根据当前智慧高速公路系统的发展历程，总结了一些典型的车路协同系统逻辑与物理模型。在总结了国内外智慧高速公路系统的整体架构之后，本文提出了新一代智慧高速系统的总体架构-IntelliWay，包括智慧高速公路系统分层模块化架构、基于变耦合程度的智能分级和基于事件驱动的数据分发机制。同时，根据当前智慧高速公路系统的主流应用技术，总结了车载高精度定位、高级驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistance System， ADAS）与车载总线、路侧设备优化、异构网络融合、网络负载均衡、网络信息安全、多传感器融合与协同感知、以用户为中心的场景自适应信息发布、车辆群体协同自动驾驶、基于大数据与人工智能的交通态势预测、车道级主动交通管理、组件式应用服务开发等驱动智慧高速公路系统快速发展的新兴技术研究现状，然后基于以上关键技术的特点提出了未来智慧高速公路系统应用的实施建议；分析了广播式交通信息服务、主动交通管理、伴随式信息服务、自动驾驶专用道、车辆队列协同驾驶等智慧高速公路系统的典型应用场景，进行智慧高速系统的测评方法分析和相关案例分析。最后，系统性地分析和预测了智慧高速系统存在的挑战及未来发展趋势，以及“人-货-车-路-云”之间的高可信信息交互与智能协同管控将为高速公路自动驾驶提供一个高可靠、强实时的交通环境，研究成果将对当前和未来智慧高速公路系统的研究和应用具有一定的参考价值。