1、“兩新一重”為交通出行建設(shè)規(guī)劃帶來新格局
今年5月22日公布的政府工作總結(jié)報告，確立了關(guān)鍵扶持“兩新一重”的建設(shè)規(guī)劃方針:即進(jìn)一步加強“新基建”，加強新型城鎮(zhèn)化建設(shè)規(guī)劃，加強交通出行、水利工程等主要工程建設(shè)。主要交通工程包含高速公路、高速鐵路等優(yōu)選項目，不但是短時間內(nèi)關(guān)鍵的項目投資方向，而且也是行業(yè)長期投資的目標(biāo);不僅僅要高質(zhì)量建設(shè)規(guī)劃，也要長期性的高質(zhì)量運營管理維護(hù)，因此必須要有創(chuàng)新型信息化技術(shù)手段的基本保障。全新一代三維GIS(地理信息系統(tǒng))技術(shù)，將支撐主要交通工程的建設(shè)管理運用。
交通運輸部在近期內(nèi)諸多信息化政策文件中也都明確表示促進(jìn)以BIM(建筑信息模型)技術(shù)為核心的三維技術(shù)在交通設(shè)計、建設(shè)規(guī)劃、運維管理等階段的全方位運用，實現(xiàn)精細(xì)化管理規(guī)劃設(shè)計、動態(tài)化的工程施工管理和智慧化的運營管理養(yǎng)護(hù)，結(jié)合多源時空數(shù)據(jù)信息，建設(shè)規(guī)劃BIM+GIS數(shù)據(jù)可視化平臺，大幅度提高交通出行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃和管理能力。
智慧交通是交通出行行業(yè)信息化的發(fā)展趨勢，而三維GIS是智慧交通運用必不可少的基礎(chǔ)之一。智慧交通不單單是指交通設(shè)施的建設(shè)管理會更加的智能化、智慧化，而且通過將交通實體目標(biāo)信息轉(zhuǎn)化為可展現(xiàn)、可深入分析、可管理的三維虛擬目標(biāo)，可搭建現(xiàn)實世界與虛擬世界并行處理的“數(shù)字孿生”體系，這將是未來智慧交通運用的主要工具與核心模式。
2、全新一代三維GIS技術(shù)
1)在主要交通工程建設(shè)中的運用
交通工程建設(shè)，尤其是主要交通工程建設(shè)，包含了規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)施工、運營養(yǎng)護(hù)等諸多領(lǐng)域。全新一代三維GIS是搭建交通設(shè)施全方位數(shù)字化的重要基礎(chǔ)。首先，它能夠提供搭建三維交通設(shè)施全要素情景的功能;次之，在全要素三維場景下，它能夠基于BIM數(shù)據(jù)信息為規(guī)劃設(shè)計提供方便快捷的深入分析與展現(xiàn)技術(shù);再次，它還能夠與BIM和IoT(InternetofThings，物聯(lián)網(wǎng))結(jié)合，為建設(shè)規(guī)劃施工提供施工場地、施工過程的精細(xì)化管理功能，為運營管理養(yǎng)護(hù)提供更加智能和方便快捷的深入分析與管理能力。
2)搭建基于全新一代三維GIS的交通設(shè)施全要素基底
智慧交通建設(shè)規(guī)劃的基礎(chǔ)是全方位的交通設(shè)施數(shù)字化，交通設(shè)施數(shù)字化的成果，一定是可展現(xiàn)、可計算、可管理的三維交通設(shè)施全要素空間基底。交通設(shè)施空間全要素基底，是依據(jù)交通設(shè)施業(yè)務(wù)需求，搭建精細(xì)化管理的設(shè)施模型目標(biāo)數(shù)據(jù)信息，包含交通設(shè)施二維矢量與影像數(shù)據(jù)信息、交通設(shè)備設(shè)施三維模型數(shù)據(jù)信息、交通設(shè)施周邊環(huán)境二維、三維數(shù)據(jù)信息等。它不但能夠承載傳統(tǒng)交通出行建設(shè)規(guī)劃、管理、養(yǎng)護(hù)等業(yè)務(wù)，也是交通設(shè)施監(jiān)控、運行大數(shù)據(jù)挖掘等新業(yè)務(wù)方向的運用基礎(chǔ)。
基于新的測繪技術(shù)，通過BIM建模、傾斜攝影測量、激光點云采集等新型數(shù)據(jù)信息，可以搭建出精細(xì)化管理交通設(shè)施三維基底，并且通過累加視頻信息、交通動態(tài)性狀態(tài)信息、IoT設(shè)施設(shè)備狀態(tài)信息、氣象、災(zāi)害等環(huán)境信息，搭建出一套支持交通設(shè)施管理、運行、養(yǎng)護(hù)的全要素基底。
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3)BIM+GIS輔助交通設(shè)施規(guī)劃設(shè)計
行業(yè)內(nèi)各設(shè)計單位在重要工程項目中廣泛選用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計。BIM設(shè)計數(shù)據(jù)信息成果，結(jié)合GIS多源數(shù)據(jù)信息展示與分析能力，可以在設(shè)計階段為客戶提供設(shè)計過程的分析計算能力和直觀性的設(shè)計成果展示能力。
GIS在設(shè)計過程中為設(shè)計師提供精細(xì)化的三維空間分析能力，支持將BIM設(shè)計模型迅速導(dǎo)進(jìn)GIS軟件平臺后，通過BIM數(shù)據(jù)信息與地形數(shù)據(jù)信息的嵌入，如下圖所示，可以將道路模型與高精密地形精確融合，實現(xiàn)道路模型在地面上正確展示;還可以提取BIM模型數(shù)據(jù)信息的建設(shè)界限范圍，并且將提取結(jié)果與地形數(shù)據(jù)信息累加，可以實時精確計算設(shè)計方案中所占地域界限及其統(tǒng)計設(shè)計方案中建設(shè)土地、人口等信息，為設(shè)計人員提供更加方便快捷的選線分析能力，協(xié)同設(shè)計單位合理選線。
當(dāng)最終設(shè)計方案明確后，將BIM模型導(dǎo)入GIS平臺內(nèi)，與地形、影像、傾斜等環(huán)境數(shù)據(jù)信息累加，可以為建設(shè)單位、業(yè)主單體完善全面的展示設(shè)計方案。支持對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合性的場景優(yōu)化和服務(wù)發(fā)布，設(shè)計方案可以通過在線的方式提供給相關(guān)各方在線訪問與查詢，還可以通過手機端對三維場景進(jìn)行訪問。
4)全新一代三維GIS技術(shù)協(xié)助交通設(shè)施實現(xiàn)智慧建設(shè)
智慧建設(shè)是交通建設(shè)的主要發(fā)展趨勢。基于BIM數(shù)據(jù)信息，通過累加建設(shè)環(huán)境數(shù)據(jù)信息與施工現(xiàn)場的實時動態(tài)數(shù)據(jù)信息，可在GIS三維基礎(chǔ)軟件平臺搭建一個動靜結(jié)合的施工虛擬環(huán)境。在三維環(huán)境中可以將繁雜的建設(shè)過程信息與BIM模型中精細(xì)化管理的交通目標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)交通建設(shè)過程的精細(xì)化管理，并基于IoT實時數(shù)據(jù)、施工過程進(jìn)度數(shù)據(jù)信息與三維目標(biāo)結(jié)果，實現(xiàn)施工過程的動態(tài)性管控。
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交通重要工程項目中的BIM模型數(shù)據(jù)信息一般而言可達(dá)到部件級的精度，GIS支持海量精細(xì)化管理模型目標(biāo)加載展示與分析計算等功能，可以將浩大繁雜的工程建設(shè)數(shù)據(jù)信息與建設(shè)目標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)管理，所有的建設(shè)圖紙、方案、監(jiān)理過程數(shù)據(jù)信息、物料供給數(shù)據(jù)信息等都可以與BIM數(shù)據(jù)信息中具體的設(shè)施部件關(guān)聯(lián)，在三維GIS場景下實現(xiàn)對這些施工信息的查詢、統(tǒng)計及可視化渲染。
5)全新一代三維GIS支持交通設(shè)施在線運維管理養(yǎng)護(hù)
對于交通出行關(guān)鍵工程建設(shè)，高效智能的養(yǎng)護(hù)管理，是保障交通設(shè)施不斷運作的關(guān)鍵工作。基于全新一代三維GIS的交通設(shè)施養(yǎng)護(hù)，可以監(jiān)管每一個交通設(shè)施部件監(jiān)理運營管理檔案，實現(xiàn)交通設(shè)施養(yǎng)護(hù)工作的動態(tài)性呈現(xiàn)與綜合分析。GIS具備海量三維數(shù)據(jù)管理、計算與呈現(xiàn)功能，可以將多個養(yǎng)護(hù)工段，甚至是整條線路部件展開集中式統(tǒng)一監(jiān)管，為設(shè)施養(yǎng)護(hù)的綜合分析決策與信息挖掘打下基礎(chǔ)。
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GIS提供了優(yōu)良的三維場景優(yōu)化與發(fā)布功能，可以支持大范圍交通設(shè)施運營管理養(yǎng)護(hù)三維應(yīng)用的在線發(fā)布，養(yǎng)護(hù)人員不論是在Web端還是手機端，都可以直接充分利用網(wǎng)絡(luò)加載三維場景，查看分析設(shè)施部件信息，并依據(jù)需要展開動態(tài)性渲染。
借助GIS的多源數(shù)據(jù)融合功能，可以將各種檢測信息與BIM模型在三維場景內(nèi)展開分析呈現(xiàn)，充分利用三維空間位置關(guān)系精確分析交通設(shè)施的狀態(tài)，預(yù)測分析各種災(zāi)難信息對交通出行的影響，實現(xiàn)設(shè)施運營管理養(yǎng)護(hù)智能化。
3、全新一代三維GIS技術(shù)
1)支持搭建道路運輸“數(shù)字孿生”
“數(shù)字孿生”是道路運輸行業(yè)信息化發(fā)展的一個關(guān)鍵的方向和應(yīng)用場景，也是“智慧交通”可視化呈現(xiàn)的關(guān)鍵手段。“數(shù)字孿生”是在搭建的要素全面完整、信息豐富的交通出行三維虛擬場景基礎(chǔ)之上，疊加動態(tài)性交通出行的狀態(tài)信息，生成一套與現(xiàn)實世界同步，可展示、可測量、可控制的動態(tài)性虛擬場景，不但可以在虛擬場景中同步現(xiàn)實世界，而且充分利用搭建交通信息模型，還可以在三維虛擬空間中實現(xiàn)對交通管理控制的仿真模擬，以實現(xiàn)在虛擬空間中對現(xiàn)實世界的科學(xué)研究與預(yù)測分析。
“數(shù)字孿生”的實現(xiàn)，其核心是三個技術(shù)支持:大區(qū)域交通出行三維場景迅速搭建，海量動態(tài)性交通信息實時呈現(xiàn)，道路運輸模型的呈現(xiàn)與模擬。
2)參數(shù)化建模技術(shù)搭建高精度三維地圖
“數(shù)字孿生”首先要可以迅速搭建一套完整的交通出行三維場景。參數(shù)化建模技術(shù)，是在道路二維矢量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，依據(jù)道路設(shè)施分布、設(shè)計參數(shù)等信息，結(jié)合道路所在地形，充分利用GIS空間模型算法，自動生成三維道路模型，與道路實際形狀基本一致。用戶充分利用簡易的數(shù)據(jù)輸入，依靠GIS軟件，就可以實現(xiàn)大范圍交通設(shè)施迅速建模。相對于手工BIM建模的成本周期更少，相比傾斜攝影測量和激光點云數(shù)據(jù)的精度更高，非常適用搭建大范圍交通出行三維場景。還可以支持大范圍參數(shù)化模型與重點工程的BIM模型的融合應(yīng)用，支持更完整的交通出行應(yīng)用。
另外參數(shù)化建模可以配合三維模型產(chǎn)生公路交通規(guī)則拓?fù)湫畔?，精確的將車輛定位信息、交通事件信息等動態(tài)性信息三維模型上進(jìn)行精確疊加，支持三維導(dǎo)航、道路運輸管控等應(yīng)用。
3)三維GIS場景下的實時動態(tài)交通監(jiān)管
交通設(shè)施管控與運轉(zhuǎn)監(jiān)管中的動態(tài)數(shù)據(jù)在5G技術(shù)與北斗技術(shù)的加持下，時效性愈來愈強，數(shù)據(jù)量越來越大，在三維場景中將海量動態(tài)性數(shù)據(jù)加載呈現(xiàn)，并進(jìn)行管控、統(tǒng)計、分析，是“數(shù)字孿生”場景搭建的第二個關(guān)鍵技術(shù)。
GIS支持三維場景中多源海量動態(tài)性信息的疊加呈現(xiàn)、統(tǒng)計與分析，不但可以將北斗高精度定位信息在三維場景中同步動態(tài)性呈現(xiàn)，并且能對接IoT流數(shù)據(jù)服務(wù)，將交通設(shè)施中傳感器信息在三維場景中以可視化的方式進(jìn)行動態(tài)性呈現(xiàn)。后臺管理搭建電子圍欄等分析服務(wù)，對軌跡、形變等信息進(jìn)行分析監(jiān)管預(yù)警，統(tǒng)計其運轉(zhuǎn)損耗，實現(xiàn)交通設(shè)施管控的實時管控。
GIS不但支持“BIM+GIS+IoT”三維服務(wù)在WebGL“零客戶端”應(yīng)用，并且支持手機移動端的服務(wù)調(diào)用與應(yīng)用呈現(xiàn)。“數(shù)字孿生”服務(wù)不再拘泥于管理單位內(nèi)部，利用互聯(lián)網(wǎng)還可以實現(xiàn)對應(yīng)用的廣泛性發(fā)布。
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4)高精度地圖下大場景交通模擬仿真呈現(xiàn)
除了與現(xiàn)實世界信息同步，“數(shù)字孿生”場景也需要可以支持交通模型的分析運算與結(jié)果呈現(xiàn)。
交通仿真軟件可以根據(jù)OD信息，分析計算一段時間內(nèi)公路交通變化數(shù)值。GIS支持在三維場景中，將變化數(shù)值利用道路拓?fù)湟?guī)則轉(zhuǎn)換為每一條車道上的車輛模型運動軌跡，通過將抽象化的數(shù)值變化呈現(xiàn)為動態(tài)性的虛擬場景，為交通模擬仿真分析提供交通模擬呈現(xiàn)的功能，利用可視化的技術(shù)讓專業(yè)的數(shù)據(jù)可以為更多的非專業(yè)人士所精確了解，從而為專業(yè)數(shù)據(jù)搭建更多的應(yīng)用場景。
