数字孪生交通应用架构方案.pptx

,数字孪生交通应用架构方案,目 录,1、什么是数字孪生交通,数字孪生（Digital Twin）数字孪生是物理对象、过程或服务的数字表示。数字孪生是物理世界中对象的数字副本。也被称作为数字映射、数字镜像。数字孪生交通数字孪生交通是将实时采集的交通数据纳入到建立的交通模型体系中，实现对交通体系的虚拟数字映射，通过大数据、人工智能和交通仿真技术生成交通优化方案和对方案进行评价。数字孪生交通也称作平行交通或虚拟交通。数字孪生交通是智慧（智能）交通的一部分。交通仿真是一种特定条件下的数字孪生交通技术。数字孪生交通的本质是数据闭环赋能体系，通过数据全域标识、状态精准感知、数据实时分析、模型科学决策、智能精准执行，实现交通的模拟、监控、诊断、预测和控制，解决交通规划、设计、建设、管理、服务闭环过程中的复杂性和不确定性问题，全面提高交通资源配置效率和安全运转状态。,数字孪生交通的特征为精准映射、虚实交互、软件定义、智能干预。,2、数字孪生交通的特征,3、数字孪生交通发展政策,交通运输部数字交通发展规划纲要纲要提出，我国数字交通发展要以数据为关键要素，赋能交通运输及关联产业，推动模式、业态、产品、服务等联动创新，提升出行和物流服务品质，让数字红利惠及人民。要发挥市场主体作用，科学配置各类资源要素，构建跨界融合、共创共享的数字孪生交通产业生态。要兼顾创新发展和安全发展，防范化解信息安全风险。要坚持世界眼光、国际标准、中国特色，以试点为重要手段，通过典型引路，逐步形成数字孪生交通发展的中国经验和中国方案。,3、数字孪生交通发展政策,数字交通发展规划纲要建设七个体系,3、数字孪生交通发展政策,2021年2月国务院印发国家综合立体交通网规划纲要提出的发展目标,3、数字孪生交通发展政策,2021年10月25日，交通运输部印发了数字交通“十四五”发展规划。发展总目标到2025年,“交通设施数字感知，信息网络广泛覆盖，运输服务便捷智能，行业治理在线协同，技术应用创新活跃，网络安全保障有力”的数字交通体系深入推进，“一脑、五网、两体系”的发展格局基本建成，交通新基建取得重要进展，行业数字化、网络化、智能化水平显著提升，有力支撑交通运输行业高质量发展和交通强国建设。具体目标“交通设施数字感知，信息网络广泛覆盖，运输服务便捷智能，行业治理在线协同，技术应用创新活跃，网络安全保障有力”六个目标。建设任务包括“一脑、五网、两体系”一脑：打造综合交通运输“数据大脑”；五网：构建交通新型融合基础设施网络、部署北斗、5G等信息基础设施应用网络、建设一体衔接的数字出行网络、建设多式联运的智慧物流网络、升级现代化行业管理信息网络；两体系：培育数字交通创新发展体系、构建网络安全综合防范体系。,目 录,二、数字孪生交通的关键技术,物联网指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。交通方面应用的物联网感知设备包括：交通信号控制系统、可变诱导标志、交通视频监控系统、交通违章监测系统(电警)、卡口系统、微波雷达检测器、激光雷达检测器、车路协同RUS路侧单元、智能多功能杆等。,1、物联网技术,2、云、边、端计算,数字孪生交通需要将实体交通映射到虚拟交通，而且需要实时对现场情况做出反映，因此不仅需要云计算中心，而且需要分布式的边缘计算。,云边之间的协关系,3、大数据技术,利用大数据技术对交通行业生成的巨量数据进行采集、处理、存储、分析挖掘，形成数字孪生交通的数据支撑。,4、BIM/CIM技术,BIM是应用于工程设计、建造、管理的数据化工具。通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础。CIM平台以BIM作为核心技术，深度融合地球空间数据以及物联网，目标打造数字孪生城市领域最为核心的建筑物联时空大数据平台，向下兼容各类BIM模型与智能化系统数据接入，向上支持智慧城市各类应用系统，如智慧安防、智慧安监、智慧交通等。,5、人工智能AI,人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能在数字孪生交通方面，一方面在交通感知数据的处理方面可以大幅度提高工作效率；另一方面，在辅助决策方面，可以帮助系统行业管理、企业运营、自动驾驶等方面做出决策。,6、区块链,区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。从应用视角来看，区块链是一个分布式的共享账本和数据库，具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护、公开透明等特点。区块链在交通支付、交通信用、自动驾驶信息安全等方面有着广泛的应用前景。可以提高数字孪生交通的数据安全性。,5G网络在数字孪生交通领域赋能的主要关键技术包括高性能无线接入技术、多接入边缘计算和端到端网络切片等三个方面。其中无线接入技术的提升作为5G网络能力的关键基础技术，基于空口的灵活配置与大规模天线的应用，实现ITUeMBB、ITU uRLLC场景在交通领域的实践；网络切片保障业务的通信性能；多接入边缘计算使能边缘感知与计算体系，以5G网络为桥梁搭建感知计算体系。,7、5G通信技术,8、增强现实AR技术,增强现实（Augmented Reality, AR）是一种实时计算摄影机影像位置及角度，并辅以相应图像的技术。这种技术可以通过全息投影，在显示屏幕中将虚拟世界与现实世界叠加，操作者可以通过设备互动。通过将实时跟踪到的周边环境、行人、车辆在显示设备上叠加，可以方便地对行人进行导航，对汽车驾驶员进行安全提示。,目 录,1、数字孪生交通应用领域,数字孪生交通可以覆盖公安交警道路交通管理、交通运输局行业监管、自然资源局综合交通规划、以及交通运输服务等各个方面。,2、总体架构,“4横+4纵+N平台”总体架构。“四横”即数字化业务应用、应用支撑、公共数据资源、基础设施等四个层次；“四纵”即建立组织保障、政策制度、标准规范和安全保障等四个体系。“N平台”就是N个交通应用平台，主要包括：(1)智能交通管理、(2)交通运行监测、(3)交通规划设计、(4)交通信息服务、(5)智能公交、(6)智能停车、(7)车路协同服务、(8)出行即服务、(9)物流服务、(10)仿真评价服务,“4横+4纵+N平台应用”总体架构,3、逻辑架构,通用服务,数据,应用平台,应用支撑,感知终端,网络,计算,4、数字孪生交通十大应用平台,5、主要的数字孪生交通模型,6、数字孪生交通的决策流程,现实交通系统通过交通感知系统采集数据，根据统计分析和决策确定要实施的方案，对实施方案的结果进行“事后”评价。如不能达到预期目标则需要调整方案再实施。数字孪生交通则是在数字孪生交通域中对方案进行“事前”仿真评价，达到预期目标的交付现实交通实施，如未达到目标则需要反复修改方案，直至达到预期效果。,目 录,(1)智能交通管理平台,智能交通管理平台是公安交警部门使用的交通指挥与管控平台。平台具备交通态势全面感知、实时交通可视化指挥调度、大数据科学研判、精准交通信息服务等主要功能，可以实现公安交通系统的“情指情督宣服”。实现道路交通系统运行的有序、安全、畅通、经济和绿色。,数字孪生功能交通全要素数据汇集，态势洞察利用增强现实技术实现交通现场同步可视交通模型推演优化管控方案人工智能决策应急处置智慧交叉口数字孪生交叉口,(1)智能交通管理平台,实现交叉口交通数据的采集、通信和智能控制，形成前端处理单元，助力路口应用智能化到边缘，打造数字孪生交叉口，利用交通仿真技术实时模拟交叉口的运行状态，对控制策略和改进措施进行事前评价，择优实施。,智慧交叉口数字孪生交叉口,（2）交通运行监测（TOCC）平台,交通运行监测（TOCC）平台是各地交通运输局日常使用监管平台。平台运用大数据、互联网+等新一代信息技术，建立感知层数据的实时采集以及数据共享，实现交通运输的实时监测和预警；提升管理部门面向公众的交通服务水平；推动交通运输数据资源开放共享，实现应急指挥的协同化；为地面公交、轨道交通、省际客运及危险品运输运行监测提供支撑，提高政府交通运输监测管理效率和管理水平。,数字孪生功能运行监管实时展现交通模型推演优化出行交通政策人工智能辅助道路全生命周期BIM管理高速公路桥隧、匝道、收费口重点同步可视监管方案事前仿真评价出行信息服务增强现实展示,是国土空间规划部门使用的平台。现阶段结合国土空间规划的推进，建设国土空间规划平台下面的综合交通平台，为综合交通规划专项提供数据支撑。数字孪生功能接入实时数据形成数据源。规划模型预测交通出行生成、分布、方式划分和路网流量分配。规划方案评价。,（3）交通规划设计平台,交通规划与设计的内容和流程,是综合各个部门的交通数据，形成的城市交通出行信息服务平台。提供交通、道路信息、施工信息、公交信息、客运信息、交通气象信息等服务，提高用户的出行体验，为交通运输服务提供支撑。,(4)交通出行信息服务平台,数字孪生功能路网拥堵状态、服务设施、道路使用状态同步可视。交通出行方式、路径、用时、费用AI规划。用增强现实技术为司机实时展示前方驾驶环境。用增强现实技术向行人同步展示前方POI和目的地。其他交通相关数据展示，如交通气象、疫情出行管控措施等。,(5)智能公交平台,智能公交平台是公共交通运营公司使用的平台。平台以全球定位、视频监控、无线通信等技术为手段，实现对公交车的实时调度监控、实现公交优先通行、提高公交安全和降低运营成本，提升公交服务水平；同时实现与政府相关管理部门、交通运输企业、公众之间交通信息资源的互联互通与共享。,数字孪生功能实时采集公交出行数据。与信号灯控制系统协同实现公交信号优先通行。利用出行模型和人工智能技术实施定制公交。提供公交交通出行方式、路径、用时、费用规划。使用公交优化模型优化公交线路。用仿真评价公交方案。利用增强现实技术向乘客同步展示周边POI和公交站点。区块链支撑下的公交支付和诚信管理。,(6)智能停车平台,平台用于停车管理公司。通过采集停车库、路侧停车资源等，与新能源网格相融合，统一管理、实时监测，为运营方提供建设规划、运维管理、停车收费等多方面决策支持和管理应用，实现无人值守、高效运营的能力；基于一个APP应用，为公众提供车位预定、停车诱导、反向寻车、无感支付、停车充电等多种停车服务。,数字孪生功能可视化监管停车场和所有停车管理设施。使用停车模型规划停车用户路线和生成停车诱导信息。利用大数据对运营状态进行分析。区块链支撑下的收费支付。,(7)车路协同服务平台,平台是车路协同运营服务公司使用的，同时需要与政府交通相关部门数据共享。建设覆盖全域的路侧通信单元RSU，结合车载通信单元OBU实现车车、车路之间的C-V2X宽带、低延时信息交互。基于边缘计算，将采集的交通信息进行处理，将驾驶安全预警信息、出行诱导信息等实时发布给车辆，提高交通安全，实现路网均衡畅通，同时可为无人驾驶汽车提供全面的数据支持。,数字孪生功能结合自动驾驶高清地图建设，实现车路协同数字孪生的道路系统。实现车路协同道路状态的实时监测和危险判定。为网联车提供增强现实AR方式的交通环境展示。自动驾驶车辆路测监管。数字孪生自动驾驶仿真测试。,(7)车路协同服务平台,交通安全预警信息服务，主要用于对道路交通异常状态、单车运行异常状况、恶劣天气与路况异常变化等情况提前预警和实时报警，以便最大限度地减少交通异常所造成的损失。,出行服务供应商使用的平台。整合地面公交、出租、轨道交通、共享汽车和共享单车等各种内部交通出行方式资源，接入民航、高铁和长途客等运城际交通资源，纳入餐饮、住宿、购物、旅游等服务信息，基于公共交通智能调度、个人习惯分析、绿色出行优先等，整合互联网的支付能力，实现出行行程预定、路径一键规划、公共交通无缝衔接、费用一键支付等功能，提升移动性和出行满意度，提高公众绿色出行良好体验。,(8)出行即服务（MaaS）平台,数字孪生功能提供各种交通出行方式、路径、用时、费用规划。提供中途变更行程的出行规划调整。利用增强现实技术向乘客同步展示换乘站和POI。区块链支撑下的一键支付和交通出行的诚信管理。,(9)物流服务平台,政府监管服务部门和物流企业使用的平台。物流服务平台可实现物流行业运行监测、行业服务分析与决策、数据共享与综合信息服务；形成绿色、高效和公平的物流市场竞争环境；提高物流效率，减少车辆排放污染，确保城市生活的日常需求和促进城市经济发展。,数字孪生功能可使用物流模型规划物流方式、时间和线路。大数据支撑下的运营分析。以区块链为基础的供应链服务。区块链支撑下的支付和诚信管理。实时可视化的场站管理、作业管理。,(10)交通仿真服务平台,交通仿真通过建立数学模型，真实映射物理交通的运行状态，进而可以对交通运行未来状态进行预测。根据交通仿真的使用情况，交通仿真主要分为宏观交通仿真、微观交通仿真和行人仿真。,利用BIM和CIM数据，结合GIS系统数据，有条件的情况下纳入高清地图数据，建立交通仿真模型，同时纳入实时交通流参数数据，形成对物流交通的在虚拟空间的映射（平行交通），实现虚拟空间交通仿真的基础。,HD地图,实时交通流数据,交通仿真建模,交通仿真服务平台是智慧城市下各个交通相关部门共享的平台。,(10)交通仿真服务平台,数字孪生功能对区域路网交通规划及组织方案进行评估实现宏观路网交通服务水平及通行能力评价模拟并对路网的动态交通变化进行长短期预测对宏观交通调控和管理政策进行评估分析为城市宏观交通战略研究提供相关支持优化和评价公交线路评价道路标线标志及几何渠化是否科学合理评价交叉口交通组织及控制方案是否科学合理对交叉口的通行能力状况进行评价对现有交通基础设施服务水平进行评价对特殊交通需求下的紧急交通预案进行评估预测,仿真平台功能模块,谢谢收看,