数字孪生时代的智慧交通 星前沿

　　当今世界正在进入以信息产业为主导的经济发展时期。新一代信息技术加速突破应用，数字化、智能化已经成为提升国家经济发展速度的重要引擎，数字交通已成大势所趋。数字交通作为数字中国的重要组成部分，正在勾画数字中国美好新蓝图。

　　数字孪生概念，最早由美国学者提出，最初的研究对象是工业产品的全生命周期管理。从工业视角进入城市领域，数字孪生概念的流变具有历史必然性。在不改变城市原有物理空间的前提下，运用数字孪生技术克隆出一个对应的虚拟数字世界，我们可以在这个数字世界里窥见现实世界任何角落的一举一动，从而让城市治理效率大大提升。

　　与此同时，我们还可以在数字世界里对各种创新实践进行试错，从而得知这种创新实践在现实世界中是否可行。

　　方兴未艾的数字孪生城市变革的不仅是传统城市规划建设，而且助推城市治理体系和治理能力现代化。城市治理可望向“智”理升级，城市病可望被“智”疗，未来城市治理和公共服务将不再是盲人摸象。

　　据半月谈报道，在多地探索中，交通拥堵、停车难等问题，通过数字治理得到了缓解。如在杭州，浙大一院和浙大二院周边交通曾经异常拥堵，这两家医院日门诊量近3.3万人次,日入院近8.8万人次，就诊停车需求每天超1万辆。在高峰时段，有400余辆车围绕两家医院排队等候。

　　当地从医院周边2.5公里范围，摸排出16个停车场和1个公共道路的泊位3309个，设计6条最优停车轨迹，打造15分钟停车圈，通过智能规划“算”出“最快停哪里”。“智”理之下，医院高峰时的车队长龙不见了，就诊车辆平均停车时间从90分钟降至15分钟。

　　赛文交通网认为，交通拥堵、行车难、停车难、公共出行不准时等问题，不仅让普通的交通参与者头疼，更是一直困扰交通管理部门的重点民生问题。智能交通在项目建设和运营过程中，更加注重交通数据和系统的互联互通，强调整体解决方案的质量和效果。

　　随着数字孪生的发展，互联网科技企业的不断深入，数字孪生逐渐深入到交通行业的各个细分领域，项目建设规划、城市交通、高速公路、车路协同、自动驾驶等。

　　在数字孪生的数字空间中，可以利用收集得来的数据进行模型建设，按照相应的需求进行仿真模拟，自动计算城市道路路网密度、干线网密度、人均道路面积等内容，对路网的情况做出分析评价的同时自动优化解决方案，得到最优效果，从而提高道路通行效能。

　　交通路口是城市交通事故发生的集中地，汇集了多样的交通参与者和城市交通问题。因此，交通路口是交通感知设备布置最多的场景之一。

　　因此，多家互联网科技巨头，先后发布智慧路口、全息路口、全息路网等相关解决方案和系统架构，试图将数字孪生的部分应用率先实现，为更加依赖数字孪生技术的车路协同、自动驾驶等应用场景的进一步发展奠定基础。

　　感知硬件厂商也先后推出新型产品和解决方案，试图抢占数字孪生带动扩张下的市场份额和市场话语权。

　　相关部门则通过建设数字空间方面的交通数据中心、交通大脑等等，统筹规划，力争实现对城市交通的全域管控。

　　部分企业利用数字孪生技术，建设全天候通行系统。通过车路两端布设的传感器，将车辆、道路的数据信息进行实时收集并经过数字孪生技术处理后，结合车道级的高精地图将最终的效果实时呈现在车端OBU显示屏上，辅助驾驶人员了解车辆行驶的道路情况和周边过车情况，从而保证车辆在雨雾天气的正常通行。除此之外，车辆行驶过的道路信息还将同步上传至数字孪生可视化平台，帮助交通管理人员对道路通行环境做出预警判断。

　　通过数字孪生技术将感知设备采集得来的交通数据结合高精度地图，并构建自动驾驶数字孪生模型，将线还原到数字孪生中的数字场景，并还原物理世界的运行规律，满足智能驾驶场景下人工智能算法的训练需求，从而提升训练的效率和安全度。

　　数字孪生依赖AI等科技技术在专业领域上的突破，因此在车路协同、自动驾驶领域建设上，互联网科技巨头是主要的建设推动者，科技公司相继进入该领域并且持续加大投入。

　　数字孪生在数字交通领域，在自动驾驶测试、交通建设规划、决策管理科学研判等方面也有着广泛的应用空间，比如在自动驾驶测试方面，可以三维建模真实的地形全貌，进行数字化仿真，在数字孪生世界进行安全、高效的智能汽车出厂选型试验，节约企业成本和时间，提高车企效率与质量。

　　数字孪生建设首要解决的就是时空信息可视化，借助无人机航拍、激光雷达扫描，快速采集道路交通数据，并基于高精度的三维点云数据完成三维实景建模，制作精细化三维地形图，为数字交通提供全过程可视化数据支撑。

　　激光雷达技术是三维点云的代名词，其作为地理测绘、实景三维、自动驾驶领域中的核心传感器，能够采集到高精度地理数据、道路数据、行车数据。按平台划分，主要有以下四种：1、机载激光雷达，主要使用飞机和无人驾驶飞行器（UAVs或 无人机）采集数据；2、移动激光雷达，安装在移动的车辆上；3、地面激光雷达，通常使用三脚架从静态平台上采集数据；4、手持式激光雷达。

　　无人机载激光雷达主要是利用激光雷达扫描的方式获取三维点云模型数据，并结合影像文件对城市道路进行三维乃至四维（包含时间）层面的动态分析与模拟，实现对城市道路扫描范围的全覆盖，属性状态全覆盖，位置结构全覆盖。

　　北科天绘蜂鸟Genius微型无人机LiDAR系统即是北科天绘自主研发的高性价比的测绘级激光雷达系统。

　　集成R-Fans多线激光扫描仪、惯导测量系统（GNSS/IMU）、计算机控制单元等，具有集成度高、重量轻、数据精度高的单兵激光雷达测量系统。总重量仅有1.168kg，其中扫描仪的重量仅有738g，低空作业，灵活方便。最远测距为250m，测量速度64万点/秒，系统测距精度2cm，绝对精度优于10cm，可以满足最例尺1:500的地形测绘工作。

　　移动激光雷达，是城市建模的有效工具之一，其原理基本都是将三维激光扫描仪加上POS系统装载车上，以便能够在更长、更远的范围内建立DTM模型。

　　北科天绘自主研发的R-Angle系列车载激光雷达即适用于车载测量系统，外形轻巧，仅重约3.5kg，扫描频率高，扫描距离远，300-1500m测程全线覆盖，结合惯导及全球定位系统，应用激光及摄影测量等技术，能够在各类移动平台高速行驶过程中，快速获取道路及其两边的空间三维数据，是道路、桥梁及其附属设施勘测，城市三维建模等工程应用既经济又高效的数据获取手段，代表着地面移动激光数据采集效率新的突破。

　　地面激光雷达，通常使用三脚架从静态平台上采集数据。北科天绘完全自主研发生产的U-Arm地面三维激光扫描仪主要是面向大地测量和工程测绘的大测程脉冲式激光扫描仪产品，对光照、目标反射和粗糙度等环境条件适应能力强，测量距离远，广阔的扫描视场，设备轻巧，超高的数据采集效率，非常适合于现场大型测绘监测工作。U-Arm地面三维激光扫描仪作为测量技术人员完成多样化测量任务的左膀右臂，已成功应用到文物保护、城市建筑测量、地形测绘、矿区测绘、道路建设、隧道/桥梁改建等领域。

　　手持式激光雷达，主要是在手持模式下进行相关测绘工作，体积小巧，携带方便，能够帮助人们更好的探索实景三维、数字孪生场景。北科天绘自主研发的第一款手持式激光雷达设备——“星探”，重量仅1.3kg，一键启动，易学易用，集成度高，能够轻松地进入几乎所有作业场地。“星探”有着高精度的SLAM算法、精度高、使用便捷，工程学设计，可实现单人作业，即走即扫、即完成，极大的减少了成本投入，大大提高工作效率。

　　目前上述产品已广泛应用于智慧城市、智慧园区、智慧交通等相关领域，助力国家实现高效综合治理新模式。

　　数字交通正蓬勃发展，数字孪生技术动态实时感知现实世界，打通现实世界与虚拟世界屏障，未来市场空间充满想象。作为国内最早从事激光雷达产品研发的企业之一，北科天绘正全面发力，为祖国的智慧交通产业带来更优质的产品。

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