目前，國內(nèi)在交通領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新層出不窮，交通出行領(lǐng)域已經(jīng)成為創(chuàng)新科技聚集和爆發(fā)的領(lǐng)域。
眾多新科技的出現(xiàn)，正在給我們描繪出一幅未來交通的藍(lán)圖。在面向未來的諸多關(guān)于智慧交通的前沿應(yīng)用和解決方案中，大規(guī)模的自動駕駛或?qū)崿F(xiàn)，數(shù)字化的交通基礎(chǔ)設(shè)施也將不斷發(fā)展。在這當(dāng)中，虛擬仿真、數(shù)字孿生、虛擬孿生等新技術(shù)將發(fā)揮重要的作用。
虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)在自動駕駛領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用
普通人對虛擬仿真最直接的認(rèn)識，就是在各種大型RPG游戲當(dāng)中，能夠感受到各種接近真實自然界的光影效果、物理效果，以及NPC背后的AI技術(shù)。其實在工業(yè)、航天、交通等各個領(lǐng)域，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)有了深度的應(yīng)用。
豐田汽車與麻省理工學(xué)院合作推出了自動駕駛仿真平臺“VISTA”；日本一家專門開發(fā)自動駕駛AI的公司VERTechs，運(yùn)用著名的游戲引擎UE4，渲染出了效果極為逼真的虛擬城市AUTO City，被本國多家智能汽車測試場采用。
虛擬仿真技術(shù)讓自動駕駛汽車進(jìn)入虛擬環(huán)境進(jìn)行測試，不但能輕松構(gòu)建極端場景，還能有效降低測試風(fēng)險，提升測試效率。其實自動駕駛虛擬仿真平臺就像一個RPG駕車游戲，主角就是依據(jù)自動駕駛算法運(yùn)行的車輛。游戲技術(shù)將保證自動駕駛仿真測試的高度還原性，場景建模、傳感器建模、3D物理引擎、動畫引擎等，都在自動駕駛虛擬仿真領(lǐng)域大量運(yùn)用。
在國內(nèi)開展自動駕駛研發(fā)初期，以游戲技術(shù)見長的騰訊積極投入虛擬仿真技術(shù)領(lǐng)域，并開發(fā)了虛擬仿真平臺TAD Sim，結(jié)合云計算能力，搭建了云端虛擬城市型仿真，讓測試車輛進(jìn)行復(fù)雜環(huán)境的測試驗證。
數(shù)字孿生技術(shù)：智慧交通的底層技術(shù)支撐
相比虛擬仿真，數(shù)字孿生更強(qiáng)調(diào)物理世界數(shù)據(jù)的采集具有實時性、全面性和交互性，是和現(xiàn)實世界動態(tài)同步的“平行世界”。通過各類仿真、分析、數(shù)據(jù)積累、挖掘，甚至人工智能的應(yīng)用，確保與現(xiàn)實系統(tǒng)的同步性。
構(gòu)建兩個相同的航天飛行器，一個發(fā)射到太空執(zhí)行任務(wù)，另一個留在地球上實時反映任務(wù)期間的工作狀態(tài)，以應(yīng)對可能出現(xiàn)的緊急事件。NASA的“阿波羅計劃”可以說是“孿生”的雛形概念，只不過兩個都是物理實體。
數(shù)字孿生(Digital Twin)，其設(shè)想在2003年前后首次出現(xiàn)于Grieves教授在美國密歇根大學(xué)的產(chǎn)品全生命周期管理課程上，如今已成為全球科技的熱門。
眾多全球企業(yè)與組織，都已開始在工業(yè)制造、醫(yī)療健康、智慧城市等多領(lǐng)域探索數(shù)字孿生的應(yīng)用價值。
瑪莎拉蒂Ghibli跑車，通過數(shù)字孿生，對軟件里的數(shù)字化模型進(jìn)行設(shè)計和測試，縮短了30%的新款車型設(shè)計開發(fā)時間，跑車上市時間縮短了16個月，同時產(chǎn)量提升了3倍。
作為全球三大航空發(fā)動機(jī)生產(chǎn)商之一，美國GE公司與ANSYS合作，共同打造用于制造的數(shù)字孿生體技術(shù)，并基于航空發(fā)動機(jī)運(yùn)維過程的數(shù)字孿生體應(yīng)用，GE還發(fā)布了預(yù)測性維修和維護(hù)產(chǎn)品——TrueChoice。
數(shù)字孿生技術(shù)以真實數(shù)據(jù)為支撐，實現(xiàn)虛擬世界和物理世界的無縫互通。數(shù)字孿生技術(shù)與不斷發(fā)展的傳感、通訊、人工智能等技術(shù)，將構(gòu)建起智慧交通的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施，在越來越多的交通領(lǐng)域發(fā)揮作用。
數(shù)字孿生技術(shù)可以提升自動駕駛測試的真實性。數(shù)字孿生世界可以在云端測試場中，根據(jù)真實道路數(shù)據(jù)生成實時的訓(xùn)練環(huán)境，讓自動駕駛算法進(jìn)行安全的測試。比如在長沙智能網(wǎng)聯(lián)測試區(qū)，騰訊運(yùn)用自動駕駛模擬仿真技術(shù)，對測試區(qū)的地理全貌進(jìn)行數(shù)字化建模，實現(xiàn)在仿真環(huán)境下進(jìn)行安全、高效的智能汽車實驗。
數(shù)字孿生技術(shù)可以用于交通管控科學(xué)推演。將真實的交通信息平移到孿生世界中，依據(jù)交通行為特征和規(guī)則，可以判斷推演交通流的變化情況，進(jìn)而對交通管理預(yù)判提供科學(xué)的依據(jù)。例如，演唱會散場后的局部地點大規(guī)模交通擁堵，需要交管部門根據(jù)真實情況提前做出預(yù)判和應(yīng)對，孿生平臺上的推演就是必要和高效的步驟。
騰訊利用城市級三維重建技術(shù)，構(gòu)建出深圳南山區(qū)科技園的數(shù)字孿生環(huán)境，可以精確還原真實世界中的樓宇、道路、實時交通等豐富信息，讓實時交通流大數(shù)據(jù)映射到虛擬環(huán)境中，生成整個城市的大規(guī)模車道級仿真。在這個基礎(chǔ)上，就能夠構(gòu)建起實時的交通流仿真，用來進(jìn)行城市交通的模擬和推演，為區(qū)域交通管理調(diào)度和優(yōu)化提供支持，這也是未來交通調(diào)度管理科學(xué)決策方式的重要轉(zhuǎn)變。
數(shù)字孿生技術(shù)將助力交通建設(shè)規(guī)劃。通過數(shù)字孿生的虛擬設(shè)計、裝配以及運(yùn)行，可以模擬出從軌道交通工具的設(shè)計制造到運(yùn)行維護(hù)等各階段的場景，在該環(huán)境中可以“全身心地”投入到整個工程之中進(jìn)行各種操作，可拓展從業(yè)人員的技術(shù)手段和認(rèn)知領(lǐng)域，為軌交建設(shè)工程節(jié)約成本與時間，提高效率與質(zhì)量，并在運(yùn)行過程中及時做好維護(hù)與突發(fā)應(yīng)對。
通過數(shù)字孿生模型來規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，同樣也可以運(yùn)用在公路和鐵路建設(shè)上。而在運(yùn)營期間，利用數(shù)字孿生模型，交通運(yùn)輸運(yùn)營商將能夠提升性能和可靠性，中鐵四院的三維數(shù)字鐵路即是代表。
虛擬孿生：用現(xiàn)實推演未來
根據(jù)中國科協(xié)的定義，虛擬孿生是在數(shù)字孿生的基礎(chǔ)上，利用傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實、人工智能等數(shù)字技術(shù)對真實世界中物理實體和智能實體對象的特征、行為、形成過程和性能等進(jìn)行描述和建模的過程和方法。它以數(shù)字孿生為基礎(chǔ)，但更側(cè)重于智能實體或生命體的建模和仿真。因此，如何實現(xiàn)制造物理世界與信息世界的交互與共融，是當(dāng)前國內(nèi)外實踐智能制造理念和目標(biāo)所共同面臨的核心瓶頸之一。
未來交通是現(xiàn)實世界與虛擬世界的交匯融合，通過獲取現(xiàn)實世界中動態(tài)實時的交通數(shù)據(jù)，在虛擬世界里將其數(shù)字化、模型化，可以打通物理世界和云端的數(shù)字孿生世界，去推演解決現(xiàn)實世界中遇到的交通問題。
不僅是虛擬孿生，熱門的“全真互聯(lián)網(wǎng)”、“元宇宙”概念，更是展望了虛實相通的未來生活。物理世界與數(shù)字虛擬已然突破界限，相互作用與進(jìn)化，服務(wù)于人類。智慧交通和智慧城市，未來充滿想象。
