数字孪生在智慧交通中的应用

对于数字孪生在交通系统的应用，国家给予高度肯定并大力支持的态度，并及时出台相关的政策法规，为数字交通提供了政策支持：

●2017年1月发布的《推进智慧交通发展行动计划（2017—2020年）》认定，建筑信息模型（BIM）在智慧交通发展中起到至关重要的作用，为加强交通系统的运行和监管，建议将建筑信息模型应用于重大交通设施项目的规划、建设和运营中。

●2019年7月印发的《数字交通发展规划纲要》强调，数据化、全景式的展现方式能够对交通系统的在线监测和预警等功能提供更为准确安全的技术支持。

●中共中央、国务院在2019年9月印发的《交通强国建设纲要》中明确指出，推进互联网、大数据、人工智能等新兴技术融入交通行业中，大力支持智慧交通的发展。

科技部、工信部等为推动智慧交通的发展，在关键技术研发、技术应用创新以及产业融合发展等多个方面也出台相关政策，比如：

●2017年12月，工信部发布《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划（2018—2020年）》，在该计划提出的重点目标中，其中一项是促进人工智能渗透融入传统交通行业中。

●2019年6月，科技部开展专项支持行动，在“综合交通运输与智慧交通”研究方向给予科研经费支持，倡导产学研用联合申报，促进交通领域智能化发展。

随着社会和科技的持续发展，智慧城市的建设逐渐步入正轨，而其中一个重要内容是智慧交通的发展。近几年，在科技迅速发展的引领下，我国智慧交通发展速度不断提升，相关规模也日益壮大。

在智慧交通的发展过程中，交通大脑应运而生，它是汇集大数据、物联网、人工智能、云计算、移动互联网等新一代信息技术，并对其综合运用而产生的新型的应用支撑平台。交通大脑在交通运行中的地位举足轻重，其内部拥有海量的实时交通数据，通过新一代信息技术进行数据分析、决策判断以及结果评估，能够准确有效地判断城市交通的运行状况，提升城市交通规划管理与综合态势感知能力，并提高紧急事件响应和处理的效率。

目前，数字经济正渗透融合到各个行业中。数字孪生作为新兴技术与传统产业融合的重要手段，在诸多技术领域都有涉猎。在智慧交通领域，系统集成商、硬件设备供应商、互联网等均需要与城市交通相融合，打造以数字孪生为基础的新型交通系统。        

在数字经济全球化发展的推动下，数字孪生的应用日益广泛，其感知系统灵敏且覆盖全面，资源数据系统准确且全网共享，交通大脑支撑平台先进且实时可用，城市操作系统及时且全程可控，这给城市道路预警、紧急救援线路制定以及信号联网优化提供了坚实的技术资源支撑，城市交通实现数据管控指日可待。有研究表明，数字孪生在交通领域的应用，将来可以实现以下几点，如图1所示。        

图1 数字孪生在交通领域的应用价值

（1）数据驱动决策

实时采集交通数据、同步观察交通运行、推演交通模型等，都可以通过数字孪生技术来实现，并进一步通过数据分析制定方针。

①在采集数据时，多种类型的感知终端采集不同方面的数据，并进行整合分析。比如，利用智能信息杆柱等集约式感知终端，采集视频监控和气象信息的相关数据；借助镶嵌于道路桥梁等大型设施内部的传感器等嵌入式感知终端，采集道路通行、交通设施的相关数据；通过道路监控、RFID等独立式感知终端，采集个人、车辆的运行路线等相关数据。

②当呈现数据时，借助单体化建模、语义化技术建模以及三维建模，利用数据可视化、综合渲染等技术将数据呈现出来，根据现实世界的运行特点在虚拟世界中创建交通模型，有效发挥交通数据在智慧交通建设中的作用。

③在推演模型时，数字孪生技术拥有高精密度，在构建交通仿真模型以及出具交通政策方面提供坚实的技术支撑，在气象预测、抗洪防汛、交通运输等贴切生活的方面实现落地可行。比如，在道路建设前，数字孪生技术通过数据分析建模，能够对道路需求做出合理的预测。道路运行时，数字孪生技术通过对模型的推演，模拟交通运行状况，实时预警可能会出现的拥堵和紧急情况。数字孪生模型也可以结合道路设施、数据系统和用户，精准辅助交通管理者的工作，从而合理布局城市交通。

（2）应急救援护航

伴随经济高速发展，城市道路网加速运行，交通拥堵现象屡见不鲜，为急救车辆开辟绿色通道显得格外重要，数字孪生可以为应急救援开创新途径。利用大数据、人工智能等先进技术，结合道路特征、人流车流等信息，借助交通仿真技术，数字孪生体能够精确预测急救车辆在救援过程中经过各个路口的时间，从而选取最佳救援路线。此外，根据不同救援车辆的需求，数字孪生系统能够对所选路线的交通信号灯进行准确合理的控制，大幅提升救援效率，优化城市秩序，提升人民幸福指数。

（3）智能驾驶落地

目前，在制约智能驾驶发展的问题中，车辆自适应能力的提升是重中之重。车辆只有具备应对复杂场景的能力，智能驾驶的安全稳定性才能够提高。数字孪生利用数据的精确度和实时性，能够为高精度城市地图的实时更新提供有力保障，给智能驾驶技术奠定坚实的数据基础。数字孪生还拥有成熟完整的仿真系统，能够综合天气、光线、地形、交通标志和交通流等信息，结合行车的动力学、传感器等的驾驶系统，模拟智能驾驶的全过程，同时，对智能驾驶过程中所有可能出现的场景进行预测和训练，保证智能驾驶的安全性和可执行性。

（4）高效治理拥堵

全局考虑城市道路信息网、准确量化城市交通特征，一直是交通工作者追寻的终极目标。数字孪生可以很好地解决城市全域道路网结构复杂、交通信息瞬息万变带来的问题，并提出行之有效的城市交通全局策略。数字孪生采用全要素数据汇集的方式，全域采集城市数据，描绘建筑道路特征，生成城市画像，准确洞察交通动态。

另外，利用城市PB级的数据，数字孪生体能够进行交通仿真的模拟训练，以提升交通决策的可行性和高效性。在道路供给侧，可以加大对道路供给的决策力度，致力于建设新时代高质量道路网，优化道路网络体系，提升出行方便度；在交通需求侧，通过对实时数据和全域道路网络的分析，及时掌握用户的出行需求，合理配置交通资源，减少出行拥堵的概率和时长，提高出行效率。

智慧交通系统能够高效解决交通拥堵等诸多问题，并为数字孪生技术在交通领域的应用打造良好开端。随着人工智能、大数据、物联网等技术的持续发展，未来交通系统的工作将更加注重提升全域的交通效能，准确利用信息流，合理规划城市交通的发展路径。为使数字孪生尽快与交通系统相融合，推进城市智慧交通的发展和应用，可以从标准、机制和应用三个方面切入实践，如图2所示。        

图2 城市智慧交通的发展和应用实践

①完善标准体系，保障数据安全。在交通基础设施体系方面，需要加快融入新兴智能技术，完善智慧交通的基础设施建设标准，推进交通运输信息化标准体系建设，使得信息技术和交通运输能够同步规划、设计和践行。在交通数据安全体系方面，需要高度重视国家利益、公共安全和用户的信息安全，全面优化交管机构和科研机构等的信息保密系统，提升安防意识，切实保护国家、社会和个人的利益。

②健全体制机制，推动政企协同。建立健全数字交通的运行机制，开拓新型运营模式，吸引各界资本参与，实现数字交通基础设施的优化升级；倡导政企合作，开放数据资源体系，实现交通数据资源共享，并依据国内现状进行基础设施建设、运营管理等方面的整顿优化，实现智慧交通的长期可持续性发展；持续完善交通治理结构和规章制度，推动交通治理的长效发展。

③鼓励技术创新，开展示范应用。增强交通领域技术人员对数字孪生的重视程度，对相关层面的技术创新和产品研发给予鼓励；开展数字孪生应用示范，鼓励拥有数字孪生平台、技术和服务的优秀企业在示范区优先投入使用，凸显智慧交通融合数字孪生的优势，加快智慧交通的推广和普及。