多源感知驱动的高速公路路网监测预警数字化转型及工程应用
 
 摘要
 
高速公路路网监测预警的数字化转型是交通基础设施现代化建设的核心命题。本文在分析传统监测模式局限性的基础上，系统阐述了多源感知驱动的技术内涵与体系架构，提出“空—天—地—地下”四维多源感知融合的数字化监测预警体系。研究表明，单一传感器在采集数据单一性、环境适应性、检测盲区等方面存在固有局限，而多源感知通过整合视频监控、雷达探测、无人机巡检、物联网传感、卫星遥感等多元数据，可实现从“被动响应”到“主动预警”的质变。结合江苏“一路三桥”智慧扩容、湖北“云端鹰眼”无人机巡查、广西AI预警平台、大连“空—天—地—地下”多源监测网等典型工程案例，论证了多源感知驱动下的监测预警系统在实际应用中取得的显著成效。在此基础上，本文从数据融合、智能决策、标准规范三个维度探讨了数字化转型的深化路径，以期为高速公路路网监测预警的智能化升级提供参考。
 
关键词：多源感知；高速公路；路网监测；预警；数字化转型
 
 
 一、引言
 
截至2025年底，我国高速公路里程已达19.94万公里，路网规模持续扩大。与此同时，高速公路日均交通流量持续攀升，部分繁忙路段在高峰时段的断面流量已超过设计饱和流量的两倍。路网规模的扩张与交通密度的增加，使高速公路运营管理面临前所未有的安全压力——恶劣天气下的行车风险、基础设施的老化病害、突发事件的快速响应等，都对路网监测预警能力提出了更高要求。
 
传统的高速公路监测预警主要依赖人工巡查、定点监控和事后分析，存在信息采集不全面、数据响应滞后、风险识别精度不足等突出问题。正如建筑技术开发曾刊文指出的，交通基础设施的监测正在从“单一指标检测”走向“多源数据融合分析”，其核心转变在于从关注“某个点是否异常”升级为研判“整个系统是否健康”。随着物联网、人工智能、北斗导航、无人机等技术的快速发展，多源感知正在成为推动高速公路路网监测预警数字化转型的关键驱动力。
 
多源感知的核心逻辑在于：通过整合来自不同技术手段、不同空间尺度、不同时间维度的感知数据，形成对路网运行状态的“全息画像”，从而实现对异常事件的早发现、早预警、早处置。机器人产业曾刊文指出，随着机器人产业和人工智能技术的发展，巡检机器人在公路隧道的应用尝试正在增多，为传统人工巡查难以覆盖的盲区提供了智能化解决方案。本文旨在系统探讨多源感知驱动的高速公路路网监测预警数字化转型路径，梳理关键技术体系，并结合典型工程案例论证其实践价值，以期为高速公路智能化运营管理提供参考。
 
 二、传统监测预警模式的局限与转型需求
 
 2.1 传统模式的主要困境
 
传统高速公路路网监测预警模式主要面临三重困境。感知维度单一是首要问题。传统模式主要依赖视频监控和人工巡查，视频监控受光照、天气条件影响显著，夜间和雨雾天气下的识别能力大幅下降；人工巡查则受限于巡查频次和覆盖面，难以实现对全路网的无死角、不间断监控。单一传感器往往存在采集数据单一、使用条件限制、稳定性差、检测盲区等缺点。正如有研究所指出的，当前已有的态势感知体系普遍面临两大核心问题：低密度感知设备模式下数据容易滞后，难以实时反映道路通行状态。
 
数据响应滞后是另一突出短板。传统模式下，从异常事件发生到被发现、上报、处置，往往需要经历较长的信息传递链条，预警响应时间难以满足快速处置的需求。信息孤岛现象同样制约着监测预警效能的发挥。视频监控、交通流量检测、气象监测、结构健康监测等系统各自独立运行，数据互不贯通，难以形成综合研判能力。
 
 2.2 数字化转型的政策驱动
 
国家层面已将交通基础设施数字化转型升级提上重要议程。财政部、交通运输部联合印发的《关于支持引导公路水路交通基础设施数字化转型升级的通知》（财建〔2024〕96号）明确提出：自2024年起，通过3年左右时间，支持30个左右的示范区域，力争推动85%左右的繁忙国家高速公路实现数字化转型升级。在安全增效方面，要求实现突发事件应急响应效率提升30%左右。交通运输部印发的《公路“一张网”出行服务数字化建设基本功能要求（试行）》进一步部署了推动公路交通基础设施数字化转型升级的具体工作。这一系列政策文件的出台，为高速公路路网监测预警的数字化转型提供了明确的制度框架和行动指南。
 
 三、多源感知驱动的技术体系与架构
 
 3.1 多源感知的技术内涵
 
多源感知是指综合利用多种感知技术手段，从不同维度、不同尺度获取目标对象的多模态信息，并通过数据融合实现信息互补与协同增强的技术范式。在高速公路路网监测预警领域，多源感知的“多源”体现在三个层面：感知手段的多源——涵盖视频监控、雷达探测、无人机巡检、物联网传感、卫星遥感等多种技术；感知空间的多源——覆盖“空—天—地—地下”不同空间尺度；感知时间的多源——融合实时监测数据与历史积累数据，实现时间维度的纵向对比与趋势研判。
 
单一传感器往往存在采集数据单一、使用条件限制、稳定性差、检测盲区等固有缺点。多源感知的价值恰恰在于通过多种技术的互补，弥补单一手段的不足。例如，视频监控在白天和良好天气下识别精度高，但在夜间和恶劣天气下性能下降；雷达探测不受光照条件影响，但对目标类型的精细识别能力不如视频；无人机可抵达人工难以到达的区域，但受续航时间和空域管理限制。多种技术的融合应用，使得系统能够在不同条件下保持稳定的感知能力。
 
 3.2 “空—天—地—地下”四维感知架构
 
当前，多源感知驱动的监测预警体系已形成“空—天—地—地下”的四维架构。“空”指卫星遥感与北斗定位，通过InSAR（合成孔径雷达干涉测量）等技术实现大范围、周期性的地表形变监测。“天”指无人机空中巡检，通过搭载高清相机、红外热成像仪、激光雷达等设备，实现对特定区域的高精度、高频次巡查。“地”指地面物联网感知网络，包括视频监控、毫米波雷达、激光雷达、交通流量检测器、气象监测站等固定感知设备。“地下”指隧道、路基等地下结构的监测传感网络，通过埋入式传感器实现对结构内部状态的实时感知。
 
这一四维架构的优势在于：卫星遥感提供宏观尺度的区域背景信息，无人机提供中观尺度的精细巡检数据，地面固定感知网络提供实时、连续的路网运行数据，地下监测网络提供基础设施结构安全数据。四者在空间尺度上互补、在时间频率上协同、在数据类型上融合，共同构成了一张覆盖“宏观—中观—微观”的全域感知网络。
 
 3.3 多源数据融合与智能分析
 
多源感知采集的数据具有异构性——视频是非结构化数据、雷达是点云数据、传感器是时序数值数据——如何将这些异构数据进行有效融合，是多源感知体系的核心技术难题。当前的主流技术路线包括：通过统一的数据接入平台实现多源数据的汇聚与标准化处理；利用时空同步技术实现不同来源数据在时间和空间维度上的对齐；通过AI算法对融合后的数据进行深度分析，实现事件识别、态势评估和趋势预测。
 
大连市“空—天—地—地下”多源监测网即通过全时空多维信息管理系统与AI大模型，实现了从宏观到微观的无缝监测，形成了“数据采集—融合分析—智能预警—应急响应”的完整闭环。这一技术路线已被证明是解决“数据孤岛”问题的有效方案。
 
 四、典型工程应用与成效分析
 
 4.1 江苏“一路三桥”：智慧扩容与超前预警
 
作为全国首批交通基础设施数字化转型升级试点省份，江苏高速公路以“路域智慧扩容”为突破口，在沪宁高速主线、江阴大桥、苏通大桥、泰州大桥区域推动从路段单点管控向路网协同联动跨越。该区域加密布设毫米波雷达、激光雷达等新型感知设备共112套，融合利用雷达、视频AI、互联网地图等多源数据，构建了综合态势预测模型。
 
在实际运行中，该系统的路网15分钟、30分钟流量预测准确率达90%以上，异常事件响应时间平均缩短11分钟。2025年国庆中秋假期，在路网峰值流量同比增长14%的背景下，日均峰值拥堵里程下降31%。沪宁高速无锡段设计流量为11.5万辆，2025年最高单日断面流量达到设计饱和流量的2倍以上，智慧扩容管控使大流量下通行流量提升12%、通行速度提升19%，道路事故率下降29.6%、拥堵时间减少48.7%。这一案例充分说明，多源感知驱动的监测预警系统能够在交通流量大幅增长的条件下实现“增量不增堵”的管理目标。
 
 4.2 湖北“云端鹰眼”：无人机智能巡查体系
 
湖北交投楚天高速建设的“云端鹰眼”路况巡查系统，是国内高速公路无人机智能巡查的典型代表。从2024年试点初期的4台无人机、4座无人值守机舱，到2026年的40台无人机、55座无人机值守舱，系统覆盖率已达93%。在全长263公里的汉宜路段，平均每12公里布设1个无人机（含机舱），实现起降、巡航、充电、数据回传全流程24小时无人值守智能化作业。
 
“云端鹰眼”系统投用以来，累计巡飞超6500架次，飞行时长突破10万分钟，覆盖里程约9.2万公里，主动发现并参与处置交通事故、路面病害、拥堵等突发事件970余起。系统采用“1分钟响应、3分钟联动、15分钟处置”的核心效能模式，在夜间或雨雾天气下通过红外模式仍能保持有效的识别能力。《机器人产业》曾刊文指出，巡检机器人通过高度智能的机器人技术和图像识别技术，可以代替人工完成特殊环境下设备运行状态的检测诊断，有效缓解值班人员力量薄弱的问题。“云端鹰眼”正是这一理念在高速公路领域的生动实践——从“人海战术”到“空地一体”，实现了从人工被动巡查到智能主动预警的质变。
 
 4.3 广西AI预警平台：数字化感知网络
 
广西交通投资集团构建的应急指挥平台，整合了3.9万余路摄像头、400套监测预警系统、视觉分析AI大模型、1190套简易雨量计及无人机巡飞集群，覆盖5900多公里高速公路，实现了“预警叫应、分析研判、应急处置”全流程闭环管控。
 
在结构物健康监测方面，系统依托AI视觉分析与物联网传感技术，可持续捕捉坡体的细微变化，精度达到毫米级。2025年5月18日柳州市柳南区发生5.2级地震后，震后仅7分钟，运营公司即依托该平台同步开启全域视频巡查与结构物监测。在雨情监测方面，1190套简易雨量计按约5公里间隔布设在高边坡、沿河桥梁、低洼互通、隧道进出口等关键位置，全天候采集10分钟级、小时级及累计降雨量等核心数据。无人机巡飞集群的接入则打造了“固定监测+空中巡检”的空地一体模式，补足了固定设备的视野短板。
 
 4.4 大连“空—天—地—地下”：多源数据融合监测
 
大连市构建的“空—天—地—地下”多源数据融合监测体系，是数据要素赋能高速公路基础设施安全管理的典型案例。该体系整合卫星遥感与北斗定位（空）、无人机巡检（天）、轻量化物联网传感（地）、隧道结构监测（地下）数据，通过全时空多维信息管理系统与AI大模型，实现了从宏观到微观的无缝监测。
 
在核心技术方面，该系统自主研发了InSAR卫星广域监测技术（厘米级精度）、100%国产化单北斗位移监测仪（成本降60%、功耗降48%），北斗与陀螺仪融合算法（水平精度±2.5mm），以及AI智能视觉识别系统。目前该系统已在全国29个省市区应用，部署监测点超1.3万个，服务高速里程超2万公里。累计成功预警地质灾害1200余次，避免直接经济损失35亿元；降低管养成本30%，单点监测成本下降40%—50%，年节省运维费用1.2亿元。
 
 五、数字化转型的深化路径
 
 5.1 数据融合：从“物理汇聚”到“化学融合”
 
当前多源感知体系的数据融合多处于“物理汇聚”阶段——各类数据被集中到一个平台，但尚未实现深层次的融合分析。未来的深化方向是从“物理汇聚”走向“化学融合”，即通过数据挖掘和AI算法，发现不同数据源之间的关联规律，实现“1+1>2”的协同效应。《建筑技术开发》曾刊文指出，监测数据的价值不在于数据量的大小，而在于数据之间关联关系的揭示——单一指标超标是“点”的问题，多指标联动异常才是“系统”的问题。例如，将交通流量数据与气象数据、路面状态数据进行关联分析，可以更准确地预判恶劣天气下的拥堵风险；将结构监测数据与历史病害数据进行纵向对比，可以更精准地评估基础设施的健康趋势。
 
 5.2 智能决策：从“数据呈现”到“辅助决策”
 
多源感知采集了大量数据，但数据的价值最终要通过决策来实现。当前多数监测预警平台仍停留在“数据呈现”阶段——将各类监测数据以图表形式展示在屏幕上，由人工进行研判和决策。未来的方向是实现从“数据呈现”到“辅助决策”的升级，即通过AI算法对融合数据进行自动分析，生成预警信息和处置建议，辅助管理人员快速决策。
 
湖南高速发布的“AI湘伴·路网综合智能体”已在这一方向取得了初步成果。该智能体在数据层面构建了4类超85万条多模态高质量数据集，算法层面打造了6类超150个算法模型库，实现了秒级识别15类路网事件。2026年春节假期，在湖南全省高速流量同比上升20%的情况下，该智能体助力路网管控实现了缓行时长、次数、距离分别下降21%、23%、18%。
 
 5.3 标准规范：从“项目探索”到“行业推广”
 
当前多源感知驱动的监测预警系统多处于各项目的自主探索阶段，缺乏统一的行业标准和规范。不同项目的感知设备选型、数据格式、接口标准、预警阈值各有差异，给系统的互联互通和经验复制带来了困难。财政部、交通运输部已明确提出“凝练总结一批具有较高推广价值的应用场景和关键技术、标准规范”。未来应加快制定多源感知监测预警系统的行业标准，明确感知设备的部署要求、数据采集与交换规范、预警分级标准及系统验收准则，推动从“项目级探索”走向“行业级应用”。
 
 六、结语
 
多源感知驱动的高速公路路网监测预警数字化转型，正在从根本上改变传统“人海巡查+事后处置”的安全管理模式。本文通过系统梳理多源感知的技术内涵与“空—天—地—地下”四维架构，结合江苏“一路三桥”、湖北“云端鹰眼”、广西AI预警平台、大连多源监测网等典型工程案例，论证了多源感知在实际应用中取得的显著成效——从路网流量预测准确率超90%到异常事件响应时间缩短11分钟，从累计成功预警地质灾害1200余次到年节省运维费用1.2亿元，数据充分证明了多源感知驱动的数字化转型在提升路网监测预警能力方面的巨大潜力。
 
从“单点监控”到“全域感知”，从“人工判断”到“智能决策”，从“被动应对”到“主动预警”——这一转变不仅是技术手段的升级，更是管理理念的深刻变革。正如《建筑技术开发》所揭示的，基础设施安全管理的未来在于“感知—分析—预警—处置”全链条的数字化贯通。面向未来，随着AI大模型、边缘计算、数字孪生等技术的持续融入，多源感知驱动的监测预警体系将朝着更加精准、更加实时、更加智能的方向演进，为高速公路的安全运营和高效管理提供更加坚实的技术支撑。
 
 
参考文献
 
[1] 交通运输部. 2025年交通运输行业发展统计公报[R]. 2026.
 
[2] 财政部, 交通运输部. 关于支持引导公路水路交通基础设施数字化转型升级的通知（财建〔2024〕96号）[Z]. 2024.
 
[3] 基于多源数据融合的高速公路全程监控系统及动态决策优化[J]. 数字技术与应用, 2025(6).
 
[4] 多源融合感知系统在高速公路中的应用[J]. 中国交通信息化, 2024(12).