數(shù)字孿生賦能智慧交通
數(shù)字孿生概念，最早由美國(guó)學(xué)者提出，最初的研究對(duì)象是工業(yè)產(chǎn)品的全生命周期管理。從工業(yè)視角進(jìn)入城市領(lǐng)域，數(shù)字孿生概念的流變具有歷史必然性。在不改變城市原有物理空間的前提下，運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)克隆出一個(gè)對(duì)應(yīng)的虛擬數(shù)字世界，我們可以在這個(gè)數(shù)字世界里窺見現(xiàn)實(shí)世界任何角落的一舉一動(dòng)，從而讓城市治理效率大大提升。
與此同時(shí)，我們還可以在數(shù)字世界里對(duì)各種創(chuàng)新實(shí)踐進(jìn)行試錯(cuò)，從而得知這種創(chuàng)新實(shí)踐在現(xiàn)實(shí)世界中是否可行。
方興未艾的數(shù)字孿生城市變革的不僅是傳統(tǒng)城市規(guī)劃建設(shè)，而且助推城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化。城市治理可望向“智”理升級(jí)，城市病可望被“智”療，未來城市治理和公共服務(wù)將不再是盲人摸象。
而通過數(shù)字孿生技術(shù)，將會(huì)從多個(gè)方面賦能智能交通，以滿足未來出行的需求。
據(jù)半月談報(bào)道，在多地探索中，交通擁堵、停車難等問題，通過數(shù)字治理得到了緩解。如在杭州，浙大一院和浙大二院周邊交通曾經(jīng)異常擁堵，這兩家醫(yī)院日門診量近3.3萬(wàn)人次,日入院近8.8萬(wàn)人次，就診停車需求每天超1萬(wàn)輛。在高峰時(shí)段，有400余輛車圍繞兩家醫(yī)院排隊(duì)等候。
當(dāng)?shù)貜尼t(yī)院周邊2.5公里范圍，摸排出16個(gè)停車場(chǎng)和1個(gè)公共道路的泊位3309個(gè)，設(shè)計(jì)6條最優(yōu)停車軌跡，打造15分鐘停車圈，通過智能規(guī)劃“算”出“最快停哪里”。“智”理之下，醫(yī)院高峰時(shí)的車隊(duì)長(zhǎng)龍不見了，就診車輛平均停車時(shí)間從90分鐘降至15分鐘。
根據(jù)同樣的邏輯，未來數(shù)字孿生還將在城市生態(tài)、教育、適老化改造等方面發(fā)揮神奇功效。
2、為什么交通需要數(shù)字孿生？
車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛、智慧高速等智能交通領(lǐng)域掀起了數(shù)字孿生應(yīng)用熱潮，衍生出行業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)。
為什么交通需要數(shù)字孿生？
賽文交通網(wǎng)認(rèn)為，交通擁堵、行車難、停車難、公共出行不準(zhǔn)時(shí)等問題，不僅讓普通的交通參與者頭疼，更是一直困擾交通管理部門的重點(diǎn)民生問題。智能交通在項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過程中，更加注重交通數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的互聯(lián)互通，強(qiáng)調(diào)整體解決方案的質(zhì)量和效果。
具備實(shí)時(shí)性、閉環(huán)性的數(shù)字孿生進(jìn)入交通領(lǐng)域，正好彌補(bǔ)了交通管理和控制的不足之處。
隨著數(shù)字孿生的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)科技企業(yè)的不斷深入，數(shù)字孿生逐漸深入到交通行業(yè)的各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃、城市交通、高速公路、車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛等。
城市交通的建設(shè)升級(jí)
在數(shù)字孿生的數(shù)字空間中，可以利用收集得來的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型建設(shè)，按照相應(yīng)的需求進(jìn)行仿真模擬，自動(dòng)計(jì)算城市道路路網(wǎng)密度、干線網(wǎng)密度、人均道路面積等內(nèi)容，對(duì)路網(wǎng)的情況做出分析評(píng)價(jià)的同時(shí)自動(dòng)優(yōu)化解決方案，得到最優(yōu)效果，從而提高道路通行效能。
交通路口是城市交通事故發(fā)生的集中地，匯集了多樣的交通參與者和城市交通問題。因此，交通路口是交通感知設(shè)備布置最多的場(chǎng)景之一。
因此，多家互聯(lián)網(wǎng)科技巨頭，先后發(fā)布智慧路口、全息路口、全息路網(wǎng)等相關(guān)解決方案和系統(tǒng)架構(gòu)，試圖將數(shù)字孿生的部分應(yīng)用率先實(shí)現(xiàn)，為更加依賴數(shù)字孿生技術(shù)的車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛等應(yīng)用場(chǎng)景的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
感知硬件廠商也先后推出新型產(chǎn)品和解決方案，試圖搶占數(shù)字孿生帶動(dòng)擴(kuò)張下的市場(chǎng)份額和市場(chǎng)話語(yǔ)權(quán)。
相關(guān)部門則通過建設(shè)數(shù)字空間方面的交通數(shù)據(jù)中心、交通大腦等等，統(tǒng)籌規(guī)劃，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)對(duì)城市交通的全域管控。
智慧高速
智慧高速是數(shù)字孿生建設(shè)和應(yīng)用的熱點(diǎn)之一，當(dāng)前高速公路的智慧化建設(shè)主要集中在幾個(gè)方面：
一是高速公路的出入口，不停車收費(fèi)、不停車治超檢測(cè)等等；
二是高速公路的行車通行和道路情況的改善，解決雨霧環(huán)境、道路病害等問題；
三是高速公路隧道、橋梁等場(chǎng)景下的常見難題。
其中，全天候通行系統(tǒng)就是當(dāng)前智慧高速基于數(shù)字孿生技術(shù)建設(shè)的重點(diǎn)應(yīng)用之一。
部分企業(yè)利用數(shù)字孿生技術(shù)，建設(shè)全天候通行系統(tǒng)。通過車路兩端布設(shè)的傳感器，將車輛、道路的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)收集并經(jīng)過數(shù)字孿生技術(shù)處理后，結(jié)合車道級(jí)的高精地圖將最終的效果實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在車端OBU顯示屏上，輔助駕駛?cè)藛T了解車輛行駛的道路情況和周邊過車情況，從而保證車輛在雨霧天氣的正常通行。除此之外，車輛行駛過的道路信息還將同步上傳至數(shù)字孿生可視化平臺(tái)，幫助交通管理人員對(duì)道路通行環(huán)境做出預(yù)警判斷。
車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛
這是數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的形象體現(xiàn)。
通過數(shù)字孿生技術(shù)將感知設(shè)備采集得來的交通數(shù)據(jù)結(jié)合高精度地圖，并構(gòu)建自動(dòng)駕駛數(shù)字孿生模型，將真實(shí)世界1：1還原到數(shù)字孿生中的數(shù)字場(chǎng)景，并還原物理世界的運(yùn)行規(guī)律，滿足智能駕駛場(chǎng)景下人工智能算法的訓(xùn)練需求，從而提升訓(xùn)練的效率和安全度。
數(shù)字孿生依賴AI等科技技術(shù)在專業(yè)領(lǐng)域上的突破，因此在車路協(xié)同、自動(dòng)駕駛領(lǐng)域建設(shè)上，互聯(lián)網(wǎng)科技巨頭是主要的建設(shè)推動(dòng)者，科技公司相繼進(jìn)入該領(lǐng)域并且持續(xù)加大投入。
3、激光雷達(dá)為交通數(shù)字孿生提供新方案
數(shù)字孿生在數(shù)字交通領(lǐng)域，在自動(dòng)駕駛測(cè)試、交通建設(shè)規(guī)劃、決策管理科學(xué)研判等方面也有著廣泛的應(yīng)用空間，比如在自動(dòng)駕駛測(cè)試方面，可以三維建模真實(shí)的地形全貌，進(jìn)行數(shù)字化仿真，在數(shù)字孿生世界進(jìn)行安全、高效的智能汽車出廠選型試驗(yàn)，節(jié)約企業(yè)成本和時(shí)間，提高車企效率與質(zhì)量。
數(shù)字孿生建設(shè)首要解決的就是時(shí)空信息可視化，借助無(wú)人機(jī)航拍、激光雷達(dá)掃描，快速采集道路交通數(shù)據(jù)，并基于高精度的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)完成三維實(shí)景建模，制作精細(xì)化三維地形圖，為數(shù)字交通提供全過程可視化數(shù)據(jù)支撐。
激光雷達(dá)技術(shù)是三維點(diǎn)云的代名詞，其作為地理測(cè)繪、實(shí)景三維、自動(dòng)駕駛領(lǐng)域中的核心傳感器，能夠采集到高精度地理數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)、行車數(shù)據(jù)。按平臺(tái)劃分，主要有以下四種：1、機(jī)載激光雷達(dá)，主要使用飛機(jī)和無(wú)人駕駛飛行器（UAVs或"無(wú)人機(jī)"）采集數(shù)據(jù)；2、移動(dòng)激光雷達(dá)，安裝在移動(dòng)的車輛上；3、地面激光雷達(dá)，通常使用三腳架從靜態(tài)平臺(tái)上采集數(shù)據(jù)；4、手持式激光雷達(dá)。
北科天繪蜂鳥Genius微型無(wú)人機(jī)LiDAR系統(tǒng)
無(wú)人機(jī)載激光雷達(dá)主要是利用激光雷達(dá)掃描的方式獲取三維點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)，并結(jié)合影像文件對(duì)城市道路進(jìn)行三維乃至四維（包含時(shí)間）層面的動(dòng)態(tài)分析與模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市道路掃描范圍的全覆蓋，屬性狀態(tài)全覆蓋，位置結(jié)構(gòu)全覆蓋。
北科天繪蜂鳥Genius微型無(wú)人機(jī)LiDAR系統(tǒng)即是北科天繪自主研發(fā)的高性價(jià)比的測(cè)繪級(jí)激光雷達(dá)系統(tǒng)。
集成R-Fans多線激光掃描儀、慣導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)（GNSS/IMU）、計(jì)算機(jī)控制單元等，具有集成度高、重量輕、數(shù)據(jù)精度高的單兵激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)?？傊亓?jī)H有1.168kg，其中掃描儀的重量?jī)H有738g，低空作業(yè)，靈活方便。最遠(yuǎn)測(cè)距為250m，測(cè)量速度64萬(wàn)點(diǎn)/秒，系統(tǒng)測(cè)距精度2cm，絕對(duì)精度優(yōu)于10cm，可以滿足最大比例尺1:500的地形測(cè)繪工作。
北科天繪R-Angle車載三維激光掃描儀
移動(dòng)激光雷達(dá)，是城市建模的有效工具之一，其原理基本都是將三維激光掃描儀加上POS系統(tǒng)裝載車上，以便能夠在更長(zhǎng)、更遠(yuǎn)的范圍內(nèi)建立DTM模型。
北科天繪自主研發(fā)的R-Angle系列車載激光雷達(dá)即適用于車載測(cè)量系統(tǒng)，外形輕巧，僅重約3.5kg，掃描頻率高，掃描距離遠(yuǎn)，300-1500m測(cè)程全線覆蓋，結(jié)合慣導(dǎo)及全球定位系統(tǒng)，應(yīng)用激光及攝影測(cè)量等技術(shù)，能夠在各類移動(dòng)平臺(tái)高速行駛過程中，快速獲取道路及其兩邊的空間三維數(shù)據(jù)，是道路、橋梁及其附屬設(shè)施勘測(cè)，城市三維建模等工程應(yīng)用既經(jīng)濟(jì)又高效的數(shù)據(jù)獲取手段，代表著地面移動(dòng)激光數(shù)據(jù)采集效率新的突破。
U-Arm地面三維激光掃描儀
地面激光雷達(dá)，通常使用三腳架從靜態(tài)平臺(tái)上采集數(shù)據(jù)。北科天繪完全自主研發(fā)生產(chǎn)的U-Arm地面三維激光掃描儀主要是面向大地測(cè)量和工程測(cè)繪的大測(cè)程脈沖式激光掃描儀產(chǎn)品，對(duì)光照、目標(biāo)反射和粗糙度等環(huán)境條件適應(yīng)能力強(qiáng)，測(cè)量距離遠(yuǎn)，廣闊的掃描視場(chǎng)，設(shè)備輕巧，超高的數(shù)據(jù)采集效率，非常適合于現(xiàn)場(chǎng)大型測(cè)繪監(jiān)測(cè)工作。U-Arm地面三維激光掃描儀作為測(cè)量技術(shù)人員完成多樣化測(cè)量任務(wù)的左膀右臂，已成功應(yīng)用到文物保護(hù)、城市建筑測(cè)量、地形測(cè)繪、礦區(qū)測(cè)繪、道路建設(shè)、隧道/橋梁改建等領(lǐng)域。
手持式激光雷達(dá)設(shè)備——“星探”
手持式激光雷達(dá)，主要是在手持模式下進(jìn)行相關(guān)測(cè)繪工作，體積小巧，攜帶方便，能夠幫助人們更好的探索實(shí)景三維、數(shù)字孿生場(chǎng)景。北科天繪自主研發(fā)的第一款手持式激光雷達(dá)設(shè)備——“星探”，重量?jī)H1.3kg，一鍵啟動(dòng)，易學(xué)易用，集成度高，能夠輕松地進(jìn)入幾乎所有作業(yè)場(chǎng)地。“星探”有著高精度的SLAM算法、精度高、使用便捷，人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)單人作業(yè)，即走即掃、即完成，極大的減少了成本投入，大大提高工作效率。
目前上述產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于智慧城市、智慧園區(qū)、智慧交通等相關(guān)領(lǐng)域，助力國(guó)家實(shí)現(xiàn)高效綜合治理新模式。
隨著數(shù)字交通的發(fā)展，數(shù)字孿生將在各種新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)下將大顯身手。
數(shù)字交通正蓬勃發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)感知現(xiàn)實(shí)世界，打通現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界屏障，未來市場(chǎng)空間充滿想象。作為國(guó)內(nèi)最早從事激光雷達(dá)產(chǎn)品研發(fā)的企業(yè)之一，北科天繪正全面發(fā)力，為祖國(guó)的智慧交通產(chǎn)業(yè)帶來更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。
