图扑数字孪生智慧公路，构建互联协同智能交通系统

前言

随着智能交通科技和产业的发展，我国正在形成一个安全可靠、便捷高效、绿色智能、开放共享的现代化综合交通运输体系。《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》明确提出，加快智能技术深度推广应用，坚持创新驱动发展，推动互联网、大数据、人工智能、区块链等新技术与交通行业深度融合，推进先进技术装备应用，构建泛在互联、柔性协同、具有全球竞争力的智能交通系统。

智慧公路系统将先进的数据通信技术，传感器技术、人工智能等新兴技术有效地综合运用于交通运输，服务控制和车辆管理，加强车辆，道路、运维三者之间的联系，从而保障安全，提高效率，改善环境，节约能源。连接起城市与乡镇的智慧数字化全面发展，打造智慧城市、数字乡村新格局。

效果展示

随着画面初始化后，映入眼帘的是以沈海高速厦门至泉州段作为项目背景的可视化场景，流光溢彩的霓虹效果展示了高速公路在 GIS 地图上的走向，以动画延伸的方式进行展示，让人眼前一亮。配合底部公路动画效果样式图，更贴合了整个项目场景。

图扑软件应用自主研发核心产品 HT for Web GIS，实现可交互的 Web 智慧高速公路交通可视化管理运维平台，将其地理信息系统（Geographic Information System，GIS）的数据进行丰富的可视化展示。高速公路可视化大屏结合 GIS 地图，辅以左右两侧面板进行展示。分别从隧道机房、ETC 门架、服务区、收费站等几个维度进行整合，全方位掌控公路交通的运行状况。

 

HT 和 GIS 的集成方案中可提供项目实际需求构建漫游线路，按照指定线路对城市各地区进行漫游移动，在制定线路的时候可以参考重点区域或智能化水平较高的区域进行制定，给用户呈现公路重点发展区域以及智能化发展成效。在高速公路 BIM 模型的基础上融合 GIS 信息，综合分析不同规划方案下地质和地理状况，以此避免道路规划中的地质灾害和环境敏感区。同时，在 CIM（城市信息模型）平台中植入优化算法进一步纠正高速公路的规划路径。

HT for Web GIS 产品支持对不同地图瓦片服务数据、航拍倾斜摄影实景的 3DTiles 格式数据以及城市建筑群等不同的 GIS 数据的加载。本次系统中的城市建筑场景通过对地图供应商提供的建筑进行仿真三维建模，达到实用且真实的效果。

在设计上也可以通过对客户提供的建筑白模加工优化，进行 AO 贴图烘焙，增加模型间的阴影关系，使场景更加赏心悦目。

场景设置了科技 GIS 地图版与写实风格三维模型的 2 种切换模式，客户可以点击 GIS 地图上的图标对不同场景进行跳转，亦可通过在三维场景中，对场景模型进行交互，实现场景跳转。

系统分析

ETC 可视化

ETC 门架系统一种高速不停车收费的设施。龙门架上可以安裝一些鉴别汽车信息的设备，根据组装在汽车前挡风玻璃上的车载 RFID 标签与在收费站 ETC 行车道龙门架上的微波天线中间的微波加热专用型近程通信，利用软件连接网络技术应用与金融机构开展后台管理清算解决。

 

视频监控智能分析

视频监控智能分析系统是道路交通方式不可缺少的监管手段。图扑软件参考现场摄像头实际点位，在三维场景中进行对应位置的监控模型摆放，实现场景还原。用户通过三维场景对高速公路的摄像头位置一目了然，并进行实时监控信息采集与分析，将异常车辆信息等数据进行汇总。

传统以 2D 的方式平铺在显示器上的视频监控方式，很难将分镜头视频与实际地理位置相对应，无法对大场景进行有效直观的实时监测，没有态势感知。图扑 Hightopo 视频融合解决方案将 2D 图像融合到场景的 3D 模型中，为操作员提供直观的视频图像和简单的视图控制。HT 视频融合技术采用 WebGL 技术， 利用 GPU 高性能计算能力对视频图像进行实时处理，图像处理不占用 CPU 资源，整个方案画面流畅。

 

设备监测

图扑软件对 ETC 门架进行了完整的三维场景构建，能够管理门架以及门架上所有的设备对象。支持通过数据配置，生成不同的监控场景。

真实还原龙门架路口交通运行状态，2D 面板重点展示门架编号、位置信息、门架车辆绑定信息、收费信息以及设备故障状态，方便运维人员对来往同行车辆进行筛查管理，便于开展交通健康诊断，有效解决路口交通拥堵和安全等问题，提升交通管理及服务水平。

ETC 车辆监测

图扑高速可视化管理运维平台中的 ETC 门架系统同样可具备通行车辆分段计费、流量调查、视频监控、超速筛查等功能，汽车经过门架之后，门架上安装的监控系统会自动识别汽车，同时实现计费。

 

孪生车辆进出收费门架的过程，并以动态标签标注的形式展示每辆车辆收费结果，成功扣费车辆显示为绿色标签“交易成功"。扣费失败车辆显示为红标签”交易失败“，非 ETC 车辆显示为黄标签”交易失败。

收费站可视化

公路的实际管理工作中，由于公路管理布局零散，现场处置、中心调度、决策指挥等工作任务相对独立，缺乏统一的纵向、横向间的指挥调度体系。加强基础设施数字化管理能力，将大数据、物联网、视频分析、数据挖掘等相关技术应用到公路场景中来，快速提高公路的安全、快速、绿色运输和智能管控的能力。

设备监测

收费站是公路系统功能发挥的重要组成部分，公路收费站机电设备是保障公路正常运行的关键，高速公路的机电系统应该随着交通运输业的发展不断往信息化、智慧化更新。

 

通过图扑 Hightopo 丰富的 2D 可视化面板样式，将公路收费情况、车辆通行情况、出入口车道情况以及机电设备如栏杆机、车牌识别、车道监控、车道控制器、天线、费显、车道指示灯、情报板等设备的数量、运行情况以及设备运维情况进行汇总统计输出于大屏上，让运维人员无需再通过纸质文件传递信息与归档，提高工作效率，增强管理水平。

 

情报板

高速公路可变信息情报板是一种架设在高速公路上方或者是道路两侧的 LED 诱导屏，图扑 Hightopo 高仿真信息情报板与交通管理系统、道路施工运维系统等后台数据端相连，发布预设好的信息或者实时的交通路况信息。在高速公路中，收费站车道或 ETC 专用车道设置可变信息屏，可以显示文字等信息，同样也可以为出行的司乘人员及时提示相关车辆信息。

高速公路可变信息情报板发布的主要信息内容包括：交通路况信息、安全提醒信息、天气信息、道路封闭和施工信息以及突发路况等信息。

 

车道管理

通过图扑 Hightopo 打造的车道可视化管理系统，进一步提升了对收费车道的监控和异常处理的能力，可对每一条收费车道进行实时监控，实现“无人值守”"远程操作"的车道管理形式，助力打造畅行的高速公路收费站。

通过大屏上的面板对入口车道的车道通行指示灯、车道栏杆机进行通行、关闭、抬杆、落杆等操作。

 

服务区可视化

通过图扑软件数字孪生技术将服务区、服务区内建筑、周边环境设施进行高度还原，支持融合物联网、大数据等各类信息技术，整合服务区现有信息系统的数据资源，通过“一张图”的形式进行服务区管理。未来将助力实现服务区高质量发展和旅游、商贸、物流等功能拓展。

 

图扑软件 HT 支持多种方式的模型渲染，采用轻量化三维建模技术，以三维场景为基础，2D 数据面板为辅，统计出服务区的基础地理信息、能耗（用水、用电）统计、接入天气系统实时查看到当日的环境监测、以及车辆统计与日车流量趋势图，实现服务区的数字化管理。

设备监测

传统的人工设备巡检耗时耗力，关联机电设备种类多、数量庞大，日常管理运维成本高。因此，推进智慧高速建设势在必行。通过图扑软件的可视化技术将所有智慧机电设备如服务区灯光、空调、监控、户外充电桩、地磁、环境检测等设备进行统计与设备运维记录汇总，实现彼此间的信息互联互通和自动控制，并与交通工具、交通参与者的协同联动。

服务管理

通过数字孪生、大数据、物联网等信息化新技术与公路行业的深度融合，舒适、高效的通行能力以及日常运维管理的智能化日趋重要，图扑可视化赋能公路行业早日实现主动预测、自动处置、快速响应、服务高效，全面提升以人为本的智慧公路。

人流热力图

通过多个智能摄像头的图像识别分析，能形成一个完整的服务区热力图。显示休息区人流情况及拥挤程度，红色区域人群聚集，绿色区域游客较少。管理者通过图扑 Hightopo 可视化管理平台进行人流监控可以建立人流预警机制。

 

停车位可视化

通过智慧化车位检测器，可实时更新车位使用情况，实现服务区车位信息可视化。运维人员可根据图扑 Hightopo 可视化大屏了解车位情况，再通过智能广播系统，引导不同类别车辆在服务区内分区停放，实现立体分流、客货分离，压缩车辆出入排队时间，减少人工管理成本。

 

休息区停车场为了更贴合如今市场需求，增设了许多充电桩以解决新能源电动车的临时充电情况。服务区可通过图扑可视化实时监测电桩运行状态及实时功率，对接充电桩的充电状态，判断当前车位是否有车辆，通过线条流动效果动画模拟充电状态。在充电桩发生故障时，通过模型染色、告警动画等效果提示，为充电桩的实时使用情况和运行监控维护提供了便利。

 

 

孪生加油站

加油站作为人流量大且常见的公路服务区场景，对加油站进行安全防范措施具有非常重要的安全意义。

 

图扑软件数字孪生智慧加油，对加油站进行场景复现，运维人员可以通过数据大屏查看加油站实时运行情况。

当然图扑软件的可视化技术不仅能对场景进行孪生，也可以对加油站内作业区域、油罐、建筑、设施设备的数据进行展示与管理。以下是图扑通过自主研发的 HT for Web 渲染引擎，数字孪生智慧加油可视化管理系统。

国家规划中指出大力发展风电、光伏、储能等新能源产业，推动能源清洁低碳安全高效利用，推进重点行业和重要领域绿色化改造。在此趋势下，采用各类节能低碳的新能源建设材料，实现绿色生态智慧服务区站也是未来公路服务区的发展方向。

公厕管理

服务区卫生间也实现了智慧化升级，可实现实时空余厕位数量的显示，有效引导旅客避开如厕高峰。运维人员通过图扑 Hightopo 可视化可实时查看公厕的使用情况等数据，便于安排保洁进行厕所消杀等清洁工作。

 

公路数据中心

高速机房可视化

高速公路机房是信息化建设的关键部分，高速公路机房的管理，是整个高速公路管理工作的缩影，机房内的设备是机电系统的动力所在：负责信息的采集、传输。加强机房管理工作，是实现自动化的必要手段，有利于减轻管理人员的工作量，降低设备运维成本。

 

 

设备监测

通过图扑软件搭建轻量化数据中心 3D 机房数字孪生解决方案，通过对数据中心设备、环境、容量、管线等数据源的采集、处理、分析，为运维人员提供集中监控、集中管理、科学决策等全生命周期运维能力。

机房建设环境会对设备运行产生影响，关系到运行的安全性、稳定性，因此必须加强环境和安防管理，涉及温度、湿度、照明、门禁、通风等要素。接入设备数据并通过 2D 面板实时显示设备如列头柜、空调、UPS、消防气瓶、监控等数量与运行情况、以及能耗统计、UPS、设备运维记录等信息。

告警管理

图扑软件根据机房安全管控的实际需求，对接后台告警数据，对机房内设备告警以及事件告警信息列表进行汇总展示，并通过智慧管理平台推送报警信号，并且可以实时进行派发工单，并且通过 2D 面板辅以派单记录，便于运维人员进行跟踪闭环处理。

 

容量管理

图扑通过不同颜色的可视化效果让机房运维人员可以更加清晰的掌握当前的容量情况，如当前机房的电力负载、机柜剩余空间、机房各区域承重情况以及存储的容量情况，都可以形象直观的表达出来，有效管理机房的容量资源，让机房的各类资源负载更均衡。

 

温度云图

通过对接数据中心内的物联网设备（温湿度传感器），获取到场景中的温度点位信息，渲染出三维的热力云图效果。目前很多数据中心已经垂直安装使用了低中高垂直方向的传感器，传统的热力云图是将渲染出来的图片贴合到平面地板上，使用三维的热力云图，可以带来更直观的视觉体验，可以更快定位每个机柜上的设备发热情况。

 

管线管理

管线可视化内容通常分为网络链路可视化、暖通管道可视化、电气线路可视化等管线类型的可视化展示。

图扑 HT for Web 推出基于管线可视化的独特算法用于生成设备与设备之间相连的管线生成，包括网络接口、暖通管线（水冷空调、水塔、冷水机组、冷却泵、恒湿机）人工建模或数据生成）、电气管线（变压器、配电箱、电池组、电池柜、电力监控通讯柜、开关柜、主控柜）等链路可视化功能。系统可与网络线路、电气、暖通自控系统进行数据对接，通过算法自动排布生成管线，以可视化及动画形式展现设备的运行状态和连接状态，因此连接关系和链路走向都能让运维人员了然于目。

 

图扑软件（Hightopo）的数据中心 3D 可视化系统将多种复杂的管理系统信息聚集在虚拟仿真环境下，以人类最直观的理解形式展现，可大幅度提升信息交互和操控的效率，减少时间损耗和信息的浪费，保证信息的及时性和准确性。该系统不仅可应用在公路机房、还可以用园区、医院、军营等各领域数据中心机房：

 

 

 

隧道可视化

隧道作为重要交通建筑设施，为缩短运行距离、提高运输能力、减少事故等方面起到重要作用。

设备监管

图扑软件借助 HT for Web 技术赋能，将设备告警信息、故障信息等数据进行整合，对隧道内的车道摄像头、指示灯、情报板、风机、亮度仪、气体检测仪、风速风向检测、火焰探测器等设备进行数字化监管。

 

点击隧道进出口处指示信息会弹出隧道内指示灯的设备详细信息，运维人员可通过图扑智慧高速平台快速查看到每个隧道的指示灯情况，并且可通过 HT 可视化来远程控制灯光等设备，避免设备问题导致的交通事故发生，打破公路设备信息孤岛，实现隧道设备的智联协同。

告警管理

图扑软件根据隧道安全管控的实际需求，对接后台告警数据，对隧道内设备告警以及事件告警信息列表进行汇总展示，并通过智慧管理平台推送报警信号，并且可以实时进行派发工单，并且通过 2D 面板辅以派单记录，便于运维人员进行跟踪闭环处理。

隧道巡检

案例设置了手动巡检以及自动巡检两种模式，手动巡检可通过拖动进度条按需快速定位到隧道对应位置，可针对性选择设备进行查看状态。另外图扑还增设了自动巡检模式，点击按钮即可通过固定路线、自由视角对隧道场景进行巡检式漫游。在降低巡检复杂度的同时也大幅提高了巡检效率及可靠性，优化巡检流程，做到规范化、模块化、流程化的精细管理。

 

作为高速公路路网中监管难度最高的路段，隧道是公路场景中最为难啃的“黑盒子”。繁杂的机电设备加上特殊的环境因素，使得隧道一直面临着：应急指挥难、监管运营难等难题。

图扑软件数字孪生智慧隧道，以隧道综合管控为导向，提升设备控制、事件预警、流程管理、应急处置等综合业务能力。助力隧道运营管控朝着更智慧、更安全、更便捷的方向发展，推动交通行业的数字化转型升级。

在前期的文章分享中我们也专门介绍基于 HTML5 的 2D、3D 图形渲染引擎，结合 GIS 地图，以 B/S 技术架构打造一套实现智慧隧道全联接、全智能的可视化管理方案 ——图扑软件智慧隧道中心调度平台。

 

拓展 延伸

图扑软件基于全域三维可视空间、多源异构数据治理、动静融合业务管控的数字孪生平台，让公路、桥梁、附属设施等公路交通基础设施具备多维感知能力，能够实现彼此间的信息互联互通和自动控制，并与交通工具、交通参与者的协同联动，为公路交通安全和高效通行提供数据支撑。以全域全路网全要素数字化为基础，以全周期全业务数字化为引领，赋能高速公路管理服务全网络全业务数字化升级。

城市轨道交通可视化

伴随着城市轨道交通运营水平的精进不休和运营规模的急速扩张，智慧城轨的构建可谓是“新基建”中具有代表性的领域。图扑软件应用自研 HT 产品，无缝融合 2D、3D 可视化技术，构建一套轻量化的青岛城轨数字化综合运维解决方案。

桥梁路网建设可视化

在科技迅速发展的大背景下，数字技术在与传统基础设施融合创新中，伴随着新需求的不断迭代，正在形成新的技术架构体系，通过图扑软件建立一个数字孪生的世界，实现从 3D GIS 可视化、漫游和三维空间分析到 BIM 施工管理、施工动态模拟和施工进度总览的全过程信息化管理，传统桥梁工程迎来了深刻变革。

盾构机三维可视化

盾构机作为公路隧道施工的重要设备之一，发挥着举足轻重的作用。图扑软件采用 HT for Web 产品来构造轻量化的 3D 可视化场景，数字孪生盾构机施工流程，清晰直观的展示设备的部件组成，动态运作效果，设备拆分，组装、施工全过程。

 

 

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