Special Topic Empowering High-Quality Development of Transportation with New Productive Forces

Understanding and Reflection on Smart Highways from Perspective of New Quality Productive Forces

  • WU Zhaohui
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  • China Academy of Transportation Sciences, Beijing 100029, China

Received date: 2024-04-20

  Online published: 2024-06-24

Abstract

The accelerated development of new quality productive forces has injected new vitality into the evolution of smart highways, which serves as a significant application of these emerging forces in the transportation sector. Addressing the current issues in smart highway construction, such as the lack of systematic research on basic theories and insufficient assessment of development trends, this paper, based on an overview of the development situation and requirements of new quality productive forces, utilizes methods such as connotation and extension analysis, the golden circle of thinking model, SWOT analysis, and disruptive innovation identification to explore the basic theories and development trends of smart highways. The paper proposes the essential development goal of "people enjoy travelling and goods flow smoothly" for smart highways, outlines a "two-stage, three-step" strategic deployment, and identifies eight key tasks. It clarifies the promising prospects for the development of smart highways under the new situation and the disadvantages and risks to be avoided. It also forecasts ten emerging directions within new quality productive forces, such as highway traffic models. Finally, eight suggestions for sustainable development are provided, including identifying and cultivating new quality productive forces, focusing on road users′ experience, and innovating investment and financing systems. These suggestions aim to provide theoretical support for the advancement of smart highways in this new era.

Cite this article

WU Zhaohui . Understanding and Reflection on Smart Highways from Perspective of New Quality Productive Forces[J]. Transport Research, 2024 , 10(2) : 20 -32 . DOI: 10.16503/j.cnki.2095-9931.2024.02.003

0 引言

作为交通新基建的重要组成部分,智慧公路已经成为推动公路交通运输数字化转型和高质量发展的重要抓手[1-4]。通过集成先进的信息、通信、传感、控制和人工智能(Artificial Intelligence, AI)技术,智慧公路实现公路交通运输场景中“人-车-路-环境-事件-业务”等多要素的数字化、网联化和智能化,为公路交通运行提供更为安全、高效和便捷的管理与服务。
新质生产力的提出与加速布局为智慧公路的发展带来了新的机遇与挑战。智慧公路是交通运输领域新质生产力的重要应用形态。在新一轮科技革命和产业变革、大国竞争加剧以及我国经济发展方式转型的历史性交汇背景下[5-7],习近平总书记提出了要“积极培育战略性新兴产业,积极培育未来产业,加快形成新质生产力,增强发展新动能”。区别于依靠大量资源投入、高度消耗资源能源的生产力发展方式,新质生产力是以科技创新为主导、实现关键性颠覆性技术突破而产生的生产力,是摆脱了传统增长路径、符合高质量发展要求的生产力,是数字时代更具融合性、更体现新内涵的生产力。
围绕智慧公路建设,各省市开展了不同类型不同程度的实践[8-9]。北京市2023年持续优化90条信号绿波带,新增接入1 000处信号灯联网,显著提升了交通信号管理的智能化水平。上海加大交通运输数据共享力度,完善长三角交通管理,同时开工建设了4 500个公共停车位,进一步便利了市民的出行。江苏、浙江等省份也在积极推进智慧高速项目,如江苏的通锡高速南通方向、浙江的杭绍甬高速等,通过引入先进的信息技术和智能设备,实现了对公路运行状态的实时监控和智能管理。山东、四川、重庆、甘肃、云南等地集成应用各类信息技术,赋能高速公路(系统)的管理与服务。山东、北京重视构建“建管养运服”全过程数字化和智能化的智慧高速公路。四川、重庆、甘肃强调公路交通运输场景中的智慧管理和服务。各省市在智慧公路建设方面已经取得了实质性进展,为构建高效、智能、绿色的现代交通体系奠定了坚实基础。
通过示范实践,为我国智慧公路建设积累了宝贵经验,同时也暴露出投资成本过高、技术展示过多、投入产出比低、群众获得感不强等问题。总结起来,目前存在以下两方面的不足:①缺少对智慧公路基础理论的系统解读,尚未形成对智慧公路的普遍共识;②缺少新质生产力发展背景下,对智慧公路发展态势的进一步分析。
针对以上问题,本文在概述新质生产力基础理论的基础上,对智慧公路的内涵与特征进行分析,利用黄金思维圈模型对智慧公路发展的目标、路径和任务依次分析,形成对智慧公路基础理论的系统解读;基于SWOT(Strengths, Weaknesses, Opportunities, Threats)矩阵对新质生产力发展背景下智慧公路的发展态势进行全面分析,以明确智慧公路的优势、劣势、机会和威胁。最后,对当前智慧公路建设场景中的新质生产力萌芽进行辨识,并给出新质生产力发展视域下智慧公路发展的具体建议。

1 新质生产力理论概述

2023年9月,习近平总书记在黑龙江考察调研期间首次提出了“新质生产力”的概念,这一生产力理论随后被不断丰富并持续深化。从定义上讲[6-7],新质生产力是创新起主导作用,摆脱传统经济增长方式、生产力发展路径,具有高科技、高效能、高质量特征,符合新发展理念的先进生产力质态。从内涵上讲[10],新质生产力由技术革命性突破、生产要素创新性配置、产业深度转型升级催生,以劳动者、劳动资料、劳动对象及其优化组合的跃升为基本内涵,以全要素生产率大幅提升为核心标志,如图1所示。新质生产力的特点是创新,关键在质优,本质是先进生产力。区别于传统生产力依赖投资驱动、劳动力驱动和土地要素驱动,呈现相对粗放的特点,新质生产力具备高科技、高效能、高质量的特点,强调创新驱动,优化资源配置,提升生产效率。
图1 新质生力的内涵示意图
发展新质生产力,关键在创新[10-11]。科技创新能够催生新产业、新模式、新动能,是发展新质生产力的核心要素。发展新质生产力必须加强科技创新特别是原创性、颠覆性科技创新,加快实现高水平科技自立自强,打好关键核心技术攻坚战,使原创性、颠覆性科技创新成果竞相涌现,培育发展新质生产力的新动能。通过科技创新,推动产业创新,进而带动商业繁荣,要及时将科技创新成果应用到具体产业和产业链上,改造提升传统产业,培育壮大新兴产业,布局建设未来产业,完善现代化产业体系。
高质量发展需要新的生产力理论来指导,而新质生产力已经在实践中形成并展示出对高质量发展的强劲推动力、支撑力,为中国式现代化建设提供了新的高质量发展路径。发展新质生产力要求围绕推进新型工业化和加快建设制造强国、质量强国、网络强国、交通强国和数字中国等战略任务,科学布局科技创新、产业创新。在交通运输领域,新质生产力的发展为“人民满意、保障有力、世界前列”的交通强国建设提供技术支撑和发展动能[11]。通过引入先进的信息技术、智能装备和创新管理模式,新质生产力不仅可以提升交通运输系统的智能化、高效化、绿色化水平,满足人民群众对便捷、安全、舒适出行的需求,还为交通强国建设提供有力保障,推动交通基础设施的现代化和运输服务质量的提升。同时,交通强国建设也为新质生产力的发展提供广阔的应用场景和市场需求,促进科技创新和产业转型升级,形成良性互动的发展格局,共同助力实现交通强国的战略目标,实现“人畅其行、货畅其流”,全面服务和保障社会主义现代化强国建设。

2 智慧公路的内涵与特征

智慧公路是我国公路交通运输实现数字化转型、智慧化升级的重要抓手,符合交通强国和数字中国等战略任务的建设要求,是新质生产力在公路交通领域的重要体现。目前行业围绕智慧公路开展了广泛试点与实践,在技术验证、全息感知等方面取得了较好的成效,但仍存在缺少理论共识、投资回报路径不明确、标准规范缺乏等问题。为统一认识、指导实践,中国工程院立项开展了重大战略研究与咨询项目“智慧公路发展战略研究”,本章节关于内涵特征的论述均直接引用自该项目研究成果《智慧公路发展战略研究》(上下册)[1-2]
智慧公路[1-4]是指以安全、高效、创新、可持续发展为目标,融合应用大数据、云计算、物联网、AI等新一代信息技术和智能装备、新能源等技术,具有实时感知、泛在互联、融合计算、自主决策、智能协同、服务触达等能力,实现公路建设、运营、养护、服务智慧化的新一代公路系统。从特点上看,智慧公路是以新发展理念为指导,充分融合运用新一代信息技术等创新技术,具备显著智慧功能表征,贯穿于公路建设、管理、养护、服务全生命周期的公路管理服务系统。典型的智慧公路应具备以下6种主要功能特征:实时感知、泛在互联、融合计算、自主决策、智能协同和服务触达[1-3],如图2所示。在智慧公路工程的具体设计与实施中可根据自身实践需求,调整各功能特征的实现程度。
图2 智慧公路的内涵与外延
在新质生产力发展背景下,智慧公路与新质生产力的发展理念具有显著的相符性,如图2所示。从外延来看,智慧公路是公路交通领域数字化技术创新起主导作用,摆脱传统公路发展模式,具有高技术、高效能、高质量特征的新一代公路系统,是公路数字化转型升级的重要创新产品,是交通运输领域新质生产力的重要应用形态。

3 智慧公路发展战略的黄金思维圈分析

黄金思维圈概念源自西蒙·斯涅克(Simon Sinek)的著作Start With Why。这一思维模型的本质是一种同心圆层级理论[13],如图3所示,它揭示了人们在思考问题和解决问题时,应该遵循“从内到外、从本质到表象”的逻辑顺序和思维模式,即:首先思考问题的核心理念或目的(Why),然后探究实现这些理念或目的的方式和方法(How),最后才落实到具体的行动和结果(What)。区别于“What-How-Why”的思维模式,黄金思维圈模型有助于人们更深入地理解问题的本质,避免迷失在具体的任务中,从而找到更加精准有效的解决方案。
图3 智慧公路发展黄金思维圈模型分析
图3所示,利用黄金思维圈模型对《智慧公路发展战略研究》(上下册)[2]中论述的智慧公路发展战略进行分析,通过一个清晰的分析框架,依次明确“为什么”“如何做”和“做什么”,始终把握智慧公路发展的本质,更加深刻地理解智慧交通发展的目标、途径和任务,推动我国智慧公路的发展。

3.1 智慧公路发展为什么(Why)?

Why是思考智慧公路发展的核心理念或目的。2023年9月25日,国家主席习近平向全球可持续交通高峰论坛致贺信指出:“建设安全、便捷、高效、绿色、经济、包容、韧性的可持续交通体系,是支撑服务经济社会高质量发展、实现‘人享其行、物畅其流’美好愿景的重要举措。”智慧公路发展的第一性原理是公路交通运输场景中“人享其行、物畅其流”。牢记“人民交通为人民”的宗旨,围绕这一美好愿景,我国智慧公路建设的必要性立足于以下3个方面。
1)公路高质量发展的客观要求
截至2022年底,中国公路网里程已达到535万公里,其中高速公路通车里程17.7万公里。对于规模如此庞大的公路系统,其运行效率、服务水平、安全保障能力、经济性,直接关系到整个交通运输系统乃至国民经济的可持续发展。当前我国公路自身发展存在安全隐患风险较多、路网通行效率不高、服务水平不高、管理协同性较差、路网协同性较弱等问题,并面临建设与养护资金短缺、资源环境约束与路网规模扩张的矛盾、新能源新技术发展适应性不足、应急响应能力有待提升等诸多挑战,亟需新的高质量发展模式。从传统公路、近代公路到现代公路的演进来看,建设安全、高效、创新、可持续的智慧公路是当前公路高质量发展的客观要求。
2)智能公路技术发展的必然趋势
从技术演进规律来看[1-4],自20世纪90年代初智能交通在我国开始应用,经历了培育阶段(1993—2000年)、推进阶段(2001—2015年)和提升阶段(2016年至今),已经得到了快速发展。自2010年我国引入“智慧交通”概念后,卫星定位、移动通讯、大数据、云计算、物联网、AI等信息技术的快速发展,推动了智能公路发展理念、关键技术和应用领域的变化,智能交通的内涵和外延也发生了很大的变化。由“单一目标、单一闭合体系、辅助决策、管理为王”的传统智能交通,向“综合目标、开放体系、双循环体系、自主决策、用户至上”的智慧交通演变。发展智慧公路是把握智能公路技术发展趋势、抢占新兴领域技术高地、始终保持技术先进性的必然选择。
3)国家发展与重大战略布局要求
智慧公路建设是满足国家发展与重大战略布局需要的必然选择,其根本目的是保障公路交通运输场景中“人享其行、物畅其流”。交通强国、科技强国、网络强国、数字中国等战略目标要求大力发展智慧交通,建设智慧公路,大力推动新基建、发展数字经济。智慧公路发展持续推动交通强国建设“人民满意、保障有力”目标的实现,并支撑数字中国建设中公路交通运输场景的数实融合与创新发展。

3.2 智慧公路发展如何做(How)?

How是探究实现智慧公路理念或目的的方式和方法。围绕怎样建设智慧公路,中国工程院等科研机构的专家学者经过深入研究,已经提出了我国智慧公路发展的总体思路、基本原则、目标与“两阶段三步走”的战略部署[1-3]
1)总体思路:按照新发展理念和可持续交通的要求,坚持目标导向和需求导向相结合,坚持理念创新和科技创新,坚持分类施策,循序渐进,逐步建立完善标准规范体系,加强示范试点,构造协同创新发展生态,建设安全、高效、创新、可持续的具有中国特色、世界领先的智慧公路体系。
2)基本原则:全网统筹,分类施策;协同共享,一体高效;自主创新,迭代演进;融合发展,产业带动。
3)发展目标:我国智慧公路的发展目标分为2023—2035年、2035—2050年两个阶段,按照“三步走”进行部署,即近五年(到2028年)、到2035年、到2050年三步走,概括起来为“两阶段三步走”的战略部署,如图4所示。
图4 智慧公路发展“两阶段三步走”战略部署
第一步:计划用5年的时间(到2028年),完善顶层设计,建立发展架构体系,解决好重点方向、领域的突出问题,建立标准规范体系,深入开展示范试点,智慧公路建设取得初步成效。
第二步:到2035年,实现智慧公路技术在路网广泛应用、数智驱动管理服务能力全面提升,创新驱动成效显著,建成区域级智慧路网,公路在综合运输体系中的基础、骨干作用更加明显。
第三步:到2050年,全面建成智慧路网,智慧技术支持公路全要素、全流程、全场景、全天候应用,智慧公路技术世界领先,关键技术全面自主可控,智慧公路数智产业对国民经济贡献显著。
通过以上战略部署的实施,实现我国智慧公路体系由爬行、慢走、快走、奔跑到起飞,即量变引起质变,在新的起飞点上继续发展。

3.3 智慧公路发展做什么(What)?

What是落实到具体的行动和结果。智慧公路发展需要实施的内容包括两个部分。
一是技术供给侧持续提升智慧公路实时感知、泛在互联、融合计算、自主决策、智能协同、服务触达等6项基础能力。通过布署传感器网络实现实时感知交通状态;利用5G等通信技术实现泛在互联,确保信息畅通无阻;借助云计算平台进行融合计算,整合处理海量数据;运用机器学习算法进行自主决策,优化交通管理;通过智能协同系统提升交通效率与安全性;最终,通过服务触达机制,为公众提供便捷、高效的出行服务。
二是业务实施侧推动落实8个方面的重点任务[1-2],如图5所示,包括:推进公路智慧化建造,实现基础设施数字化管理;发展车路协同自动驾驶系统,提升交通智能化水平;建立新一代公路智能税费征收系统,实现公平合理的税费征收;实施智慧养护,提升公路养护效率和质量;打造智慧服务区,提供便捷舒适的出行服务;构建智慧安全应急体系,保障公路交通安全;推进智慧公路“四网融合”,形成交通、能源、信息、服务一体化的新型公路基础设施网络。这些任务的实施将推动我国智慧公路建设的全面发展,提升公路交通的智能化、绿色化、安全化水平。
图5 智慧公路建设重点任务思维导图
综上所述,黄金圈法则提供了一个清晰的分析框架,有助于深入理解智慧公路发展的目标、途径和任务,可以更好地锚定智慧公路发展的核心目标,支撑服务好经济社会高质量发展大局,推动实现“人享其行、物畅其流”美好愿景。

4 新质生产力发展背景下智慧公路发展态势分析

采用SWOT矩阵[14]对新质生产力发展背景下智慧公路发展态势进行分析。SWOT是一种经典的战略规划工具,用于评估一个组织、项目或产品的内部优势(Strengths)、内部劣势(Weaknesses)、外部机遇(Opportunities)、外部威胁(Threats)。通过“收集信息—识别优势—识别劣势—识别机会—识别威胁—制定战略”的步骤来全面分析智慧公路行业所面临的内外部因素,制定相应的发展战略、改进计划或应对策略。
图6为智慧公路发展SWOT矩阵分析示意图。
图6 智慧公路发展SWOT矩阵分析示意图
下面使用SWOT矩阵从优势、劣势、机会、威胁4个方面对智慧公路发展态势进行分析。
一是内部优势(Strengths)。识别智慧公路行业内部存在的积极因素[1-4,8 -9],这些优势有助于组织在竞争中脱颖而出,实现其目标。智慧公路发展的内部优势可以概括如下。
1)超大规模路网优势:截至2022年底,我国公路总里程达到535万公里,稳居世界第一。
2)有效市场潜力巨大:公众对出行的需求日益多样化、个性化,对交通出行的便捷性、安全性、舒适性提出了更高的要求,智慧公路市场前景广阔,可以预见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。
3)行业政策支持明确:《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》等明确提出要大力发展智慧交通,为智慧公路的发展提供了良好的政策环境。
4)智慧应用场景丰富:公路交通运输高质量发展实践中,公路自动驾驶、车路协同、AI出行伴随式服务等数实融合应用场景丰富。
5)企业转型需求旺盛:行业拥有一批出色的从业企业,企业对数字化转型与可持续发展有着明确的需求。
6)技术创新持续涌现:聚焦智慧公路建设中的具体问题,技术创新持续涌现,已开展多轮多层次的试点示范,积累了经验、总结了教训,行业技术创新与示范实践形成良性互动、螺旋上升的良好局面。
7)新型举国体制优势:凝聚和集成国家战略科技力量、社会资源共同攻克重大科技难题,同时也是加快形成新质生产力的制度保障。
8)投融资政策新体系:智慧公路一次性投资建设的资金需求较大,在运营期,设施设备运维投入高、更新迭代快,持续性资金投入需求明显,政府持续创新构建交通新基建投融资政策体系,以适应新形势下智慧公路运营、养护的资金需求。
9)公路数据要素优势:公路交通基础设施数字化、交通运行监测、公路客货运过程跟踪都将产生海量时变多模态数据,数据作为要素,在智慧公路建设和发展中将持续发挥价值。
10)行业从业人员众多:公路交通领域从业人员众多,涉及专业面广、专业性强、分工精细化程度高,为智慧公路建设提供了人力资源保障。
二是内部劣势(Weaknesses)。识别智慧公路行业内部存在的消极因素[7-8,11],这些劣势可能会限制组织的发展,甚至对组织的生存构成威胁。智慧公路发展的内部劣势可以概括如下。
1)投资回报不确定:智慧公路的建设和运营需要大量的资金投入,包括基础设施建设、设备购置、系统维护等,但投资回报模式不明确,企业降本增效显性价值体现不足,规模化生产降低成本的技术路径尚不清晰。
2)群众的获得感不强:智慧公路为交通参与者提供服务的方式有待改进,质量有待提升,距离群众对智慧出行服务的期待还有较大差距。
3)复合型人才仍短缺:智慧公路的发展需要跨学科、跨领域的复合型人才,但目前这类人才相对短缺,难以满足智慧公路发展的需求。
4)关键技术存在瓶颈:尽管技术不断创新,但在某些领域仍存在技术瓶颈,如自动驾驶技术的成熟度、车路协同的可靠性等,这些技术瓶颈限制了智慧公路的发展速度。
5)核心软件受制于人:交通仿真、BIM、数值仿真、工业控制等核心软件、工具仍受制于人。
6)传统管理服务惯性:智慧公路的发展必然会带来对传统公路管理与服务模式的挑战,传统公路管理与服务模式的惯性会一定程度地阻碍智慧公路的发展。
7)顶层设计存在不足:目前各省(自治区、直辖市)出台的智慧公路建设指南参差不齐,缺乏对智慧公路领域基础理论的系统研究,亟需总结成果与教训,形成统一有序、考虑差异、兼容并包的顶层设计,并打通效果评估与反馈优化的迭代回路。
8)数据价值有待提升:智慧公路建设与运营产生的海量数据要素尚未发挥足够价值,并存在数据安全风险。
9)法律伦理存在挑战:智慧公路的发展会打造新的技术应用场景,同时会带来AI应用伦理、数据搜集与隐私保护等方面的诸多挑战。
10)标准化个性化冲突:智慧公路涉及的场景复杂、需求多样、要素众多,在建设与管理中存在标准化、规模化推广与个性化特色打造、个性化服务提供的冲突。
三是外部机会(Opportunities)。识别外部环境中的积极因素[14-15],这些机会可以为组织带来新的发展空间和增长点。智慧公路发展的外部机会可以概括如下。
1)人民群众的美好向往:人民交通为人民是交通运输发展的根本定位,人民群众对“人享其行,物畅其流”的美好愿望是智慧交通发展的不竭动力。
2)中国式现代化的需要:加快构建现代化公路基础设施体系,为经济社会发展提供更加便捷、高效、安全的交通保障。
3)新质生产力的实践:新质生产力的提出与发展为智慧公路建设带来了以科技创新为核心,推动行业升级和生产力现代化的重要机遇,智慧公路是交通运输领域新质生产力的重要应用形态。
4)新发展格局的需要:构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局,要求智慧公路在促进区域协调发展、优化产业布局、提高经济效率等方面发挥更大的作用。
5)数字经济的快速发展:数字经济、数字中国、新基建的快速发展为智慧公路建设带来了技术革新、数据驱动和智能化升级的广阔空间。
6)自动驾驶日趋成熟:自动驾驶汽车、新能源汽车等载运工具类产品持续迭代更新,自动驾驶技术趋于成熟。
7)人工智能持续突破:通过应用先进的AI算法和模型,智慧公路能够实现更高效的路况监测、更精准的交通流量预测、更智能的驾驶辅助以及更安全的应急处置。这不仅提升了公路交通的运行效率和安全性,还极大地优化了用户体验,推动了交通行业的智能化和现代化发展。
8)国际合作深入开展:随着全球化的深入发展,国际合作成为推动智慧公路发展的重要途径。通过加强与国际先进企业的合作与交流,可以引进先进技术和管理经验,提升我国智慧公路的发展水平。
四是外部威胁(Threats):识别外部环境中的消极因素[16-18],这些威胁可能会对组织的生存和发展造成不利影响。智慧公路发展的外部威胁可以概括如下。
1)全球经济下行:全球经济下行导致交通需求减少,从而影响智慧公路的市场需求。如果市场需求不足,可能会导致智慧公路项目的收益下降,进一步影响项目的投资回报和可持续性。
2)资金支持缺乏可持续性:资金不足可能导致项目中断、技术升级滞后以及维护管理不善,从而影响智慧公路系统的整体性能和长期效益。
3)核心技术的成熟度不足:核心技术的不成熟,会使智慧公路建设面临技术难题,还会影响智慧公路的推广和应用,限制其在更大范围内的应用和发展。
4)政策环境的稳定性不足:政策环境的变化可能会对智慧公路的发展产生影响。如果政策发生变化,政府减少对智慧公路的投入或支持力度减弱,可能会对智慧公路的发展产生不利影响。
5)技术工具封锁:核心软件、技术与工具的封锁,可能导致我国在智慧公路建设中难以直接获得国外最先进的技术、设备和解决方案,这在一定程度上会延缓我国智慧公路建设的步伐,增加技术创新的难度。
6)交通方式替代:综合交通的发展,会一定程度降低公路交通的分担率。随着技术的不断进步,新的交通出行方式可能会替代传统公路交通,如无人驾驶飞行器、磁悬浮列车等,这对智慧公路的发展构成了一定的威胁。
7)期望过高影响信心:过高的期望可能导致实际建设进度和成效与群众预期产生落差,从而引发社会舆论压力,甚至对智慧公路的建设产生负面影响。
8)数据要素安全:数据安全不仅关系到智慧公路系统的可靠性和稳定性,还影响着公众对智慧公路的信任度和接受度。
通过WO分析(扭转型战略)可知:①用加快新质生产力发展来解决智慧公路建设中存在的“卡脖子”问题;②通过创新服务模式、明确投资回报模式来提升人民群众的获得感;③通过加快推进公路领域数实融合来提升公路数据要素价值。
通过WT(防御型战略)分析可知:①需开展智慧公路投融资政策体系专项研究以规避风险;②需开展基础理论研究和核心技术攻关以提升技术成熟度,提升科技自立水平;③需持续跟踪低空飞行、管道交通等未来交通发展动态,并加强对智慧交通服务模式和预期成效的宣传。
通过ST(调整型战略)分析可知:①通过推动有为政府与有效市场相结合,加快形成多元化、市场化、专业化的投融资体系,解决资金支持的可持续性问题;②通过开展试点、示范并建立容错机制,形成技术创新与工程实践的良性互动,推动技术成熟;③通过新型举国体制、超大规模路网、超大规模潜在市场等优势,突破技术封锁,保持科技自立,保障政策的稳定性和动态适应性。
通过SO(增长型战略)分析可知:①通过推动公路交通数实融合,助力行业企业数字化转型,实现短期降本增效和长期提升自主研发能力的转型目的;②通过加强新质生产力在智慧交通建设中的创新与实践,推动技术创新驱动产业创新进而驱动商业创新的持续迭代,并孵化出新的新质生产力;③通过开展自动驾驶、AI应用等试点示范,发挥数据要素价值,创新服务模式,打造高性价比、可持续性的智慧公路技术路线与发展模式,满足人民群众对美好生活的向往。
综上所述,新质生产力发展背景下智慧公路发展战略的SWOT分析表明,虽然智慧公路发展面临着经济下行、资金不可持续、技术封闭等劣势和投资回报不清、获得感不强、技术“卡脖子”等威胁,但凭借核心技术自主创新、稳定的政策推动和超大规模市场需求等优势,以及新质生产力发展、产业融合、国际合作和市场需求增长等机遇,智慧公路的发展前景仍然十分广阔,应充分发挥优势、克服劣势、把握机会、应对威胁,推动智慧公路持续健康发展。

5 智慧公路建设场景中新质生产力萌芽展望

发展新质生产力,关键在创新。新质生产力视域下的创新,不是普通的科技进步,也不是边际改进,而是具有颠覆性的科技创新。黄奇帆[20]提出的颠覆性科技创新辨识标准如图7所示,至少应满足以下标准中的一项:①新的科学发现,即从0到1、从无到有的,对世界有新理解的重大发现;②新的技术突破,即在原理、路径等方面完全不同于现有的技术路线,却能够对原有的工艺、技术方案进行替代的技术;③新的生产工具,因为工具的革新将带来效率提升和成本下降;④新的生产要素,因为新要素介入使生产函数发生新变化,规模经济、范围经济、学习效应会产生新的交叉组合和融合裂变;⑤新的产品和用途,如智能手机的出现之于当时就是颠覆性的创新。
图7 颠覆性科技创新的辨识标准[20]
基于以上标准,对当前智慧公路建设场景中存在的颠覆性科技创新进行展望,可能存在如下一些新质生产力的萌芽。
1)新的科学发现
①新材料的发现与应用:发现适用于道路工程的新材料及其适配技术,研发能够替代传统化石能源、减少矿产资源开发的绿色材料,如生物质胶结料、固废基胶凝材料、环境友好型路面材料等;发现能够感知环境变化、响应外部刺激并自适应调整的智能材料,如自净化、自融雪、自供能、自愈合路面等,提高公路的耐久性和安全性。
②自主进化的养护决策模型:发现不同扰动条件下道路性能衰变规律,获取环境、荷载、道路结构动态响应和表面功能等多源海量数据,构建具有自主学习和进化能力的养护决策模型,不断适应新的环境和条件,准确评估道路服役状况、预测养护需求、制定养护方案、优化养护计划,提高养护决策的科学性。
2)新的技术突破
①全自动驾驶技术成熟与规模应用:自动驾驶汽车的普及和应用将彻底改变交通出行方式,提高交通效率和安全性。
②数字孪生公路与实体公路同步建设:在建成安全、便捷、高效、绿色、经济的实体公路的同时,构建其数字孪生公路[21-22],在虚实映射、模拟择优、双向互动的持续迭代中,实现虚实融合、以虚控实的精细管理与精心服务。
3)新的生产工具
①智能建造机械:使用无人驾驶、自动化和远程控制的智能建设机械,提高公路建设的效率和质量,降低人力成本和安全风险。
②建养一体的装配式智造:利用先进的数字化技术和智能制造技术,实现公路装配式构件的精准设计、高效制造、快速施工和智能养护,极大地提高公路建设的效率和质量。
③公路交通大模型:通过深度学习和大数据分析,形成服务于公路全生命周期全业务链条的专用大模型,作为新的生产工具,提升公路交通运输的管理能力与服务水平。
4)新的生产要素
①数据要素×公路交通运输:数据要素的融入,赋能交通运输行业的实体运营,还为其决策与监管层面带来了革命性的变革;数据驱动的决策支持系统能够帮助管理者精准识别市场需求变化、资源瓶颈、效率短板等关键信息,为政策制定、规划优化、投资决策等提供科学依据。
5)新的产品和用途
①电动汽车无线充电:利用无线充电技术为行驶过程中的电动汽车充电,提高充电效率和便捷性,促进电动汽车的普及和应用。
②交旅融合的出行即服务(Mobility as a Service, MaaS):利用手机、智能汽车、增强现实眼镜等终端设备,通过移动互联网、大数据技术和人工智能模型为公众提供实时交通信息、旅游信息、路况预测、出行建议等伴随式服务,提高出行效率和体验。
在可以预见的未来,随着技术的不断进步和融合,智慧公路的建设与发展中将出现出更多颠覆性创新。

6 新质生产力发展视域下智慧公路发展建议

智慧公路是交通运输领域新质生产力的重要应用形态,在新质生产力加速布局背景下,智慧公路的发展同样具有巨大的潜力和广阔的前景。本文结合黄金圈模型分析、SWOT分析和智慧公路潜在颠覆性创新展望,对于智慧公路可持续发展给出如下建议,以期促进智慧公路的持续健康发展,提高公路交通的智能化水平,为经济社会发展提供有力支撑。
1)政府出台指导文件
建议国家层面或部委出台发展智慧公路的指导性文件或顶层设计方案,明确智慧公路的发展目标和实施路径,明确数字化基础设施、车路协同自动驾驶、新一代公路智能税费征收系统、智慧养护、智慧服务区、智慧安全应急、“四网融合”等重点建设内容。
2)强化技术创新,培育新质生产力
积极探索AI、全自动驾驶、智能建造、数字孪生、“车路云一体化”等新质生产力萌芽在智慧公路的应用,围绕BIM、智能建造、路域安全与应急保障、自由流收费、车路协同、自动驾驶、新能源应用、高精度定位导航服务等重点领域,大力开展应用基础研究、前瞻性技术研究,实现关键核心技术自主可控。
3)建立健全协同推进机制
建立健全中央与地方之间、中央各部门之间协同推进机制,协调解决智慧公路规划、建设、运营等关键问题,协调完善跨部门标准互认、资源共享等重大机制。创新智慧公路运营模式,引导市场主体转变角色。
4)注重道路使用者体验
在智慧公路的建设过程中,注重提升道路使用者的体验。构建智慧公路服务体系,提供便捷、安全、舒适的出行服务,提高用户满意度。拓展智慧公路在物流、旅游、智慧城市等领域的应用,提高智慧公路的综合效益。通过优化交通流组织、提供便捷的出行服务等方式,让公众能够切实感受到智慧公路带来的便利和舒适。
5)开展科学评估,注重实效
在智慧公路场景解决方案的制定过程中,应注重实际效果,不盲目追求新技术。应根据实际情况和需求,选择合适的技术和方案,确保智慧公路的建设能够真正解决实际问题。建立智慧公路建设成效评估体系,形成设计、评估、反馈、优化的持续迭代。
6)急用先行,加快研制标准规范
加强标准规范研究编制,加快技术创新成果的转化,有计划、有重点地指导智慧公路建设标准研制工作的开展,满足研发、建设、运行、示范等需求,形成层次清晰、框架合理、统一协调、科学衔接、先进适用的高质量标准规范体系。
7)创新构建智慧公路投融资政策体系
智慧公路一次性投资建设的资金需求较大,在运营期,设施设备运维投入高、更新迭代快,持续性资金投入需求明显。传统交通基础设施投融资体系难以适应交通新基建的发展需要。必须立足智慧公路的基本属性和投融资特点,推动有为政府与有效市场相结合,加快形成多元化、市场化、专业化的投融资体系。
8)促进产业融合,构建产业生态
推动智慧公路与新一代信息技术、新能源汽车、智能制造等产业的深度融合,形成产业协同发展的新格局。加强国内外合作,构建智慧公路产业生态体系,形成包括技术研发、设备制造、系统集成、运营服务等在内的完整产业链。

7 结束语

新质生产力是创新起主导作用,摆脱传统经济增长方式、生产力发展路径,具有高科技、高效能、高质量特征的先进生产力质态。智慧公路是交通运输领域新质生产力的重要应用形态。针对目前智慧公路发展中存在的缺少对智慧公路基础理论的系统解读、新质生产力发展视域下智慧公路的发展态势分析不足等问题,本文在明确背景、目标与要求的基础上,利用内涵外延分析、黄金思维圈模型、SWOT态势分析、颠覆性创新辨识等方法对新质生产力视域下智慧公路发展的理论与态势进行分析。主要结论如下:
1)在解读智慧公路的定义与实时感知、泛在互联、融合计算、自主决策、智能协同、服务触达等6项基础功能特征的基础上,通过黄金思维圈模型对智慧公路发展战略由内而外的分析,明确智慧公路“人享其行、物畅其流”的本质发展目标、“两阶段三步走”的战略部署和8个方面的重点任务,形成对智慧公路基础理论从本质到表象的系统解读。
2)通过SWOT态势分析可知,虽然智慧公路发展面临着经济下行、资金不可持续、技术封闭等劣势和投资回报不清、获得感不强、技术“卡脖子”等威胁,但凭借核心技术自主创新、稳定的政策推动和超大规模市场需求等优势,以及新质生产力发展、产业融合、国际合作和市场需求增长等机会,智慧公路的发展前景仍然十分广阔。
3)利用颠覆性技术创新识别方法,对当前智慧公路建设场景中的新质生产力萌芽进行辨识,包括:新材料的发现、自主进化的养护决策模型、全自动驾驶技术成熟、数字孪生公路、智能建造机械、装配式智造、公路交通大模型、数据要素×公路、电动汽车无线充电、交旅融合MaaS等,应加强对这些萌芽的培育和孵化。
4)综合黄金思维圈模型分析、SWOT态势分析和新质生产力萌芽辨识结果,给出了出台指导文件、辨识并培育新质生产力、建立健全协同机制、注重道路使用者体验、开展建设效果科学评估、研制标准规范、创新投融资体系、促进产业融合等8条促进智慧公路可持续发展的建议。
下一步的研究工作可以从交通运输领域新质生产力辨识与应用场景预测、智慧公路建设成熟度评价方法等方面展开。

本文关于智慧公路内涵特征与发展战略部分论述来自《智慧公路发展战略研究》(上下册)和中国公路学会翁孟勇理事长的系列讲话。感谢翁孟勇理事长对本文的指导。

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