天津高速公路集团：基于大数据中台的高速公路数字化创新成果应用

本文为由《中国企业报》集团、《互联网周刊》共同发起的“2023全国企业数字化建设优秀案例征集”活动中，入选的优秀案例。

纸引未来网讯1、建设概况

（一）项目背景

2021年2月，国务院国资委印发《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》，提出“运用5G、云计算、人工智能、数字孪生等新一代信息技术，探索构建适应企业业务特点和发展需求的‘数据中台’‘业务中台’等新型IT架构模式，加快形成集团级数字技术赋能平台，为业务数字化创新提供高效数据及一体化服务支撑”。与此同时，在新基建浪潮的推进下，智慧高速成为我国基础设施建设的热点之一。近年来，国务院、交通运输部相继发布了一系列智慧交通政策文件，并先后开展交通控制网及智慧公路试点、交通强国单位试点工作，赋予智慧高速新优势、新动能。

为响应国资委企业数字化创新发展的要求，服务高速集团持续高质量发展，服务天津市“数字公路”、“交通强国”建设，2021年以来，经多方调研和仔细筹备，天津高速集团组织完成了“天津高速集团数据中台”建设，并围绕当前最急迫的道路养护需求建成了“养护数据库”，初步实现了高速公路数据资源的汇聚和科学管理，实现了数字赋能科学养护，为集团“数字化转型”添砖加瓦。在此基础上围绕智慧高速运行调度与数字孪生开展探索新应用。

（二）项目概况

天津市高速集团数据中台是面向集团内数字化业务的数据资源汇聚管理和支撑服务平台，是集团数字化业务的数据中枢。数据中台从2020年开始策划，2021年正式开始一期建设并在年底开始投入使用。目前，天津高速集团数据中台已具备数据资产、数据开发、数据质量、数据安全、数据运维、数据服务、数据分析等10大功能模块，初步实现数据“源→接入→处理→计算→分析→服务→共享→运维”的全生命周期闭环治理和应用；并建成了成本、质量（养护）、OA管理、项目管理、卡口过车五大数据仓库，为集团业务数字化、数字业务化提供了基础条件。

另外，建成了集团与路网中心的专线网络，实现了全市高速公路交通流量、运行速度、重点车辆GPS等数据接入数据中台，伴随未来公路中心数据中台建成，将逐步实现更多行业数据共享共用。

为加快推进可视、可测、可控、可服务的智慧高速公路运行监管体系的形成。建设智慧高速公路运行管理系统与数据孪生应用，完成管理部门高速业务系统数据汇聚，完成高速“人—车—路—环境”态势全域全时感知，基于实际道路运行态势、交通事件，形成前端路侧设备、信息发布的管控，辅助管理部门基于实际道路、环境、交通情况完成管控决策。打造高速公路智信息发布管控平台，实现“资源整合、降本增效”。

（三）资金投入及说明

2021年启动项目建设，累计投入358万元。

2、建设内容

（一）集团数据中台

（1）数据中台整体架构

考虑到数据保密性，天津联网中心推送的运营收费数据以及其他一些数据，经过脱敏处理后，要求保存在高速集团的内部网络中。

数据中台数据存储部分部署在集团内私有云，负责存储中台对接的各种类型数据，包括结构化数据和非结构化数据，从而保证数据在内网的安全、可控。数据中台的应用服务部分在公有云部署，负责各种类型数据的接收、清洗、计算、统计等，同时对外提供数据接口，允许授权终端访问指定的数据资源。数据中台两个部分相互配合，做到数据的分级分层在公有云和内部机房之间动态流动、应用之间的相互通信和硬件资源的充分利用。

（2）数据中台主要功能

从功能上讲，总体分成技术工具集、数据源、大数据资源资产平台、统一业务支撑平台、数据应用等几个部分：

技术工具集包括分布式存储、实时计算、离线计算、ETL数据转换、作业调度、资源管理等部分。

数据源包括原始数据来源，以及把数据源数据引入数据中台之后，在数据中台中存储的数据库等部分。在本项目建设中，数据源部分仅包含在数据中台的数据库部分，并不包含数据源本身，但需要和数据源对接。

大数据资源资产平台包括数据体系、数据资产体系、数据服务体系等部分。数据体系包括结构化数据、半结构化数据、非结构化数据等部分。数据资产体系包括数据视图、数据安全、数据质量、数据开发等部分。数据服务体系包括交互服务、查询服务、分析服务、接口服务等部分。

统一业务支撑平台建成产品集，包括数据集成、数据资产管理、数据安全、数据运维、数据服务、数据开发、数据算法、统一地图服务、APP查询管理、大数据计算、数据资产可视化等所有功能，也可以提供从属平台的数据集成、数据安全、数据开发、大数据计算平台等所有功能。

数据应用由数据中台提供统一的数据和算法支撑服务，根据业务需求开展即时应用需求。中台能够随高速公路业务发展对数据算法进行扩展，中台算法库集成更多的高速公路业务相关的数据算法，包括设备设施健康状况监控与预测算法、设备设施效费比计算与评估算法、养护计划安排算法等。

（3）数据中台特色能力

Ø 统一地图服务

统中台提供统一的地图服务器，并在地图进行更新的时候，动态同步到使用该地图服务器的各个应用系统中。统一地图服务支持栅格图层、矢量图层，以及建筑物等专题图层。

Ø 数据资产可视化

通过将数据指标进行配置，可以快速生成可视化图表，并可以对可视化图表的样式进行个性化调整，如下图所示。带有地理信息的数据可以通过可视化模块展示在地图上，并对数据层的样式进行自定义调整，快速生成专题地图。

通过将外场设备等资产信息数字化，可以在地图上展示所有的设备，使用户可以快速掌握当前的设备状态以及数据接入状态，识别异常设备，为设备维修提供依据。

在数据中台应用过程中，随着所管理数据的逐渐增加，数据之间的关系会逐渐变得复杂并难以管理，系统提供完整的数据全生命周期血缘可视化功能，完整展示每一条数据链条以及数据链条上的对应任务，保证数据全流程安全、可控。同时，可以对数据进行筛选和过滤，方便进行快速定位。

Ø 地图与轨迹匹配

中台分别提供了百米桩、GPS坐标点与地图匹配的算法。地图匹配（Map Matching）是指将百米桩或GPS行车轨迹的经纬度采样序列与数字地图路网匹配的过程，其本质上是平面线段序列的模式匹配问题。根据考虑采样点的时间范围和计算结果的及时性，本项目主要采用局部/增量算法作为匹配方法。局部/增量算法是贪婪算法，每次确定一个匹配点，下个点从已经确定的匹配点开始搜索，根据距离和方向相似性来找到局部最优点或边。

Ø 运行指标计算

基于GPS与地图匹配计算结果，筛选所有处于GPS时间处于目标时间段的数据，统计每个路段的总样本覆盖距离(L)和总样本覆盖时间(t)，使用L/t即可获得对应路段旅行车速。通过调用GPS速度算法，可以直接计算路段、路线、路网的速度。

Ø 养护指标计算

养护指标主要为以线路百米桩号为基础的PQI、PCI、BCI等技术路况检测评定数据。中台能够实现对路线、路网养护技术状况指标的分项计算与地图匹配显示。路线养护指标计算参考《JTG 5210-2018 公路技术状况评定标准》。路线PQI、PCI、BCI等技术路况检测评定指标，等于该路线内所有评定单元指标结果的算术平均值。路网养护指标等于公路网内所有路线的评定单元指标结果的长度加权平均值。

（4）数据中台技术优势

Ø 灵活适配、符合国产化

拥抱开源技术，没有方言、没有强绑定、拒绝被绑架，灵活适配各种需求。系统全部国产化，符合国产化要求。

Ø 数据一本账、所见即所得

所有的原始数据、指标数据、数据血缘、数据质量形成完整的数据指标体系，数据家底一本账，贯穿每一类数据的全生命周期。

分析人员通过SQL，一站式调用数据库、分析型数据库、大数据计算服务，快速即席获得期望监测指标

Ø 建模即数据接入、即数据服务

通过对数据源和原始数据模型、质量要求的建模，自动完成数据接入程序生成，并可以便捷动态部署数据接入程序，并在数据接入过程中，实时监控数据接入质量，发生异常时，及时报警。

通过对结果数据模型、质量要求的建模，自动完成数据对外服务接口程序的生成，并自动化部署，并在提供数据服务时，实时监控数据服务质量，发生异常时，及时报警。

Ø 高性能文件存储、高性能算法设计

采用自有核心技术，文件分级分块并行存储，有效聚合磁盘存储带宽和网络带宽，做到文件存储速度线性扩展，支撑大文件的存储和处理。

对交通领域基础数据和指标计算，研发出业界领先的数据处理分析算法，大大提升数据处理分析速度和精度

（二）科学养护决策应用

（1）科学养护数据库建设

公路交通发展已经进入由公路建设为主向建养并重转变的新阶段，为适应新的形势要求，深入推进天津市高速公路养护高质量发展，中台围绕“公路养护”板块建设了养护数据库，实现了以道路基础设施、检测评价数据为主的数据全量集成，为设施数字化、养护专业化、管理现代化提供坚实数字底座。

目前养护数据库主要接入了收费站、服务区、隧道、桥梁、涵洞、路段、路基、路面、基层、路面结构、路线、平曲线、竖曲线、纵坡、横断面等15个基础设施数据表，以及技术状况评定数据、气象资料、日常养护数据、交通量统计数据等19个养护数据表。

（2）科学养护决策应用情况

Ø 动态化养护指标统计

基于养护数据库的PCI、PQI、RQI、RDI、破损率等检测评定数据，在数据中台的数据分析模块，针对每类评价指标，均建立了地图展示、历年变化趋势分析、线路区间分析、路线分项养护指标分析、路线等路率横向对比等指标视图。针对每个统计模块，均支持各指标统计模块的可视化配置，可任意选择图表可视化类型、查询条件、展示指标、坐标轴展示项等进行统计指标的展示。即便业务人员不懂开发，也可以自己任意配置统计指标项。

Ø 自定义养护数据看板

中台的数据分析模块可以任意拖拽已建立的统计指标视图，自定义组合可视化看板展示模块（类似于大屏样式）。以PQI养护看板为例（图7），养护看板展示了PQI地图展示模块、PQI历年变化趋势模块、PQI线路区间分析模块、PQI路线横向对比模块，在一张视图上就可以从全局、纵向、横向全面分析路面质量情况。

（三）智慧运行调度应用

依托数据中台汇聚路网运行数据、视频云平台监控数据及交通事件信息数据，利用既有大屏和运营指挥中心，建设面向高速路网的高速集团大屏幕综合监测决策分析系统。通过各路数据汇集，形成8大全市高速公路信息GIS一张图，并结合通行数据信息、12t货车GPS、服务区卡口、互联网信息等手段，实现对高速集团管辖高速公路的整体运行状态综合监控和通行能力实时分析评价，为决策者提供更为直观、可视化的指挥和调度参考，保障高速公路安全有序运行，并为信息发布提供了有力信息支持。

路网基础信息专题汇总高速集团运营路网基础里程信息（全市高速建设里程、全是高速收费里程、高速集团建设里程、高速集团收费里程），高速公路门架总数量及省界和境内门架数量，监控设施数量和监控设施在线率、监控设施接入率，情报板的总数量和情报版的接入率，底部展示高速集团在建项目情况，掌握路网运行情况。

路网通行信息专题通过接入12t及以上货车GPS数据计算的高速公路网实时交通指数、当日指数时钟和高速公路交通事件本周排行的统计监测；统计高速公路通行量（通行总量、客车流量、货车流量、入境流量、出市流量、跨境流量、本地流量）并统计各道路累计通行总量，掌握路网当日及实时运行状态和交通事件信息及详情，对高速路网进行相应的决策处置。

路网一张图专题展示公路网设备设施分布，通过不同类型图层切换来展示，为决策者提供更为直观、可视化的指挥和调度参考。地图汇聚收费站、门架、服务区、道路视频、情报板、光伏、光网、交通事件便于掌握路网实时动态数据。

收费站专题展示收费站的总数量、总开启数、总车道数、总开启车道数，以及分ETC车道、混合车道的总数量，便于掌握收费运行状态。汇总统计各收费站进出口的总通行量数据，及各收费站的通行量及车道数量，以此来衡量收费站保通保畅工作压力、收费站交通管控等提供依据。

服务区专题实时展示运营服务区数量、服务区接待车流量、服务区停车位数量和停车位使用率以及两客一危、12吨货车、小客车、新能源汽车等指标统计数据，对接各服务区视频监控平台，实时抓取设备在线及故障情况，点击展示视频进行播放，为服务区运营规划提供数据支撑。

（四）智慧高速与数字孪生应用

立足津蓟高速重要客运、旅游通道定位，针对节假日拥堵、交通事故频发等问题，集团定制化开展智慧高速场景建设。秉承“创新引领、试点先行”的建设理念，建设了集监测、管控、服务、管理于一体的项目级智慧高速公路运行管理系统，支持3大类9项智慧应用落地，实现全路段快速通行（运行态势精准感知、硬路肩开闭管控、智慧收费）、全天候安全保障（雨雾天安全通行、匝道分合流诱导）、全过程智慧养管（隧道机器人、智慧巡检车、机电设施智慧运维、智能养护决策）。

同时，津蓟数字孪生系统实现了对路段基础设施、周边环境、车辆等要素的真实模拟。系统通过毫米波雷达将沿线车辆、交通事件等进行捕捉，并在模型上进行实时展示和轨迹还原；通过物联网技术，可进行情报板信息远程调整；未来，还将与高速集团机电运维系统、养护科学决策系统等进行深度融合，使管理人员足不出户即可轻松掌握高速公路运行状况。

智慧高速与数字孪生应用主要包括如下内容：

Ø 交通运行状态全要素感知

满足交通管理者、运营者需求，提供实时和周期性交通数据等信息，用于进行道路交通管制和优化决策、降低安全风险、提高道路运行效率。提供对车、路、环境的智能感知，自动发现异常及风险，提供科学数据支撑管理者进行分析预判，提供集成化智能化的处理控制手段及时消除异常情况，保障路网安全、畅通，并提供量化指标分析评价为长期运营提供决策依据。为保障津蓟交通安全出行，促进津蓟高速信息化、数字化管理，提升道路运行状态的监控能力及道路事故处理能力是当前智慧高速公路运行管理系统的迫切要求。

主要运行感知维度包括道路运行状态及客流趋势、公路基础设施运行态势、公路运行态势、公路环境态势、公路交通突发（阻断）事件态势以及相邻公路的养护施工、突发事件（阻断）等情况进行进行监测，及时掌握交通车辆运行态势变化，为高速运行管理协调指挥提供支撑，也为道路安全风险管理及事件发生时及时发现提供保障。

Ø 车道级交通仿真与管控

对车道级车辆信息进行实时1：1可视化，具体包括行驶车道、行驶位置（以桩号为准）、行驶时间、行驶车辆颜色。针对交通事件管控场景对当前路段路侧情报板显示点位信息，可通过点击情报板（信息屏、信息标）设施点位展示桩号、部署方向、显示内容、硬路肩开关状态、显示内容图像。在目常管理中需要对路段运行状态进行分析评价后，根据具体情况采取对应管控策略予以保障交通通行安全性和效率。在路段发生特情时（比如路网在各种恶劣天气条件下或发生重、特大交通事故等各类突发性事件），各级管理人员将针对具体情况，根据“现场处置，统一协调，分级负责，快速高效”的工作原则，会同有关部门共同采取相应措施。

Ø 数字孪生全要素可视化

利用建筑信息模型、地理信息系统、物联网等技术，研究提出梁桥轻量化快速建模、全要素设施和全业务链条可视化表达等方法，搭建公路基础设施资产管理数字孪生平台，并在津蓟高速公路开展路段级示范应用。实现了高速公路基础设施、交安设施、机电设施全要素设施可视化表达，实现全要素设施虚拟-现实的一一映射，并打造了数字孪生路段、数字孪生隧道、数字孪生收费站、数字孪生服务区等重点场景。

在智慧服务区场景实现了设施3D可视化、停车信息发布与重点车辆监测等智能分析。智慧隧道将通行车辆的特征、行驶状态、交通状况等信息直观地在平台展示，管理人员能随时掌握隧道内流量情况和设备运行状况，从而更高效、更直观、更准确地发现和处置各类应急突发事件，提升隧道安全应急管控能力。智慧收费站数字孪生系统围绕收费站场景，以静态数据采集、融合处理建模为基础，以收费数据叠加、可视化展示为方向将收费广场运行状态、ETC车辆交易情况实时仿真可视化展示。

3、应用亮点及创新性

（一）建设成果与效益

（1）聚合集团数据资源构建统一管理服务平台，奠定数字化转型发展数据基础底座

针对集团分支机构众多、业务系统分散产生的数据一致性和数据孤岛问题，按照天津高速集团数字化转型总体框架，构建完成面向集团内数字化业务系统的数据资源汇聚管理和支撑服务平台，完成成本、养护、OA管理、项目管理、卡口监测5大数据仓库建设，具备数据资产、数据开发、数据质量、数据安全、数据运维、数据服务、数据分析等10大功能模块，实现数据“源→接入→处理→计算→分析→服务→共享→运维”的全生命周期闭环治理和应用，为集团业务数字化、数字业务化提供了规模化应用的基础条件，可为高速公路建设、运营、经营提供150余项数据服务能力，助力高速公路运营管理效率。

（2）基于数据中台能力开展数字化应用，助力智慧高速建设

依托中台数据与模型能力，为适应数字公路新形势要求，开展多项数字化应用，成效显著。

一是科学养护决策。针对高速公路进入由建设为主向建养并重转变的新阶段，中台围绕科学养护决策，完整构建公路桩号体系与地理空间体系映射，实现了以道路基础设施、检测评价数据为主的数据全量集成，进行养护技术状况的一张图应用，实现路网、路线、路段三级评价指标计算展示，服务养护计划决策与方案制定。

二是智慧运行调度。面向全集团路网级数字化运行和调度需要，基于数据中台，将高速集团各系统、各板块数据融合，构建基础设施与路网运行一张图应用，全面汇总展示集团资产概况，进行路网、收费站、服务区运营大数据多维度分析，实现高速公路网运行一图尽览、一站调度。

三是数字孪生应用。面向数字孪生应用场景构建，依托中台提供基础设施与车辆动态数据资源并结合数字孪生技术引擎，在津蓟高速开展智慧高速试点，构建路段级数字孪生、车道级实时仿真、雨雾天通行、硬路肩管控、匝道分合流诱导、交通事件管控6大类应用场景。

（二）应用亮点

本项目成果沉淀出一套“数据治理方法+系统平台建设”关键技术体系，具有极强的可复制性与示范性

（1）面向业务的底层数据治理方法体系

围绕高速公路基础设施与多维度业务属性数据整合形成了一套完整的治理方法体系。首先，实施源头数据的源数据采集和分析，获取数据特征，并形成数据资源目录，其次，构建数字公路主体数据的统一模型，将主体数据和各业务系统之间建立映射关系，使同一公路基础设施设备在多个业务系统中的业务属性数据经过清晰转化后实现整合，最后，实施闭环的数据质量管理，制定校验规则，实施校验，质量报告，源头整改，提升数据质量。

（2）“中台+应用”的数字化转型发展模式

采用“中台+应用”的数字化转型发展模式，实现了大数据、人工智能等新技术与交通行业深度融合，依托中台全生命周期闭环治理和应用工具，完成数据资源的标准化、规范化与一体化，基于中台成熟的交通行业指标体系与算法模型体系提供高质量的数据服务，满足资产管理、养护决策、路网运行、应急指挥、数字孪生等多场景灵活适配与快速部署需要。

（三）主要创新点

将中台技术与交通大数据融合创新应用是本项目的最大特征。

一方面，充分发挥中台技术在数据接入、存储、管理、服务及算法设计等全生命周期环节的能力与工具保障，确保适配集团系统与数据不断演进、业务与场景灵活变化的需要。

另一方面，基于对业务与交通大数据的透彻解读，构建涵盖交通态势感知、设施管理养护、运营指挥调度、交通仿真预测多领域的行业算法模型库，提供面向交通数字化业务开箱即用的算法服务，大幅度降低应用开发难度与周期，保障并助力集团数字化转型工作有序开展。

（四）可复制性与示范性

本项目成果沉淀出一套“数据治理方法+系统平台建设”关键技术体系，具有极强的可复制性与示范性

（1）面向业务的底层数据治理方法体系

围绕高速公路基础设施与多维度业务属性数据整合形成了一套完整的治理方法体系。首先，实施源头数据的源数据采集和分析，获取数据特征，并形成数据资源目录，其次，构建数字公路主体数据的统一模型，将主体数据和各业务系统之间建立映射关系，使同一公路基础设施设备在多个业务系统中的业务属性数据经过清晰转化后实现整合，最后，实施闭环的数据质量管理，制定校验规则，实施校验，质量报告，源头整改，提升数据质量。

（2）“中台+应用”的数字化转型发展模式

采用“中台+应用”的数字化转型发展模式，实现了大数据、人工智能等新技术与交通行业深度融合，依托中台全生命周期闭环治理和应用工具，完成数据资源的标准化、规范化与一体化，基于中台成熟的交通行业指标体系与算法模型体系提供高质量的数据服务，满足资产管理、养护决策、路网运行、应急指挥、数字孪生等多场景灵活适配与快速部署需要。

4、下一步工作思路

（一）可行性与可持续性

集团高速公路数据中台已全面完成建设，在数字底座能力与规范数据资源的支撑下，后续将围绕中台底座进行整体业务升级及业务赋能，如运营指挥调度、机电设施运维、科学养护决策、公众出行服务、资产设施呈现等核心应用场景，全方位提高交通运营的安全性和效率。

（二）下一步工作部署

下一步，天津高速公路集团将继续深入推进数据资源整合与数字化转型，围绕路产管理、养护科学决策、路网运行保畅、安全应急调度等，以业务为驱动数字化应用场景创新与落地，实现由传统交通基础设施建设运营企业向交通新基建平台型企业、智慧高速公路数字运营商的角色突破。

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