杜豫川：智慧基础设施技术及发展趋势

　　2016年11月16-18日，由国家科技部高新技术发展及产业化司、国家科技部高技术研究发展中心指导，中国智能交通协会主办、中国汽车工程研究院承办、公安部交通管理科学研究所、重庆长安汽车股份有限公司和北京易华录信息技术股份有限公司协办的“2016’第十一届中国智能交通年会”，在重庆悦来国际会议中心举办，本次大会有100多场演讲，1500余人与会。在17日的“智慧公路”建设与发展论坛上，同济大学杜豫川教授发表《智慧基础设施技术及发展趋势》的主题演讲，本文为中国智能交通协会提供的速记整理稿，未经演讲者本人审核，特此鸣谢中国智能交通协会。

　　同济大学杜豫川教授

　　杜豫川：各位同仁大家好，今天很高兴在这里给大家介绍我们在智慧交通方面的研究进展。2010年，我有幸在剑桥大学做了一年的访问，了解到社会对智慧化的需求越来越强烈，而我本人研究的也正是这个领域的内容，所以从那时候起就把很多的精力放在了这方面。我演讲的主题是《智慧基础设施技术及发展趋势》，主要内容包括智慧基础设施技术背景、为什么要发展智慧设施、智慧设施的内涵及应用。

　　一、智慧基础设施的技术背景

　　智慧/智能(Smart)是国际科技发展前沿中最为重要的关键词之一。智能手机、智能穿戴设备无处不在，智慧城市、智能车辆也是我们交通行业中国内地关注的内容，智能化正在逐步的改变人们的生活方式。谈到智慧或者智能，现在我们都用smart这个单词。智能可能是一种能力，可以思考，是一般设施所不具备的。谈到智慧设施的时候，大家想到的都较偏土木性。据剑桥大学智慧基础设施与地下工程研究所报告显示，智慧基础设施在全球具有4.8万亿英镑的潜在市场，其中包括交通、电力、水利等多个领域。可能下一阶段比车联网更大的一个应用是在物联网技术融合智慧设施以后，形成的的交通领域市场。航空是最早需要检查电量使用量情况的领域，有了智慧设施之后就可以不用读物理表，直接通过智能化的设备去读取使用数据。欧洲一些国家包括荷兰在水电领域最早引用了智慧基础设施。这些用水用电的物理设施里都嵌入了传感器和监测装置，可以更好的了解运行状况，为后续决策做准备。

　　二、为什么要发展智慧基础设施？

　　智慧设施转型能释放现有基础设施更多的内在价值，相同的投入，智能设施所带来的价值更高。它能够减少数据获取难度、提高数据价值、延长设施的生命周期。这就是刚才讲到为什么要投4.8万亿改进这些设施的原因。越早加入设施智慧化革新的行列，将获得越多的利益。世界上来看，近400亿英镑投入在智能城市的建设中，而智慧基础设施占据其中5%-12%的投资比重。同时，智慧基础设施将带动大量的周边电子、信息产业发展。此外，由于智慧基础设施的高附属价值，可能颠覆部分基础设施领域的管理模式和运营方式，对传统商业模式进行质的改变。

　　三、什么是智慧基础设施？

　　英国皇家工程学会定义智慧基础设施为智慧基础设施可以依据大量传感器采集的信息，实时地监控、测量、分析，并依据检测结果进行反应。智能基础设施利用数据的反馈回路，为决策提供信息支持。智慧系统可以分为收集使用和运营数据来帮助设计师产生更有效的设计方案；采集、处理基础设施数据，为决策者提供信息支持；通过信息采集和处理而在无人为干涉的条件下行动。智能基础设施是物理基础设施和数字基础设施相结合的结果，旨在提供改进的信息，以便使用者作出更好、更快和成本更低廉的决策。物理基础设施包括能源设施、水利设施、电力设施、通讯设施等，电子基础设施包括传感器、物联网、BIM/GIS、大数据、机器学习等。联网汽车的发展使得交通基础设施与其他的基础设施相区别，现在大家用智能手机获取信息，但是联网汽车使用户使用智能汽车也可以获取更多的信息。例如汽车可以提前感应到要刹车的信息，这是现在的智能手机感知不到的。

　　交通基础设施管理从“精确检测”到“大数据泛在感知”，对于“精确检测”，很多公路行业的同仁都有同感。到了智慧基础设施时代特征就是拥有了海量的大数据，虽然数据的可靠度不一定高，但其实时性是非常好的。通过大数据来感知路况拥挤、交通安全等方面的信息。

　　我国智慧公路的发展

　　我国在智慧公路2.0时代，最成功的项目是ETC，在今天的论坛上也听到了非常多的关于ETC的数据汇报以及使用情况说明。未来在智慧公路3.0时代，人们将迎来智慧基础设施。这里就包括全息感知、多维重构、数据分析。对于大数据来说，数据大并不是它的特征，多频采集才是其真正的特征。在这个大数据时代，智慧感知可以通过无人机来实现，当然也可以基于手机终端和车载终端来实现。这些车载终端包括诸如角速度传感器、加速度传感器等在内。很多人说现在的传感器非常昂贵，但其实很多时候也不会比土木工程的材料贵很多，沥青等材料有时候比传感器更贵。

　　智能感知不仅仅是感知交通流量，更多的是感知路面的实时情况，如路面结冰、大雾等安全问题以及发生事故时发出紧急救援信息。

　　四、智能设施在交通中的应用

　　下面介绍一下会自动报警的安全护栏系统。车辆碰撞后的护栏破损、断裂是高速公路上最容易发生的事故之一，但由于护栏覆盖范围广，导致难以实时检测其健康状态。基于智慧设施理念的智能安全护栏系统，通过在护栏上布置分布式的传感器系统，实时感知护栏状态，判断事故发生位置和撞击严重程度，进而给予不同程度的报警，实现了远程的护栏安全监控。我们也做了一些基础理论的研发，基于力学理论做了防撞拦分析。这些传感器可以通过实时振动，快速定位到事故地点，这需要对传感器的分布做一些具体的要求。研究团队也就这些传感器如何布点给出了自己的设计，目前已经进行了一些试点。

　　团队也做了一个会检测路面性能的工程车、路政车项目，对普通路政车、工程车，可以通过在车内搭载分布式传感器，检测车辆的悬架振动情况，利用功率谱密度分析等方法提取路面不平整、抗滑行呢等与振动数值的相关关系，进而实现多车协同测量，提高检测效率。在原来的工程车、路政车上加装一些简单的传感器，就能对路面情况做一个快速精准的判断。现在浙江的一个地级市已经开始测试了，测试总里程有三千多公里。

　　最后介绍的是会识别环境变化的视频系统。恶劣驾驶环境是造成交通事故最重要的诱因之一，基于人工的检测方法时效性较差，但是基于智慧设施的交通环境自动识别技术主要由可视度实时监控、温度场预估、薄冰预警系统等部分构成。利用双目摄像头、温湿度传感器、ZIGBEE无线传输模块等设备采集环境信息，利用图像识别、小波分析、多致因分析等技术实现了交通环境的自动实时识别。

　　以上是我们对于智慧公路的一些简单思考，谢谢大家。