數(shù)字孿生交通應(yīng)用介紹

1、ITSTech ITSTech數(shù)字孿生交通應(yīng)用介紹智能交通技術(shù)2021年12月目 錄1、什么是數(shù)字孿生交通數(shù)字孿生（Digital Twin）數(shù)字孿生是物理對象、過程或服務(wù)的數(shù)字表示。數(shù)字孿生是物理世界中對象的數(shù)字副本。也被稱作為數(shù)字映射、數(shù)字鏡像。數(shù)字孿生交通數(shù)字孿生交通是將實時采集的交通數(shù)據(jù)納入到建立的交通模型體系中，實現(xiàn)對交通體系的虛擬數(shù)字映射，通過大數(shù)據(jù)、人工智能和交通仿真技術(shù)生成交通優(yōu)化方案和對方案進(jìn)行評價。數(shù)字孿生交通也稱作平行交通或虛擬交通。數(shù)字孿生交通是智慧（智能）交通的一部分。交通仿真是一種特定條件下的數(shù)字孿生交通技術(shù)。數(shù)字孿生交通的本質(zhì)是數(shù)據(jù)閉環(huán)賦能體系，通過數(shù)據(jù)全域標(biāo)識、

2、狀態(tài)精準(zhǔn)感知、數(shù)據(jù)實時分析、模型科學(xué)決策、智能精準(zhǔn)執(zhí)行，實現(xiàn)交通的模擬、監(jiān)控、診斷、預(yù)測和控制，解決交通規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、管理、服務(wù)閉環(huán)過程中的復(fù)雜性和不確定性問題，全面提高交通資源配置效率和安全運轉(zhuǎn)狀態(tài)。數(shù)字孿生交通的特征為精準(zhǔn)映射、虛實交互、軟件定義、智能干預(yù)。2、數(shù)字孿生交通的特征3、數(shù)字孿生交通發(fā)展政策交通運輸部數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要綱要提出，我國數(shù)字交通發(fā)展要以數(shù)據(jù)為關(guān)鍵要素，賦能交通運輸及關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)，推動模式、業(yè)態(tài)、產(chǎn)品、服務(wù)等聯(lián)動創(chuàng)新，提升出行和物流服務(wù)品質(zhì)，讓數(shù)字紅利惠及人民。要發(fā)揮市場主體作用，科學(xué)配置各類資源要素，構(gòu)建跨界融合、共創(chuàng)共享的數(shù)字孿生交通產(chǎn)業(yè)生態(tài)。要兼顧創(chuàng)新發(fā)展和安

3、全發(fā)展，防范化解信息安全風(fēng)險。要堅持世界眼光、國際標(biāo)準(zhǔn)、中國特色，以試點為重要手段，通過典型引路，逐步形成數(shù)字孿生交通發(fā)展的中國經(jīng)驗和中國方案。3、數(shù)字孿生交通發(fā)展政策數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要建設(shè)七個體系3、數(shù)字孿生交通發(fā)展政策2021年2月國務(wù)院印發(fā)國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要提出的發(fā)展目標(biāo)3、數(shù)字孿生交通發(fā)展政策2021年10月25日，交通運輸部印發(fā)了數(shù)字交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃。發(fā)展總目標(biāo)到2025年,“交通設(shè)施數(shù)字感知，信息網(wǎng)絡(luò)廣泛覆蓋，運輸服務(wù)便捷智能，行業(yè)治理在線協(xié)同，技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新活躍，網(wǎng)絡(luò)安全保障有力”的數(shù)字交通體系深入推進(jìn)，“一腦、五網(wǎng)、兩體系”的發(fā)展格局基本建成，交通新基建取得重要進(jìn)

4、展，行業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平顯著提升，有力支撐交通運輸行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和交通強(qiáng)國建設(shè)。具體目標(biāo)“交通設(shè)施數(shù)字感知，信息網(wǎng)絡(luò)廣泛覆蓋，運輸服務(wù)便捷智能，行業(yè)治理在線協(xié)同，技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新活躍，網(wǎng)絡(luò)安全保障有力”六個目標(biāo)。建設(shè)任務(wù)包括“一腦、五網(wǎng)、兩體系”一腦：打造綜合交通運輸“數(shù)據(jù)大腦”；五網(wǎng)：構(gòu)建交通新型融合基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)、部署北斗、5G等信息基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)、建設(shè)一體銜接的數(shù)字出行網(wǎng)絡(luò)、建設(shè)多式聯(lián)運的智慧物流網(wǎng)絡(luò)、升級現(xiàn)代化行業(yè)管理信息網(wǎng)絡(luò)；兩體系：培育數(shù)字交通創(chuàng)新發(fā)展體系、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)安全綜合防范體系。目 錄二、數(shù)字孿生交通的關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)指通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物體與網(wǎng)絡(luò)相連接

5、，物體通過信息傳播媒介進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能。交通方面應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備包括：交通信號控制系統(tǒng)、可變誘導(dǎo)標(biāo)志、交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)、交通違章監(jiān)測系統(tǒng)(電警)、卡口系統(tǒng)、微波雷達(dá)檢測器、激光雷達(dá)檢測器、車路協(xié)同RUS路側(cè)單元、智能多功能桿等。1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)2、云、邊、端計算數(shù)字孿生交通需要將實體交通映射到虛擬交通，而且需要實時對現(xiàn)場情況做出反映，因此不僅需要云計算中心，而且需要分布式的邊緣計算。云邊之間的協(xié)關(guān)系3、大數(shù)據(jù)技術(shù)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對交通行業(yè)生成的巨量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、存儲、分析挖掘，形成數(shù)字孿生交通的數(shù)據(jù)支撐。4、BIM/CIM技術(shù)BIM是應(yīng)用于工程

6、設(shè)計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具。通過對建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型整合，在項目策劃、運行和維護(hù)的全生命周期過程中進(jìn)行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應(yīng)對，為設(shè)計團(tuán)隊以及包括建筑、運營單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)。CIM平臺以BIM作為核心技術(shù)，深度融合地球空間數(shù)據(jù)以及物聯(lián)網(wǎng)，目標(biāo)打造數(shù)字孿生城市領(lǐng)域最為核心的建筑物聯(lián)時空大數(shù)據(jù)平臺，向下兼容各類BIM模型與智能化系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入，向上支持智慧城市各類應(yīng)用系統(tǒng)，如智慧安防、智慧安監(jiān)、智慧交通等。5、人工智能AI人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。該領(lǐng)域的研究包

7、括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。人工智能在數(shù)字孿生交通方面，一方面在交通感知數(shù)據(jù)的處理方面可以大幅度提高工作效率；另一方面，在輔助決策方面，可以幫助系統(tǒng)行業(yè)管理、企業(yè)運營、自動駕駛等方面做出決策。6、區(qū)塊鏈區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际綌?shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機(jī)制、加密算法等計算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用模式。從應(yīng)用視角來看，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€分布式的共享賬本和數(shù)據(jù)庫，具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集體維護(hù)、公開透明等特點。區(qū)塊鏈在交通支付、交通信用、自動駕駛信息安全等方面有著廣泛的應(yīng)用前景?？梢蕴岣邤?shù)字孿生交通的數(shù)據(jù)安全性。5G網(wǎng)絡(luò)在數(shù)字孿生交通領(lǐng)域賦能的主要關(guān)鍵技術(shù)包括高性能無線接

8、入技術(shù)、多接入邊緣計算和端到端網(wǎng)絡(luò)切片等三個方面。其中無線接入技術(shù)的提升作為5G網(wǎng)絡(luò)能力的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，基于空口的靈活配置與大規(guī)模天線的應(yīng)用，實現(xiàn)ITUeMBB、ITU uRLLC場景在交通領(lǐng)域的實踐；網(wǎng)絡(luò)切片保障業(yè)務(wù)的通信性能；多接入邊緣計算使能邊緣感知與計算體系，以5G網(wǎng)絡(luò)為橋梁搭建感知計算體系。7、5G通信技術(shù)19Rel-16+Rel-158、增強(qiáng)現(xiàn)實AR技術(shù)增強(qiáng)現(xiàn)實（Augmented Reality, AR）是一種實時計算攝影機(jī)影像位置及角度，并輔以相應(yīng)圖像的技術(shù)。這種技術(shù)可以通過全息投影，在顯示屏幕中將虛擬世界與現(xiàn)實世界疊加，操作者可以通過設(shè)備互動。通過將實時跟蹤到的周邊環(huán)境、行人

9、、車輛在顯示設(shè)備上疊加，可以方便地對行人進(jìn)行導(dǎo)航，對汽車駕駛員進(jìn)行安全提示。目 錄1、數(shù)字孿生交通應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)字孿生交通可以覆蓋公安交警道路交通管理、交通運輸局行業(yè)監(jiān)管、自然資源局綜合交通規(guī)劃、以及交通運輸服務(wù)等各個方面。2、總體架構(gòu)“4橫+4縱+N平臺”總體架構(gòu)?！八臋M”即數(shù)字化業(yè)務(wù)應(yīng)用、應(yīng)用支撐、公共數(shù)據(jù)資源、基礎(chǔ)設(shè)施等四個層次；“四縱”即建立組織保障、政策制度、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和安全保障等四個體系?！癗平臺”就是N個交通應(yīng)用平臺，主要包括：(1)智能交通管理、(2)交通運行監(jiān)測、(3)交通規(guī)劃設(shè)計、(4)交通信息服務(wù)、(5)智能公交、(6)智能停車、(7)車路協(xié)同服務(wù)、(8)出行即服務(wù)、(9)物流

10、服務(wù)、(10)仿真評價服務(wù)“4橫+4縱+N平臺應(yīng)用”總體架構(gòu)3、邏輯架構(gòu)通用服務(wù)數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺應(yīng)用支撐感知終端網(wǎng)絡(luò)計算4、數(shù)字孿生交通十大應(yīng)用平臺5、主要的數(shù)字孿生交通模型6、數(shù)字孿生交通的決策流程現(xiàn)實交通系統(tǒng)通過交通感知系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，根據(jù)統(tǒng)計分析和決策確定要實施的方案，對實施方案的結(jié)果進(jìn)行“事后”評價。如不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)則需要調(diào)整方案再實施。數(shù)字孿生交通則是在數(shù)字孿生交通域中對方案進(jìn)行“事前”仿真評價，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的交付現(xiàn)實交通實施，如未達(dá)到目標(biāo)則需要反復(fù)修改方案，直至達(dá)到預(yù)期效果。系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)實施分析決策交通感知仿真評價目標(biāo)仿真評價方案建模仿真數(shù)據(jù)YesNoNo目 錄(1)智能交通管理平臺智

11、能交通管理平臺是公安交警部門使用的交通指揮與管控平臺。平臺具備交通態(tài)勢全面感知、實時交通可視化指揮調(diào)度、大數(shù)據(jù)科學(xué)研判、精準(zhǔn)交通信息服務(wù)等主要功能，可以實現(xiàn)公安交通系統(tǒng)的“情指情督宣服”。實現(xiàn)道路交通系統(tǒng)運行的有序、安全、暢通、經(jīng)濟(jì)和綠色。數(shù)字孿生功能交通全要素數(shù)據(jù)匯集，態(tài)勢洞察利用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)交通現(xiàn)場同步可視交通模型推演優(yōu)化管控方案人工智能決策應(yīng)急處置智慧交叉口數(shù)字孿生交叉口(1)智能交通管理平臺實現(xiàn)交叉口交通數(shù)據(jù)的采集、通信和智能控制，形成前端處理單元，助力路口應(yīng)用智能化到邊緣，打造數(shù)字孿生交叉口，利用交通仿真技術(shù)實時模擬交叉口的運行狀態(tài)，對控制策略和改進(jìn)措施進(jìn)行事前評價，擇優(yōu)實施。智

12、慧交叉口數(shù)字孿生交叉口（2）交通運行監(jiān)測（TOCC）平臺交通運行監(jiān)測（TOCC）平臺是各地交通運輸局日常使用監(jiān)管平臺。平臺運用大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+等新一代信息技術(shù)，建立感知層數(shù)據(jù)的實時采集以及數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)交通運輸?shù)膶崟r監(jiān)測和預(yù)警；提升管理部門面向公眾的交通服務(wù)水平；推動交通運輸數(shù)據(jù)資源開放共享，實現(xiàn)應(yīng)急指揮的協(xié)同化；為地面公交、軌道交通、省際客運及危險品運輸運行監(jiān)測提供支撐，提高政府交通運輸監(jiān)測管理效率和管理水平。數(shù)字孿生功能運行監(jiān)管實時展現(xiàn)交通模型推演優(yōu)化出行交通政策人工智能輔助道路全生命周期BIM管理高速公路橋隧、匝道、收費口重點同步可視監(jiān)管方案事前仿真評價出行信息服務(wù)增強(qiáng)現(xiàn)實展示是國土空間

13、規(guī)劃部門使用的平臺?，F(xiàn)階段結(jié)合國土空間規(guī)劃的推進(jìn)，建設(shè)國土空間規(guī)劃平臺下面的綜合交通平臺，為綜合交通規(guī)劃專項提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)字孿生功能接入實時數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)源。規(guī)劃模型預(yù)測交通出行生成、分布、方式劃分和路網(wǎng)流量分配。規(guī)劃方案評價。（3）交通規(guī)劃設(shè)計平臺交通規(guī)劃與設(shè)計的內(nèi)容和流程是綜合各個部門的交通數(shù)據(jù)，形成的城市交通出行信息服務(wù)平臺。提供交通、道路信息、施工信息、公交信息、客運信息、交通氣象信息等服務(wù)，提高用戶的出行體驗，為交通運輸服務(wù)提供支撐。(4)交通出行信息服務(wù)平臺數(shù)字孿生功能路網(wǎng)擁堵狀態(tài)、服務(wù)設(shè)施、道路使用狀態(tài)同步可視。交通出行方式、路徑、用時、費用AI規(guī)劃。用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)為司機(jī)實時展示

14、前方駕駛環(huán)境。用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)向行人同步展示前方POI和目的地。其他交通相關(guān)數(shù)據(jù)展示，如交通氣象、疫情出行管控措施等。(5)智能公交平臺智能公交平臺是公共交通運營公司使用的平臺。平臺以全球定位、視頻監(jiān)控、無線通信等技術(shù)為手段，實現(xiàn)對公交車的實時調(diào)度監(jiān)控、實現(xiàn)公交優(yōu)先通行、提高公交安全和降低運營成本，提升公交服務(wù)水平；同時實現(xiàn)與政府相關(guān)管理部門、交通運輸企業(yè)、公眾之間交通信息資源的互聯(lián)互通與共享。數(shù)字孿生功能實時采集公交出行數(shù)據(jù)。與信號燈控制系統(tǒng)協(xié)同實現(xiàn)公交信號優(yōu)先通行。利用出行模型和人工智能技術(shù)實施定制公交。提供公交交通出行方式、路徑、用時、費用規(guī)劃。使用公交優(yōu)化模型優(yōu)化公交線路。用仿真評價公交

15、方案。利用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)向乘客同步展示周邊POI和公交站點。區(qū)塊鏈支撐下的公交支付和誠信管理。(6)智能停車平臺平臺用于停車管理公司。通過采集停車庫、路側(cè)停車資源等，與新能源網(wǎng)格相融合，統(tǒng)一管理、實時監(jiān)測，為運營方提供建設(shè)規(guī)劃、運維管理、停車收費等多方面決策支持和管理應(yīng)用，實現(xiàn)無人值守、高效運營的能力；基于一個APP應(yīng)用，為公眾提供車位預(yù)定、停車誘導(dǎo)、反向?qū)ぼ?、無感支付、停車充電等多種停車服務(wù)。數(shù)字孿生功能可視化監(jiān)管停車場和所有停車管理設(shè)施。使用停車模型規(guī)劃停車用戶路線和生成停車誘導(dǎo)信息。利用大數(shù)據(jù)對運營狀態(tài)進(jìn)行分析。區(qū)塊鏈支撐下的收費支付。(7)車路協(xié)同服務(wù)平臺平臺是車路協(xié)同運營服務(wù)公司使用的

16、，同時需要與政府交通相關(guān)部門數(shù)據(jù)共享。建設(shè)覆蓋全域的路側(cè)通信單元RSU，結(jié)合車載通信單元OBU實現(xiàn)車車、車路之間的C-V2X寬帶、低延時信息交互?；谶吘売嬎?，將采集的交通信息進(jìn)行處理，將駕駛安全預(yù)警信息、出行誘導(dǎo)信息等實時發(fā)布給車輛，提高交通安全，實現(xiàn)路網(wǎng)均衡暢通，同時可為無人駕駛汽車提供全面的數(shù)據(jù)支持。車輛、駕駛員服務(wù)云端車路協(xié)同運行中心高精度地圖（HDM）邊緣實時計算(數(shù)據(jù)融合、LDM、安全警告、指令)數(shù)字孿生功能結(jié)合自動駕駛高清地圖建設(shè)，實現(xiàn)車路協(xié)同數(shù)字孿生的道路系統(tǒng)。實現(xiàn)車路協(xié)同道路狀態(tài)的實時監(jiān)測和危險判定。為網(wǎng)聯(lián)車提供增強(qiáng)現(xiàn)實AR方式的交通環(huán)境展示。自動駕駛車輛路測監(jiān)管。數(shù)字孿生自

17、動駕駛仿真測試。(7)車路協(xié)同服務(wù)平臺交通安全預(yù)警信息服務(wù)，主要用于對道路交通異常狀態(tài)、單車運行異常狀況、惡劣天氣與路況異常變化等情況提前預(yù)警和實時報警，以便最大限度地減少交通異常所造成的損失。出行服務(wù)供應(yīng)商使用的平臺。整合地面公交、出租、軌道交通、共享汽車和共享單車等各種內(nèi)部交通出行方式資源，接入民航、高鐵和長途客等運城際交通資源，納入餐飲、住宿、購物、旅游等服務(wù)信息，基于公共交通智能調(diào)度、個人習(xí)慣分析、綠色出行優(yōu)先等，整合互聯(lián)網(wǎng)的支付能力，實現(xiàn)出行行程預(yù)定、路徑一鍵規(guī)劃、公共交通無縫銜接、費用一鍵支付等功能，提升移動性和出行滿意度，提高公眾綠色出行良好體驗。(8)出行即服務(wù)（MaaS）平臺

18、數(shù)字孿生功能提供各種交通出行方式、路徑、用時、費用規(guī)劃。提供中途變更行程的出行規(guī)劃調(diào)整。利用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)向乘客同步展示換乘站和POI。區(qū)塊鏈支撐下的一鍵支付和交通出行的誠信管理。海關(guān)國檢外管稅務(wù)倉庫分揀中心服務(wù)中心個人用戶上下游企業(yè)物流企業(yè)供應(yīng)鏈交易智慧物流供應(yīng)鏈金融鐵路公路港口空港商業(yè)零售大數(shù)據(jù)中心銀行第三方支付平臺三方物流自動化集裝箱堆場物流園區(qū)物流服務(wù)平臺鐵路(9)物流服務(wù)平臺政府監(jiān)管服務(wù)部門和物流企業(yè)使用的平臺。物流服務(wù)平臺可實現(xiàn)物流行業(yè)運行監(jiān)測、行業(yè)服務(wù)分析與決策、數(shù)據(jù)共享與綜合信息服務(wù)；形成綠色、高效和公平的物流市場競爭環(huán)境；提高物流效率，減少車輛排放污染，確保城市生活的日常需求和促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展。數(shù)字孿生功能可使用物流模型規(guī)劃物流方式、時間和線路。大數(shù)據(jù)支撐下的運營分析。以區(qū)塊鏈為基礎(chǔ)的供應(yīng)鏈服務(wù)。區(qū)塊鏈支撐下的支付和誠信管理。實時可視化的場站管理、作業(yè)管理。(10)交通仿真服務(wù)平臺交通仿真通過建立數(shù)學(xué)模型，真實映射物理交通的運行狀態(tài)，進(jìn)而可以對交通運行未來狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)交通仿真的使用情況，交通仿真主要分為宏觀交通仿真、微觀交通仿真和行人仿真。利用BIM和CIM數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)，有條件的情況下納入高清地圖數(shù)據(jù)，建立交通仿真模型，同時納入實時交通流參數(shù)數(shù)據(jù)，形成對物流交通的在虛擬空間的映射（平行交通）