文 | 邵志超1熊伟峰1 张建通2杨川2
1．江西交通咨询有限公司
2．中国交通通信信息中心
单元测试流程一、前言
2020年7月31日北斗三号全球卫星导航系统正式开通后，北斗系统已经进入“规模化、产业化、市场化、国际化”应用的关键阶段。交通运输行业高度重视北斗系统的应用推广，出台了一系列提升北斗应用的行业政策。《交通强国建设纲要》指出“推进北斗卫星导航系统应用”。《国家综合立体交通网规划纲要》明确要求“基本建成泛在先进的交通信息基础设施，实现北斗时空信息服务、交通运输感知全覆盖”，最终实现“全覆盖、可替代、保安全”的目标。交通运输部印发的《数字交通发展规划纲要》指出“加快北斗导航在自由流收费、自动驾驶、车路协同、海上搜救等领域的应用”。 公路作为交通运输行业投资最大、覆盖范围最广的领域，是交通运输行业实现北斗应用的排头兵。在公路领域全面应用北斗系统，将有效加快北斗系统规模化、产业化发展进程，是落实国家安全战略和重大决策部署的迫切需要，是加快智慧公路发展、助力交通强国建设的迫切需要，更是筑牢公路数字化底座 、推动公路高质量发展、创造美好出行的迫切需要。本文通过梳理和分析北斗系统在智慧公路方面应用的现状，提出基于北斗+5G的智慧公路服务体系，结合江西祁婺高速开展的试点工作总结，为后续开展相关工作提供一定的参考和借鉴。
二、基于北斗+5G的智慧公路服务
体系
为进一步加快公路领域应用北斗系统的广度、深度，实现公路领域和北斗系统互相促进、协同发展，提出了基于北斗+5G的智慧公路服务体系，主要涵盖三个部分：智慧基础设施、智慧运营管理、智慧出行服务（图1），目标形成现代化综合交通运输的新业态、新生态、新模式。北斗系统与5G 共同形成通导一体化的基础设施，将有效拓展北斗在公路领域的应用，有利于形成“人、车、路、货”新兴的车路一体化综合服务体系。
图1 基于北斗+5G的智慧公路服务体系架构
1. 基于北斗的智慧公路基础设施
北斗系统在公路基础设施的“建、管、养、运”全生命周期中具有重要的作用，是公路新型基础设施的重要组成部分。公路设计与建设阶段[1-2]，路线勘测、设计、建设需要厘米级的定位精度支持，尤其
是公路设计，所涉及的高精度地面数字模型精度直接关系到建设阶段工程量和工程进度，是应用北斗系统的最佳阶段。基于北斗的智慧公路基础设施还包括实现高速公路沿线北斗系统高精度服务全覆盖、重要隧道北斗卫星信号全覆盖、公路行业的核心业务系统100%采用北斗系统精准授时。北斗系统持续服务于公路高边坡、重大桥梁的健康监测[3-4]，为公路的安全运营和管理提供基础时空保障。 2. 基于北斗的智慧公路运营管理
公路行业运营管理可以深入应用北斗系统。基于北斗系统建成全方位、全过程、全实时的线上线下一体化的公路行业智能监管体系。新建、改建、扩建行业监管相关系统时，100%使用北斗系统，原有的系统逐步升级到北斗系统；公路现场（非现场）执法和大件运输等行业监管业务，公路养护、巡检车辆等日常业务，公路交通应急装备、公路应急清障等公路行业的核心业务全面使用北斗系统；利用北斗系统的定位服务，结合车辆识别、全证据链稽核、清分结算等功能实现高速公路自由流收费，提高公路通行效率。
3. 基于北斗的智慧出行服务
北斗系统在公路出行中高度普及。基于北斗系统形成“路、人、车、货”为核心的车路一体化服务新业态，实现交通信息播报、前方事故预警、前车距离预警、危险品车辆隧道监测等简易车路协同服务的精准感知、精准触达、精准服务；打造基于北斗的道路一键救援系统，提供事故车辆和救援车辆快速
定位，建设包含事件接报、快速定位、指挥调度、预案管理、辅助决策、处置评估等功能的一体化应急指挥服务，为用户出行提供安全保障。
三、祁婺高速北斗系统应用示范
祁婺高速公路起点位于赣皖两省交界的安徽省黄山市祁门县，途经江西省上饶市婺源县沱川乡、清华镇、思口镇、紫阳镇、婺源县工业园区，终点接G56景婺黄高速公路（婺源枢纽互通），总长度约40km。祁婺高速公路沿途风光秀丽，旅游资源丰富，但是地形复杂，设计与施工难度大。为了保
护当地的自然资源，江西高速集团制定了“绿高
图2 北斗地基增强站设计图
图 3 高速沿线等高线与正射影像（DOM）叠加效果图
蚕丝被加工设备速、智慧高速、生态高速、旅游高速”的基本原则，努力打造“江西最美、信息化程度最高的智慧高速”，提升高速公路的品质，为交通强国建设积累经验。
祁婺高速在设计、建设、运营与管理过程中对北斗系统具有迫切的需求，开展了基于北斗高精度的高速公路设计施工一体化基础支撑平台、智慧服务区北斗大数据信息服务系统等应用示范，满足祁婺高速建设管理的需要，充分发挥北斗系统在交通基础设施建设与运营管理中的作用，并对全国今后智慧服务区建设和北斗应用示范提供指导。
1. 基于北斗高精度的高速公路设计施工一体化基础支撑平台
高速公路设计施工需要北斗高精度提供支撑。根据祁婺高速的特点，北斗高精度的高速公路设计施工一体化基础支撑平台建设了3个北斗卫星地基增强站，分别位于：1）G56杭瑞高速的婺源服务区；2）G56杭瑞高速的江湾收费站处；3）沱川乡政府
楼顶，可以为祁婺高速全线提供动态厘米级、事后毫米级的高精度位置服务，北斗地基增强站设计图
如图2所示。lcm液晶显示模块
据统计，高速公路建设阶段的设计变更，75%左右都是由于勘测阶段的模型精度受限造成的。基于北斗卫星地基增强站，采用航空遥感的方式，可以快速建立高速公路4D 数字模型，为设计阶段提供可靠的数据支撑。根据公路行业的技术规范（JTG/
人体检测
C10-2007、JTG/C20-2011）要求，利用3个北斗地基增强站的数据，制作完成了正射影像模型（DOM）、数字高程模型（DEM）、高精度点云模型、倾斜摄影模型，形成了高速公路设计建设阶段需要的4D
产品，如图3、图4所示。
图 4 高速沿线高程差最大区域的数字高程模型（DEM）成果图生发梳
图5 基于北斗高精度数模的建筑信息模型（BIM）正向设计成果图
(a)清华互通BIM 正向设计 (b)花园村特大桥BIM 正向设计
高速公路4D 数字模型误差基本在3cm 以内，部分仅为毫米级误差。在山区及地形复杂地区，由于测量时段、大气误差等原因导致误差稍大，其水平方向最大为5cm 左右，高程方向最大为7cm 左右，仍可以满足设计要求。
利用生成的高速公路4D 数字模型，北斗高精
度的高速公路设计施工一体化基础支撑平台开展了正向建筑信息模型设计，对互通、道路选线进行了优化设计，最大程度上节约了周边有限的土地资源，实现高速公路与沿线自然环境的协调发展。基于北斗高精度数模的建筑信息模型（BIM）正向设计如图5
所示。
2. 基于北斗大数据的智慧服务区服务系统
根据交通运输部发布的《交通运输领域新型基础设施建设行动方案（2021—2025年）》要求，江西省加快建设高速公路智慧服务区，提高服务区运营管理和出行信息服务水平。利用北斗技术在祁婺高速开展智慧服务区试点具有重要意义，对全国的智慧服务区建设具有重要的指导作用。
龙腾服务区周边旅游资源丰富，客流车流波
动较大，为服务区的管理增加了难度。智慧服务区北斗大数据信息服务平台充分整合交通行业数据，无需新增外场监控设备，即可利用北斗大数据服务于服务区的精细化管理，提升道路服务水平。
以交通运输部通信信息中心北斗大数据为基础，建设智慧服务区北斗大数据信息服务平台，平台部署在本项目监控中心设备机房，平台具有：1）两客一危智慧停车位诱导；2）北斗车辆预警
图6 龙腾服务区北斗大数据信息服务平台
管理；3）简易车路协同信息发布；4）北斗车辆事故快速定位报警；5）路网运行状态监测；6）
数据统计和分析；7）路网信息配置等功能。龙腾服务区北斗大数据信息服务平台如图6所示。
四、结论
北斗系统与5G 共同形成通导一体化的基础设施，有效拓展北斗在高速公路领域的应用，全面提升高速公路企业运营管理和信息服务智能化水平。祁婺高速北斗系统试点项目初步证明了北斗系统在高速公路“建、管、养、运”全生命周期中具有重要的作用，各阶段充分发挥了北斗系统的支撑作用，在行业中具有巨大的推广潜力，可以为行业的转型升级、交通强国建设提供可靠技术保障。
公路作为交通行业投资最大、技术水平最高的领域，是交通行业实现北斗应用“全覆盖、可替代、保安全”的示范和标杆。北斗系统作为时空服务类基础设施，为行业提供普遍、泛在、精准、安全、高效的定位、导航、授时、通信等服务，是交通新基建的重要落脚点。充分利用北斗导航、高精度定位、高精度地图、统一授时、短报文服务等功能，推动北斗系统与自由流收费、自动驾驶等交通运输
参考文献
[1]黄文元，汪双杰，党建军.等.公路勘测规范[S].人民
交通出版社,2007.[2]中交第一公路勘察设计研究院有限公司，中交公路规划设计院有限公司，四川省交通厅公路规划勘察设计研究院，等.公路工程地质勘察规范[S].人民交通出版社,2011.[3]王凌波，王
秋玲，朱钊，等.桥梁健康监测技术研究现
状及展望[J].中国公路学报,2021,34(12):25-45.[4]张龙，白旭光，田腾飞，等.基于物联网的公路工程
磁悬浮鼓风机原理
边坡智能动态监测系统研究[J].公路,2022,67(9):122-127.
新业态深度融合，打造基于北斗+5G 的智慧公路服务体系，将全面赋能道路交通基础设施数字转型和智能升级。
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