一

关于构建“实体+数字孪生”

两个公路体系

近年来，我国交通基础设施建设取得巨大成就，综合立体交通网总里程超过600万公里，横贯东西、纵贯南北的综合运输网络更加完善，其中，公路通车里程543.68万公里，高速公路达18.36万公里。同时，公路客货运输更加顺畅高效，人民群众出行也更加舒适便捷，正向着“人享其行、物畅其流”的美好愿景持续迈进。可以说，实体公路体系建设与运营，在经济社会发展中发挥了重要的先行作用。同时，开展公路数字化转型、信息化建设与智能化升级，是当前公路交通领域践行新发展理念的重要方面，也是加快建设“四个一流”交通强国、构建泛在先进的交通信息基础设施的重要组成部分，更是加速构建公路出行服务新模式的重要支撑，也是实现高质量发展的必然要求。布局数字中国，发展数字经济，公路交通责无旁贷要当好开路先锋。
面对新形势新要求，需要深入推进公路交通基础设施数字化转型，赋能实体公路“建管养运服”全流程高质量发展，加快催生构建数字孪生公路体系的新业态、新模式、新产业，为当好中国式现代化的开路先锋注入新引擎、新动能、新活力。为此，必须深刻、准确认识推动公路基础设施数字化转型，建成安全、便捷、高效、绿色、经济的实体公路和数字孪生公路两个体系的重要意义。 一是确保发挥先导作用的新动能。习近平总书记强调“交通基础设施建设具有很强的先导作用”。作为现代数字技术赋能的重要领域，打造数字孪生公路体系，提升感知、分析、决策支持能力，推动实现人、车、路、环境深度融合，以及“建管养运服”全业务流程数字化，是推动公路交通质量变革、效率变革、动力变革的新机遇、新挑战，对提升公路网络整体效能、培育智慧公路新业态、发展公路数字新经济、增强发挥先导作用新动能具有重要意义。因此，构建“实体+数字孪生”两个公路体系，是确保交通运输持续发挥先导作用的重要动力与核心牵引。 二是发展新质生产力的重要支撑。发展新质生产力是交通运输进一步发挥先导作用的重要手段，数字孪生技术具有强大的感知接入、仿真模拟和数据分析能力，是推动实现公路全流程数字化转型的关键所在。既往，公路特别是高速公路“建管养运服”高度依赖土地、劳动力、资本等传统生产要素，以及机械化、电气化设备等生产工具，施工人员、养护人员、收费人员也是不可或缺的要素之一。随着数据成为了新的生产要素，数据赋能可通过与其他生产要素融合，大幅度提升全要素生产效率。基于“数字孪生”的一批无人化建养装备、收费设施，以及云控平台、车路协同、自动驾驶等，正是推进公路数字化转型的新质生产力之一。 三是数字化转型升级的必由之路。公路数字化转型核心是围绕勘察、设计、施工、养护、运行全生命期的管理与服务业务链条展开，完善数字化技术标准，夯实数字化基础设施，全面推动公路系统运行流程再造、规则重塑与制度变革，同时加强市场监管和政务服务，才能更好适应公路数字经济的发展需求。数字孪生技术及应用可以有效促进设计过程、施工方式和工程管理的模式变革，提高公路全息感知、预警研判、应急响应的智能化水平，促使实体公路基础设施从提供物理通行条件向开展车路协同应用转变，向支撑“人-车-路-环境-信息”网联化与协同化运行自认知、自适应、自决策的数字孪生公路转化，从而实现支撑公路网运行（准）全天候、全链条、全方位安全畅通。 四是公路数字经济产业的关键平台。数字经济具有高创新性、强渗透性、广覆盖性，可以促进各类资源要素快捷流动，数字经济发展速度之快、辐射范围之广、影响程度之深前所未有，正在成为重组要素资源、重塑经济结构、改变竞争格局的关键力量。本质上讲，面向公众出行，实体高速公路基础设施提供的是“物理通行保障+半/全自动收费服务”的传统模式，而“数字孪生”高速公路将赋能传统出行服务产业全面升级，并提供“数字通行应用+全程自由流收费”的线下线上一体化数字服务。可以预见，高度数字化的公路网络设施及运行条件必将成为新发展格局中的一条条黄金数字通道，万亿级别的公路数字经济产业将蓬勃涌现，为推进中国式现代化注入交通新动能。

二

找准“数字孪生”

赋能实体公路的关键定位

数字孪生技术，始于工业制造，正向各行各业广泛渗透。城市建设、水利工程、交通运输、园区安防等都是数字孪生赋能升级的重要领域。现实中，由于可用性较低、实际成效一般等问题，数字孪生技术甚至被认为是一种“花瓶”技术。2023年，国际欧亚科学院院士、中国城市科学研究会理事会、住建部原副部长仇保兴曾对数字孪生城市及其应用进行阐述，他指出，“当前，80%的数字孪生是没有用的，管用才应是第一要义”。那么，问题出在哪里？是技术本身不成熟，场景应用不成熟，还是定位认知不成熟？对于公路领域数字孪生应用是否也有类似情况呢？ 一是数字孪生不只是可视化展示。近年来，“可视化数字孪生大屏”可谓是不少公路部门特别是高速公路管理单位的热门系统项目，而基于数字孪生技术的各类“数据大脑”最终展示与呈现方式往往是“大屏幕+可视化”。问题是，可视化大屏只是终端展示效果，不代表展示内容、数据内涵、业务信息的严谨、正确、可靠，也不代表数据孪生技术能够轻松解决既有数据源异构、数据项错误、数据粒度不足等问题，更无法即刻判断数据模型与算法是否最优化、输入输出结果是否失真。因此，“大屏幕+可视化”尽管仍是各级公路部门一种相对“刚需”，但不能把其当作唯一目标。 二是数字孪生不只是实体“镜子”。数字孪生系统需对实际对象或系统进行建模，而模型的完整程度与准确程度对输入数据质量与时效要求极高，既往无论是传统仿真技术，或是BIM数字孪生技术，对于设施状态、动态环境与突发事件的孪生输出，无法直接解决数据错误、缺失或不准确等问题。数字孪生技术作为连接现实与虚拟的桥梁，依然会将现实错误照进“数据镜像”之中，这直接导致可用性降低。同时，也应该认识到，数字孪生并不能完全实现实体运行的“100%还原”，越贴近真实成本越高，而且是指数级的增加。因此，数字孪生作为一种基于数据驱动的技术，需要对业务数据有强大的掌控能力，其中隐含着大量数据治理和管理的成本问题，迫切需要行业予以攻关破解。 三是数字孪生不只是做辅助决策。数字孪生技术是提升公路系统高效安全运行的强大工具，关键在于底层的智能算法、业务模型与仿真融合，以及虚实公路体系结合之后的分析、预测和决策能力，而其技术应用可分为四个阶段：可视、可诊、可管、可优。其中，“可视”指复现公路系统全周期、全要素运行过程；“可诊”指通过强大算力与精准算法开展大数据分析并发现问题；“可管”指运用仿真手段推演公路系统运行变化态势与风险因素，并给出管理建议；“可优”指针对公路系统运行问题，在众多解决方案中寻找最优解，特别是如何防范化解设施安全风险与突发事件影响。但是，由于信息主体多、来源渠道广、审核机制不完善、分析标准不统一等问题，很大程度上影响着辅助决策的合理性。 四是数字孪生不只是新质生产力。从技术角度看，数字孪生是支撑公路基础设施全面数字化转型的新质生产力之一，所需的数据采集、建模、渲染、仿真、分析、预测等均已有示范性应用，并初步取得一定成效。从生产关系角度看，构建数字孪生公路体系，需要以优化实体公路“建管养运服”全流程的传统生产方式为主导，并进一步从管理模式、工作方式、业务流程等多个方面进行改变，创新数字孪生公路管理与服务体制机制，优化新型公路系统数据要素配置方式，建立适用数字孪生公路的市场运营模式，助力公路交通与经济运行及产业链供应链深度融合。总之，数字孪生是在信息世界对物理世界的等价映射，是对现实世界运行模式的数字再造，更是对实体经济的数字化赋能，从而达到降本增效目的。数字孪生公路体系的本质是实现人、车、路、环境深度融合，以及对实体公路全流程数字化，从而实现提升公路系统质量和效率、降低路网运行成本与风险，推动公路数字经济及产业生态充分发展的目标。同时，数字孪生也不是万能的，它只是一种数字技术手段，数字孪生也绝不仅是一张张“数据大屏”，不同于流水线上格式化、标准化产品，公路系统是一个开放的复杂体系与场景，数字孪生公路体系建设在今天看来仍存在许多独特挑战，我们必须找准定位寻求关键突破。

三

推动“数字孪生”

公路体系取得关键突破

当前，以数据要素驱动的数字经济加速演进，应用现代数字技术赋能公路交通是一大热点，构建安全、便捷、高效、绿色、经济的实体公路和数字孪生公路两个体系，正是加速推进“数实融合”新发展新引擎的核心关键。为此，应在筑牢公路“数字底座”与数字化标准体系的基础上，积极应用新技术、引入新装备、打造新场景、构建新模式，突出“转型”、注重“融合”、强化“赋能”，促进建设、管理、养护、运行、服务等全流程数据要素的流通共享与价值释放，培育新型智慧公路“运营商”，创新高速公路一体化出行服务新模式，推动数字孪生公路体系取得关键突破。

1

全面融合“建管养运”全周期数据要素

长期以来，公路全生命周期各阶段数据、路侧多元感知全要素数据、运营管理服务全流程数据、跨区域跨部门全业务数据的获取难、共享难、融合难是不争事实。其中，既有业务条块化管理、系统设施碎片化建管等现状因素，也有行业标准不统一、技术应用不成熟、业务模式不匹配等问题困扰。总的来说，还是没有形成以数据为核心要素和主要驱动的资源配置及价值创造机制。从业务驱动到数据驱动，从数据资源到数据资产，行业内存在不同认知、理解与实践，说到底，是既有生产关系与新质生产力之间不适应。
例如，从路段层级看，既有收费与监控的业务、系统、数据统筹协同逐渐被异化为某种利益博弈，存在失衡风险；从集团层级看，很少有将可资产化的数据要素集中在“一个篮子”里且完成价值化的案例。因此，推动实现公路全周期“一套模型、一套数据”的数字化转型，迫切需要建立与之相适应的新型生产关系与管理体制机制；更需要以“数据链”为主线，充分融合利用现有数据资源，加快要素化进程，提升配置能力，促进公路资产、承载对象、管理资源、服务要素的数据化运营、智能化升级与云控化应用，实现对实体公路全周期数据应用的自主可控、安全可信。

2

加速建设以智能感知为核心的数字化设施

数字化设施（或称“信息化设施”），能够为公路建设、管理、养护、运营、服务等信息化应用提供基础性、共用性服务保障的监测感知、通信传输、管理服务，以及数字化支撑环境等软硬件设施或系统，是构建数字孪生公路体系的重要基础，也是推动公路数字化转型的关键要素。同样，公路数字化设施特别是管理与服务领域的数字化设施，尚没有真正形成与主体基础设施同等的定位与要求，概念、名称、内容、标准、技术等等，依然处于“百花齐放”“百家争鸣”的状态。随着智慧公路建设，其与主体工程同步设计、同步建设、同步竣工、同步验收的“四同步”原则虽有所推动，但从顶层设计到标准体系，从系统适用到场景应用，依然迫切需要实现全面统筹与集中指导。
《2023中国高速公路信息化发展报告》显示，截至2023年底，我国高速公路视频监测设施共约30万路，主线布设平均密度约1.4公里，全网云联网超过24万路；各类流量监测及车辆感知设施（含ETC门架）接近4万套，覆盖全部基本路段及长大桥隧；恶劣天气监测设施突破5500套，主动安全预警设施近1000套，路侧信息发布设施达到4.6万套。可以看出，如此庞大规模的路侧感知体系，是公路数字化设施的重要组成，也是支撑构建数字孪生公路体系的核心设施。下一步，要进一步充分整合、合理布设沿线各类感知设施获取数据来源，利用摄像机、雷达、气象监测、交通量调查及ETC门架等设施，积极采用车载终端、无人机及第三方感知等数据资源，提升数据融合应用水平，实现全要素动态实时感知，构建智慧路网监测调度体系。

3

打造“实体+数字孪生”的智慧路网平台

打造数字孪生公路体系，要以需求为导向，加快推进数实融合的公路基础设施数字化转型进程，有效提升不同等级、不同层级、不同区域的公路建设水平、管理效率与服务能力，促进实体公路从提供物理通行条件向提供主动安全、车路协同等服务转变；要以技术创新为核心，突破数字孪生公路建设的基础理论与数字孪生关键技术，打造集控制流、信息流与服务流为一体的智慧平台，为行业管理、运营服务、应急保障提供基础支撑，为开展“数字通行应用+全程自由流收费”的线下线上一体化服务提供平台支撑，促使公路出行成为按需获取、信息伴行的智慧出行。
《2023中国高速公路信息化发展报告》显示，截至2023年底，我国已累计建成高速公路“云控平台”（含“智慧大脑”）近60个，累计新改建或在役升级“智慧隧道”近800条，新改建或在役升级“智慧收费站”近1000个。但是，同样有数据表明，今年以来高速公路收费站拥堵情况有所反弹，同口径增长超过80%。这也恰恰反映出，一些公众与专家所质疑的“智慧高速重炫技、做平台、强展示，过于超前植入未来愿景，使之成为不计投入产出比、质效欠佳的花架子，满满的科技智慧没有真正转化为人民群众的体验感”（摘自《新华每日电讯》的《警惕一些“智慧公路”假智慧》）。当然，这样的观点存在一定的两面性，但也说明智慧高速的目标导向和实施路径仍需要进一步完善优化。

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寻求提升路网运行安全与效率的最优解

相较国际领先的主线交通控制与主动安全预警技术应用，我国公路在开展养护施工、应急救援、事故处置，以及风险预警等过程中，受限由于管理体制、运行机制及设施条件等因素困扰，导致对实体公路运行“监”而“不控、少控、难控”的现象仍然较为突出。面对重大突发事件，部省间联动、区域间协同、部门间协作的工作机制与技术支撑仍显不足，缺乏可靠支撑系统及能够保障安全与效率的“最优解”。然而，要破解难题，需要在优先完成重点路段、重要设施数字孪生的基础上，在强大的智能感知体系与智慧路网平台的支撑下，依托物联网、大数据、人工智能、机器视觉及区块链、北斗、5G等技术，提升数字化的路网动态模拟、预警研判、分析决策、智能调度和精准服务能力，突出强化灾害事件中短期及突发临近预警与管控能力，以及关键设施及车辆遇到紧急事件时的风险规避与后向预警能力，在确保安全的情况下寻求重要路段可靠通行的“最优解”。近期，部分路段出现因灾害导致设施严重损毁与人员伤亡的情况，实体公路安全畅通正面临“七下八上”汛期的严峻考验。为此，深入开展大数据AI应用，建立典型分析识别模型，提取计算关键特征要素，强化对设施状态、交通流量、突发事件与车辆特征的全过程监测预警与大数据研判分析，有效预测路网精准态势与未来趋势，高效预警重大突发事件风险概率，智能辅助形成路网运行管控策略，实现用数据去研判、用数据去决策、用数据去指挥，确保科学开展路网运行管理、管控与管制，特别是针对重大公路气象预警开展“应停尽停、应关尽关、应撤尽撤”全过程闭环管理，均需要数字孪生公路体系的有效支撑。

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创新“数字孪生”公路的市场服务新模式

深化数据要素市场改革，努力实现一体化融合发展，进一步降低物流成本、提升运输效率，是建设现代流通体系、畅通国民经济循环、建设全国统一大市场的基础环节和重要依托，需要“破立并举、先立后破”，顺应数字技术广泛应用促进万物互联趋势，推动基础设施数字化改造升级，大力发展新业态新模式。当前，公路数字化转型的“数实融合”模式创新仍是薄弱环节，其中，建设运营模式与市场服务模式是亟须突破的难点与痛点。在数字化设施建管方面，重建设、轻运维，重硬件、轻软件，重技术、轻机制等问题普遍存在；在系统应用方面，服务场景打造不够连贯，功能定位不够聚焦，数据产品内容不够丰富等问题突出，直接影响了数字孪生公路体系的建设成效。
据《数字中国发展报告（2023年）》显示，我国数字经济规模超过55万亿元，核心产业增加值占国内生产总值的比重达10%左右。在高速公路领域，随着数字化转型升级的不断深入，一些地方持续推进高速公路全业务场景、全生命周期、全服务形态的多源数据汇聚，制定数据资产标准规范和管理体系，推动高速数据资产化、合规化与价值化应用。例如：江苏交控的“高速公路收费站开关状态查询数据”在数据知识产权存证登记平台登记成功，标志着数据知识产权实现从“0”到“1”的突破；广东交通集团自主研发的“高速公路重点车辆监控产品、交通流量产品和道路安全产品”等三系列共计11个数据产品，在上海、广州、深圳数据交易所成功挂牌，并完成多笔交易。未来，公路数字化转型将产生海量数据，充分挖掘数据价值，加强大数据融合利用，构建数字化产业生态，培育智慧公路运营商，支撑打造具有国际竞争力的产业集群，是发展壮大公路数字经济的必然要求，更是构建数字孪生公路体系的重要使命。下一步，应以高速公路运营管理单位及信息化服务单位为改革重点，以提升公路基础设施安全效率、打造公路出行服务新模式、培育新型“智慧公路运营商”（或称数字孪生公路运营商）为抓手，加快建设高质量、高标准、高可靠的数字化设施网络，全面建成标准统一、分层解耦、融合集成的数字底座，加速形成资产集中、资源统筹、资本融合的数字化设施建设与运营新模式，构建可支撑“实体+数字孪生”的智慧路网平台，强化数据要素价值深度挖掘与数据产品场景应用。同时，积极对接“车路云一体化”发展战略，推动支撑车路协同的智能化路侧设施和云控平台建设，强化网络化覆盖与协同感知、决策与控制，吸引社会资本积极参与投资智慧公路建设和运营服务，改革高速公路传统运营管理方式。逐步形成以实体公路设施为基础，数字孪生公路体系高度赋能的“数字通行”公路出行新模式，打造若干全国知名的智慧公路运营商，促进规模化示范应用和新型商业模式探索，推动公路数据产业全面发展。为此，要以党的二十届三中全会精神为指引，进一步优化收费站、服务区、桥梁、隧道等关键场景数字化转型与智能化升级方案，突出做好高速公路主线数字化设施网络一体化、标准化建设，充分利用好感知、收费、通信、应急等既有设施并完成智慧化改造，提升智慧路网平台智能研判分析与调度指挥功能，强化为行业管理、运营服务、应急保障提供基础支撑。同时，以推动收费公路政策优化为契机，加快构建“实体公路”和“数字孪生公路”两个体系，加快完善促进公路数字经济发展的体制机制，加快推进数字孪生公路数据要素价值释放，健全与公安、气象、应急、数据、自然资源等部门协同联动管理和服务机制，重点完善公路数字化标准规范体系与实施机制，强化公路数字化设施技术标准跨区域衔接，探索建立数据分类分级确权授权使用、市场化流通等运行机制，积极培育一批智慧公路运营商，推动公路数据技术产品、应用范式、商业模式和制度机制协同创新，为加快建设交通强国、加快建设现代化综合交通体系、加快发展交通运输新质生产力提供有力支撑。