智慧高速领域数字孪生应用思考及实践

       近些年，国家和相关部委陆续发布多项政策指导智慧公路建设，逐步制定相关建设标准规范，加快推动全国公路数字化、智能化、协同化升级。对于智慧高速的发展探索在这几年不停提出各类创新性的技术手段，并且进行了局部的试点和示范性应用。

       传统意义上的智慧交通，就是通过数据驱动来实现高速公路管理的智慧化、精细化、高效化提升。而要实现数据驱动，就不得不提到高速公路的数字化转型，这也是业内当前普遍共识的实现智慧高速的基础。但是事实上，当我们解决了高速公路基础设施数字化，解决了道路全域的感知技术难题，解决了各个系统之间的数据壁垒和不统一，当我们建设了云平台来收集汇聚这些海量的数据后，如何有效地使用这些数据，成为了智慧高速需要思考的问题。

        大数据是一个不错的选择，但是大数据更多的能力在于交通宏观规律的提取和通过大数据模型进行的逆向预测，却缺乏对微观个体的异常提取。而交通领域最关注的通行安全和局部通行不畅，往往恰恰是因为一些特殊个体的特异行为所导致的。所以我们也需要一个新的技术路线来解决所面临的新的问题。

       而且原有的GIS引擎，更擅长于表现交通宏观特征状况，但在这个数据爆发的时代，对公路交通的管理，对设备设施资产的立体化运营养护，对多方协同应急调度都提出了更深层次的软件展现和细分需求。

       正好在同一时期，另一项关键技术“数字孪生”的出现，解决了传统智慧高速概念下所遇到的问题，“数字孪生交通”这一概念应运而生，并深受市场的接纳。本文，我们就谈一谈智慧高速大背景下的数字孪生技术相对传统大数据应用技术界限突破后会出现哪些划时代的应用场景提升，数字孪生技术的技术构成要点和价值所在。通过智汇云舟近期在该领域的研究和思考，希望分享给行业最新的理念和创新实践经验。

一、什么是数字孪生交通

       交通数字孪生是将实时采集的交通数据纳入到交通模型体系中，实现对物理世界交通基础设施及交通参与者的虚拟数字映射，通过大数据、人工智能、实时通信和交通仿真等技术实现交通安全、效率等优化目标。

二、数字孪生交通的主要作用是什么

        数字孪生可以充分利用物理模型、传感器数据、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

        数字孪生可以从多个维度赋能智慧交通，以满足人们日常出行的智慧化需求。数字孪生采用多种智能化技术对物理实体进行数字化定义和建模，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真推演，实现现实世界与数字世界的连接。

三、数字孪生的应用价值有哪些

        数字孪生的价值不仅局限于生动逼真的可视化呈现，更有意义的是以虚实结合来为业务赋能，解决交通运行管理中的痛点问题。在智慧高速领域中，数字孪生的价值主要体现在：

1、资产数字化，推进运营全时空掌控

       对高速公路资产进行数字化，按照运营管理统一的设施设备分类和编码要求，创建高速公路基础设施数字底座。在数字底座基础上，搭建设施设备单体化数字孪生场景模型。在这个数字孪生场景中，本身就拥有了1:1的空间属性，和单体化设施设备模型。

       我们可以进一步叠加实时运行状况和历史运行数据到数字底座的每一个单元中，这样就形成了时空全覆盖的数字资产。为高速公路资产的精细化管理提供足够的数据基础支撑，也可以很便捷地反复查看设施设备的时空变化迁移。

2、数据结构化，赋能风险多源化识别

        数字孪生平台可以将非结构化数据进行数字结构化转换，结构化的数据在提炼了原始多源非结构化数据的特性后，实现了高度的组织化，更便于查询、存储和研究。

       通过对各类数据的结构化转换，我们可以实现多源非结构化数据的时空特性一致性匹配，研究其中相互的作用和影响。比如，重车对桥梁的影响、不同的车辆负载交通对路面的长期影响，局部气候异常造成的道路通行环境的影响和驾驶员行车方式的改变，等等。

3、时空可塑化，助力决策数据化驱动

       数字孪生的决策过程是在现实世界和虚拟世界之间形成数据闭环，从而辅助科学决策，降低试错成本。以高速公路交通管控决策为例，说明数字孪生的决策过程：

• 第一阶段，由实入虚。通过对高速公路交通动静态要素的提取和数字化，叠加融合交通模型，形成孪生数字底座，将现实世界映射到虚拟世界。
• 第二阶段，由虚到虚。在孪生数字底座的基础上，叠加人的管控策略，利用虚拟世界的仿真推演能力，对人工策略不断调整优化，直到形成最佳的管控策略。
• 第三阶段，由虚返实。将虚拟世界中优化后的管控策略通过现实世界中的智能化管控设备进行下发，让数据重新作用于现实世界中的人和车。

         智汇云舟作为国家级和中关村双高新技术企业、中科院科技创新发展研究院理事单位、中国互联网协会数字孪生应用工作委员会副主任委员单位，专注于创新性的“实时实景数字孪生”技术研发与应用，在行业内首次提出了“视频孪生，即视频+数字孪生，是对数字孪生的创新升级。”这一概念。

       依托于视频孪生时空底座的智慧交通系统，构建出实时实景智慧交通综合管理一张图，实现在视频孪生场景中，室内、室外场景全局或重点区域直观掌控，解决大量监控视频分散、割裂、不直观等问题。通过视频融合帮助指挥人员快速理解现场情况。

       公司已为城市交通、高速公路、交通枢纽、港口码头、机场、桥梁等多个场景的数十个交通场景提供了智慧交通解决方案。

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