台充分利用深度学习技术在目标识别和分类方面的优势，摒弃对视频画面背景的依赖，能够真正“认识”画面中不同类型车辆和行人等目标，不再受画面背景变化干扰，从根源上提高准确率。

使用AI技术实现对高速公路事件的智能监控检测，采用AI技术对高速公路视频内容进行实时分析，分析得到车流量、平均车速、占有率、违规停车、逆行、拥堵、天气状况、行人、抛洒物、变道、施工、占用应急车道等交通事件等事件，以及交通流量、交通参数等交通态势的分析;并将这些信息通过其他平台以图形化展示提示、提醒驾驶员加以处理，并且管理者可以及时监控、处置应急事件。

2.AI技术在高速公路监测车辆行中的应用

利用具有AI技术处理与交通视频监控系统，基于深度学习算法提炼车辆的辨识特征和运动特征，并利用这些特征对车辆的通行行为进行分类识别，实现对此类型交通行为的精准识别;同时对高速公路环境全天候感知，实现高速运动目标和高清晰场景成像问题，为交通行为分类理解获取稳定可靠的车辆行为特征。

3.AI技术在交通隐患、预警中的应用

利用AI技术的信息处理感知系统检测车辆的实时车速以及道路的车辆流量等，记录各种引发交通事故相关事件的数据传输给道路交通管理部门，将这些数据进行分析，得出交通隐患情况，然后由道路交通管理部门进行针对性的管理。在车流感知的基础上，基于车流状态、车流中车辆的通行行为识别结果以及特定天气检测结果等，对车流的交通安全隐患进行分级分类，根据交通隐患轻重等级对其进行预测定位，在特殊交通路段、交通事故现场或灾害性天气路段的前后方，对驾乘人员进行定向预警和告知。

4.AI技术在交通事故救援中的应用

道路交通事故的事后救援成效主要取决于应急处置人员、医护人员赶到事故现场的时间长短及管理部门响应启动救援预案时间，AI技术可以为应急救援队伍提供准确而有效的事故发生地点及事故的性质等--些关键信息，能够让救援人员做好救援准备;还可以根据实时路况提供合理的救援路线等，能够让救援人员以最快的时间赶到事故现场，同时还可以帮助交通管理部门尽快的疏通道路，避免二次事故的发生。

5.AI技术在高速公路收费中的应用

开展AI+精准收费的创新工作，利用AI技术以ETC门架、收费站、分中心、省中心综合通行数据、收费流水和车辆视频图片为数据源，打通计费、收费、稽核、拆账、对账关键生产业务流，构建精准收费AI算法模型库为核心的精准收费行业云，通过AI与机器学习，不断丰富差异化收费应用场景，全面提升精准收费AI分析效率。

三、AI技术在高速公路养护维护中的应用

根据交通运输部数据，截至2020年底，中国高速公路通车里程已达16.1万公里，位居世界第一。广东、云南、四川、河北、贵州高速公路里程均超过7500公里，位居全国第一方阵。高速公路养护面临巨大压力，高速公路通车里程和汽车保有量不断增加的同时，高速公路服务水平也显著提高，高速公路养护范围和难度也提升到一个新的高度。高速公路养护建设、施工、管理、决策等阶段均需考虑高速公路繁杂的养护工作，在后期的高速公路养护维护中应用AI技术建立相关的养护平台，促使高速公路养护质量的提升及延长公路使用寿命。

1.AI技术在智能巡查中应用

在高速公路养护巡查中，传统发现病害的手段往往是驾驶巡查车通过巡查人员肉眼搜索检查，发现病害后拍照片并简单记录病害特征，由专家和技术人员依赖照片开会讨论确定病害类型以及修复方式，当照片不够清晰或者位置不准确，技术人员需亲临现场确定病害细节。

在养护巡查中应用AI能够把查找病害变的简单高效。巡查车利用安装在车上智能巡查设备，完成采集捕捉高速公路病害的高清图像，高效的完成养护巡查任务。巡查车智能巡查设备和后台服务可以做到随时巡查、随时定位、随时留影、随时检查。在这个过程中以AI的图像识别为基础，利用多种技术如高清图像采集、5G、北斗、大数据分析等相结合完成病害发现、采集、查看、确认、上报一体化工作，充分解决了人工巡查所面临的遗漏、安全和准确性不足等问题。

2.AI技术在智能检测中应用

养护检测以定期检测为主，分为常规检测和结构状况检测，检测范围大、检测精度要求高。从路面到路基、从常规设备到精密仪器、从目测到设备检测，养护检测的范围、方式、精度都趋向于需要更加全面、更加方便、更加智慧的AI技术介入。

目前很多公路检测公司将目光转到了AI检测机器人上，通过多种方式解放检测人员和设备，从多个方向、多个层面上为高速公路做全方位的检查检测。AI检测机器人集成了探地雷达、平整度仪、弯沉仪等设备，能适应各种病害情况的检测检查，实现更智能的养护检测与实施计划，以应付更多的养护业务。

另外，智能无人机、各类智能检测设备的应用提供了病害检测的多种渠道。他们可以弥补在非公路场景（例如桥梁隧道）下的检测任务，它们能够提供观测对象完整的观测数据，完成物理盲区的检测任务。

3.AI技术在智能监测中应用

随着高速公路车流量在逐步增长，对高速公路通行能力要求越来越高，在高速公路上发生的事件直接影响高速公路的通行能力;高速公路沿线道路的视频，目前还是采用人工巡检的方式，依赖人工巡检的模式，存在监控人员易疲劳、事件发现不及时、事件记录不直观、事件上报效率低等问题。

利用AI技术对高速公路视频内容进行实时分析，分析得到车流量、平均车速、占有率、是否有停车、逆行、拥堵、行人、抛洒物等事件，实现及时监控、处置应急事件，且功能、质量达到要求。

4.AI技术在智慧养护平台中的应用

未来的公路养护决策，将从主要依靠人脑、经验逐步向大数据分析和AI转变，在确保数据多维性、系统性、真实性、可靠性、准确性的基础上，通过对公路病害、养护历史、路基路面检测、设施设备自动检测、公路环境、地质灾害等数据的决策分析，为公路管理者提供重要的决策支撑，实现科学制定日常养护计划和养护工程计划，最终建立科学智能的公路养护体系。

未来的科学养护决策是决策者与AI的对话过程，AI自动汇集多个数据源和设备辅助展示养护的客观信息，如收费业务、路政业务、气象数据、公路路况、行驶车辆情况、监控设备、路侧感知设备、地理信息系统等与养护工程直接相关数据，多层次、多方向展示养护辅助决策信息，为决策者和管理者提供，实现平台的智慧养护。

AI能够有效的解决高速公路养护巡查、检测、监测、决策乃至养护施工等面临的专业检测、复杂分析、养护安全和质量等问题;相信AI在高速公路养护中的应用将越来越普遍深入。

四、AI技术在高速公路中智慧应用的发展

作为“新基建”与“交通强国”加速推进，智能交通领域备受瞩目，AI、5G、工业互联网等数字化技术为交通带来的发展理念、管理模式和服务体验迎来了全局“智慧”。随着全国高速公路正式迈进“一张网”运营时代，AI在高速路上的应用，驶入了高速发展阶段;目前，国内各地都在加速推进智慧高速建设，建成和在建的智慧高速公路有近30条，总里程已经近4000公里，如：河北雄安新区京雄高速公路河北段、荣乌高速新线、京德高速公路一期工程、沙吴高速公路等智慧高速公路建成通车运行，智慧高速在理论框架和工程实践方面都取得了宝贵的经验。

1.AI技术在高速公路中智慧监控分析的应用

通过AI技术与高速公路视频监控系统的集合，实现高速公路智慧监控系统，可分析高速公路视频系统中道路拥堵、交通事故、车辆逆行、违规停车、行人闯入、抛洒物、变道、施工、烟火、团雾、占用应急车道等交通事件，对高速公路常发事件以及30多种偶发事件进行实时预警，事件召回率高达95%，确保高速交通事件的即发即检，提升交通事件的处置效率和应急处置能力;而且通过AI技术对偶发事件进行统计、学习、完善，系统将越来越智能;智慧监控系统，可自动识别发生事件、位置等信息，及时预警。

2.AI技术在高速公路收费AI稽核

面向高速公路稽核需求，针对事后追缴证据不足、路径还原证据链缺失等稽核痛点，应用稽核平台于AI计算相结合，实现精准识别车辆特征信息，实时获取车辆的信息，并将这些信息及时上传到云端。通过AI大数据平台，实现车辆路径还原、图搜服务、车辆异常分析、数据挖掘、收费稽核数据汇聚、证据链存储等计算处理;快速形成偷逃费证据链，为各收费稽核提供数据支撑服务和提升稽核追缴效率。

未来，不断提升AI技术能力、完善和系统功能，深入现场结合路段实际情况，通过AI智能化的稽查手段，全方位打击偷逃费行为，内外联动，多措并举，实现高速计费、收费的公平公正。

3.AI技术融入智慧高速建设、管理、养护

截至2020年年底，中国高速公路累计通车里程达16.1万公里，位居世界前列，保障高速公路的状态稳定、健康安全运行成为道路养护的首要责任。在高速公路建设、管理、养护中应用AI技术是未来的趋势，将为高速公路建设、管理、养护带来不可估量的效益和便捷服务，将为智慧高速智、慧养护的革新带来巨大的推动力;高速出行最重要的是安全和通畅，要达到这一目的，离不开智能化、轻量化、快速化的高速公路建设、管理、巡检养护。

4.AI技术在高速公路路径识别的应用

在关键路段如互通或分叉口设置监控点位，实时分析过往车辆，获取车牌、车型和车身颜色等信息，则该点位可用来作为路径识别点从而让各级相关管理单位都能获得通行车辆的真实路径，解决通行费争议和偷逃通行费的问题。

5.AI技术在智慧高速中的应用

高速公路是快速通行的基础设施，随着经济发展及社会需求，需要提升高速公路主体及附属设施监测、交通运行状态监测和公路气象环境监测等，融合应用多种监测设备参数结合AI技术实现人、车、路、环境一体的智能通行。

通过AI技术将道路数据、车辆行驶数据、环境数据汇聚处理，实现车主信息、车道管控、全天候通行、自由流收费、智慧服务区等信息智慧化，为全方位服务、全业务管理、车路协同与未来的自动驾驶提供数据支撑。未来发展的智慧高速中少不了AI技术的存在，通过AI技术在智慧高速中的应用，让高速公路实现真正的无障碍自动驾驶通行的智慧高速。

参考文献：

[1]吴昊.高速公路智能交通系统（ITS）的组成与运用初探.低碳世界

[2]邹晓明、荣美、蒋成龙.人工智能在智慧高速中的应用探索[企业科技与发展]

[3]人工智能在高速公路养护业务应用中的研究[中交创联交通科技]

[4]王伟耀.人工智能技术在智慧交通领域中的应用[小电子技术与软件工程]

[5]崔雪薇.AI驶入“高速路”：交通AI化的应用场景与实例[中国交通信息化]

[6]章永超.基于数据的高速公路建设质量信息化技术研究[J].公路

[7]李彦宏.《智能交通：影响人类未来10—40年的重大变革》

[8]视频图像智能分析技术如何应用在智慧高速公路中应用

[9]浅谈人工智能、大数据等技术在交通领域的应用

[10]人工智能AI在智能交通领域中的应用

[11]基于AI深度学习的高速公路事件检测系统