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數字孿生 助力智慧城市進階發展的必要手段——以數字孿生賦能(néng)智慧交通産業升級為(wèi)例
2024-04-24新(xīn)聞資訊
智慧交通與智慧城市息息相關，其不僅僅是智慧城市在交通領域的具體(tǐ)體(tǐ)現，而且涉及交通出行、助管治堵、便民(mín)利企、經濟社會發展的方方面面。智慧交通關乎城市運行的安(ān)全、平穩、有序，必将是智慧城市進階發展的重中之重。特别是在數字孿生助力智慧城市加速演進的當下，數字孿生也必将在智慧交通領域持續深度應用(yòng)，賦能(néng)智慧交通産業升級。
一
基于數字孿生技(jì )術的視頻融合感知态勢分(fēn)析
數字孿生已成為(wèi)城市數字化提質(zhì)發展和高效治理(lǐ)的必要手段，更逼真的還原效果、更流暢的視覺體(tǐ)驗、更具沉浸感的三維數字孿生城市勢在必行。
結合城市實景三維模型，在三維地理(lǐ)信息系統(3D GIS)視頻融合平台中接入海量的監控視頻資源可(kě)實現視頻全景拼接，把單一局部獨立的視頻還原成全局真實場景。同時根據視頻的畫面内容與三維城市場景進行精(jīng)準匹配融合，能(néng)夠實現三維立體(tǐ)城市場景中視頻與場景同步展現。
城市三維場景融合可(kě)實現三維空間地理(lǐ)坐(zuò)标體(tǐ)系（經度、緯度、海拔）中的高精(jīng)視頻與城市地理(lǐ)信息時空統一，實現城市真實場景還原，解決視頻分(fēn)散、割裂、頻繁手動操控等問題，便于跨越攝像機全景事件在場景中追溯和研判，輔助科(kē)學(xué)直觀指揮。
另外三維城市地理(lǐ)信息場景可(kě)實現三維場景與二維場景的統一聯動操作(zuò)，在二三維場景中，可(kě)任意在二維或三維場景中操作(zuò)實現同步視角的浏覽。同時支持二維場景作(zuò)為(wèi)整體(tǐ)觀測畫面、三維場景用(yòng)于具體(tǐ)區(qū)域的視角跟随浏覽，做到整體(tǐ)宏觀和細節場景的協調統一态勢感知，高效用(yòng)于業務(wù)指揮。
具象到智慧交通行業領域，視頻+GIS的創新(xīn)應用(yòng)，将實時動态的攝像機畫面與三維場景空間進行融合，可(kě)實現在實景孿生場景中對全域全時空交通場景的直觀掌控，讓交通智慧推演與科(kē)學(xué)決策更加觸手可(kě)及。
在“十四五”規劃綱要中，我國(guó)明确提出要“完善城市信息模型平台，探索建設數字孿生城市”，行業企業将不斷以時空大數據、GIS+、CIM等創新(xīn)技(jì )術深入探索智慧城市中“智慧+”的賦能(néng)應用(yòng)，構建現實與虛拟世界之間的橋梁，助力新(xīn)型智慧城市建設。為(wèi)地形級、城市級、部件級等實景三維場景建設提供一站式服務(wù)支撐，彙聚融合城市多(duō)維多(duō)尺度空間數據和物(wù)聯感知數據，構建三維數字空間的城市信息有機綜合體(tǐ)，實現城市級二三維數據資産的高效共享及多(duō)業務(wù)應用(yòng)支撐。
二
數字孿生在智慧交通的優勢作(zuò)用(yòng)
智慧交通是民(mín)生工程、發展工程，對促進城市經濟社會高質(zhì)量發展、滿足人民(mín)群衆美好生活需要具有十分(fēn)重要的意義，站在智慧城市的高度審視，數字孿生在智慧交通的應用(yòng)作(zuò)用(yòng)也非同一般。
1.提供豐富的基礎地理(lǐ)空間實景視頻信息
交通行業是數字孿生落地智慧城市領域應用(yòng)的主要場景之一，能(néng)夠為(wèi)交通管理(lǐ)提供豐富的基礎地理(lǐ)空間實景視頻信息，通過傾斜攝影建模、激光點雲建模、BIM建模等可(kě)量測的數據，以高清晰度、高分(fēn)辨率全景影像的方式直接反映地物(wù)要素以及自然環境的原貌，既包含所要量測的目标地物(wù)信息，又包括與之相關的各種自然和社會信息，而且作(zuò)為(wèi)一種新(xīn)型地理(lǐ)信息數據源，可(kě)與各類地理(lǐ)信息共享服務(wù)平台無縫集成，為(wèi)智慧城市建設各方面提供所需的實景化專題數據。
2.提供決策支持
數字孿生技(jì )術是在傳統二三維GIS的基礎之上增加了連續的實景三維影像，并通過開放的軟件與基于GIS的行業應用(yòng)進行無縫集成，從而為(wèi)用(yòng)戶可(kě)提供具有豐富環境信息和立面信息的實景可(kě)視化環境，有效地支持管理(lǐ)和決策等高級應用(yòng)。
數字孿生技(jì )術的應用(yòng)讓交通這種傳統行業的業務(wù)、管理(lǐ)不再依靠抽象的圖紙、枯燥的數據、孤立的圖像來分(fēn)析判斷運營、養護、應急救援等面臨的各種複雜的相關矛盾或沖突。同時借助數字孿生技(jì )術可(kě)以快速浏覽事件現場的實景GIS視頻，清楚地了解前後左右道路結構狀态、相鄰交通結構之間的功能(néng)關系及通行能(néng)力，通過監控系統、收費系統掌握實時的交通信息，從而可(kě)以準确、有效地提出具體(tǐ)的處置決策。
3.提供實時交通數據保障交通安(ān)全
數字孿生不是單一技(jì )術，而是以積木(mù)式組裝(zhuāng)結合了物(wù)聯網、大數據、BIM、GIS、人工智能(néng)等多(duō)項前沿技(jì )術的“巨技(jì )術”，結合相關技(jì )術可(kě)實現對公路運輸的實時數據的連續性觀測，如采用(yòng)實時GNSS數據、導航數據、攝像頭數據、動态天氣數據等進行多(duō)空間、多(duō)領域、多(duō)維度的數據支撐，做好交通監測研判、道路安(ān)全防控，從而有效保障交通暢通、安(ān)全。
三
數字孿生在智慧交通場景中的未來深度應用(yòng)
數字孿生技(jì )術有助于實現交通建設的智能(néng)化、信息化和數字化發展，是交通可(kě)視化、智慧化的重要技(jì )術手段，行業企業将持續發力智慧交通與智能(néng)出行領域，探索更廣闊的行業應用(yòng)，緻力于讓城市更智能(néng)、生活更便捷。未來深度應用(yòng)場景主要體(tǐ)現在以下幾方面：
1.公路運行管理(lǐ)
充分(fēn)利用(yòng)數字孿生技(jì )術提供可(kě)視化以及數據分(fēn)析的便利優勢對模型進行立體(tǐ)優化，從而形成更能(néng)夠真正指導智慧公路運行的算法模型，在此基礎上，通過不斷地對算法進行叠代來滿足實際運行的要求。例如在路網服務(wù)方面，通過實時掌握路網通行狀态、車(chē)流量、事件、天氣等，實現公路網運行态勢精(jīng)細化監測，輔助路網應急指揮和公衆出行；在交通仿真方面，結合仿真引擎能(néng)力，對實時或未來交通運行狀況進行複現或預演，仿真模拟不同流量狀态及道路條件下的交通運行效果，以及交通管控方案實施後的道路運行情況，輔助最優管控方案的選定。
2.道路資産管理(lǐ)
利用(yòng)高精(jīng)度地圖構建數字孿生的公路三維模型場景，通過收集數據、整理(lǐ)數據等，彙聚靜态資産、動态資産等公路基礎數據資源。
針對公路資産盤點不清問題，通過數字孿生技(jì )術可(kě)将公路周邊地形地貌以及公路、橋梁、隧道、收費站、服務(wù)區(qū)、标志(zhì)标線(xiàn)等公路資産進行三維複刻呈現，形成公路資産三維數字化檔案，實現資産全面盤點、設施精(jīng)準定位。
3.道路養護管理(lǐ)
數字孿生可(kě)解決公路病害傷損發現難、上報難等問題，解決巡檢工作(zuò)完全依靠人工肉眼監測的現狀，提供基于人工智能(néng)各項工具化解決方案。随着路網改造升級對養護的技(jì )術标準、質(zhì)量要求、規範操作(zuò)越來越嚴格，用(yòng)機器視覺分(fēn)析輔助人工肉眼檢測可(kě)減輕一線(xiàn)道路職工重複冗餘的工作(zuò)，既能(néng)提高效率又能(néng)保證人員安(ān)全。幫助道路的建設方、運營方、執法方實現道路病害信息化全網可(kě)視可(kě)控。此外基于每日巡檢數據，生成統計分(fēn)析和預警報告，實現道路病害趨勢預測，為(wèi)制定科(kē)學(xué)的道路養護計劃、巡檢計劃提供重要支撐。
4.公路隧道管理(lǐ)
公路隧道多(duō)建設于山嶺區(qū)域，所處環境複雜且内部空間狹窄、近似封閉，當車(chē)輛駛入時，光照的變化、環境空氣的變化、危險駕駛行為(wèi)等極易引發安(ān)全事故。同時由于傳統隧道信息化建設不足而導緻的隐患排查難、應急效率低、交通事故頻發等問題也日益凸顯。面對當前公路隧道問題，構建隧道數字孿生系統可(kě)實現對隧道環境的高精(jīng)度場景化還原、隧道交通運行監測、事件監測、風險隐患監測等，實現從感知、監測到決策、控制的全流程隧道安(ān)全監管，為(wèi)隧道安(ān)全預警、應急指揮、分(fēn)析決策及管理(lǐ)養護提供基礎支撐。
5.公路應急管理(lǐ)
因台風、暴雨、洪水、暴雪(xuě)等自然災害侵害常常會引發公路及其沿線(xiàn)附屬基礎設施的損壞，導緻公路無法正常運行的情況。基于數字孿生技(jì )術構建的公路應急系統能(néng)夠有效地對相關情況進行及時的處理(lǐ)。例如可(kě)以對地貌、路網、設施、人員、危險源、風險源等實現可(kě)視化，使交通管理(lǐ)者、公路運營單位等能(néng)夠快速地針對信息進行綜合決策，有效提升處理(lǐ)應急狀況的及時性和有效性。
6.道路指揮調度管理(lǐ)
關聯融合多(duō)源警情信息，通過警情發生位置、交通态勢研判與态勢預測對警情進行判定，自動識别警情級别并預警，融合多(duō)源事件信息後自動生成警情多(duō)媒體(tǐ)處置流程，實現接處警全流程可(kě)視化，提升工作(zuò)效率。
四
結束語
數字孿生技(jì )術的快速發展極大地助力了智慧城市的建設，數字孿生賦能(néng)智慧交通産業升級是具有創新(xīn)意義的智慧城市應用(yòng)場景樣例。産品技(jì )術可(kě)面向城市、高速、國(guó)省道等場景應用(yòng)，通過融合路網、路況、天氣、道路事故等多(duō)源數據，提供全息畫像、隐患排查、事故研判、風險預警等核心功能(néng)，賦能(néng)道路交通安(ān)全科(kē)學(xué)管控、隐患排查、主動預防等業務(wù)場景。例如結合高精(jīng)度地圖數據及“視覺+Al+邊緣計算”提供的智能(néng)感知數據，可(kě)全面剖析人、車(chē)、路等交通要素在城市路網中的運行狀态及規律，支撐城市交通精(jīng)細化管理(lǐ)和車(chē)路協同場景。
展望未來，智慧城市中幾乎所有的要素都可(kě)以經由智慧交通連接起來，即交通将不再隻是解決人的出行和物(wù)的移動的手段，而是能(néng)夠打通城市中的人流、物(wù)流、信息流、貿易流等，保障城市運轉、支撐社會經濟活動高效運行的重要載體(tǐ)，深挖車(chē)城數據價值可(kě)實現數字孿生城市感知基座性能(néng)大幅度提升，助力智慧城市建設進一步走實向深，無疑數字孿生未來必然是智慧城市進階發展的必要手段。
文(wén)章來源：同花(huā)順财經，作(zuò)者中國(guó)安(ān)防協會李建軍
