数字孪生在智慧交通中的应用

“孪生”的概念起源于美国国家航空航天局的“ 阿波罗计划 ”。2003 年前后， 关于数字孪生（Digital Twin） 的设想首次出现于Grieves 教授在美国密歇根大学的产品全生命周期管理课程上。直到2010 年，“Digital Twin”一词在NASA 的技术报告中被正式提出，并被定义为“集成了多物理量、多尺度、多概率的系统或飞行器仿真过程”。近年来，数字孪生得到越来越广泛的传播。许多著名企业（如空客、 洛克希德马丁 、西门子等）与组织（如Gartner、德勤、中国科协智能制造协会）对数字孪生给予了高度重视。2018年《河北雄安新区规划纲要》中指出：坚持数字城市与现实城市同步规划、同步建设，打造具有深度学习能力、全球领先的数字城市。率先推进数字孪生城市建设。如今在雄安，数字孪生已经开始逐步运用到智慧城市各个领域，本文将带您了解数字孪生在雄安智慧交通中的技术应用。

数字孪生的定义

数字孪生是以数字化化方式创建物理实体的虚拟实体，借助历史数据、实时数据以及算法模型等，模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程的技术手段。

在道路交通中应用，数字孪生技术不仅可实现物理实体的虚拟化映射，利用多种传感器和网络通信技术，实现道路基础设施生命周期的动态监测，以及路面上交通参与者的精准还原，并依据交通行为判断和预测可能存在的交通事件和事故风险，依据交通状态分析道路交通通行状况，为道路通行诊断和交通管理决策提供精确依据。

<figcaption style="user-select: text !important; margin-top: calc(0666667em); padding: 0px 1em; font-size: 09em; line-height: 15; text-align: center; color: rgb(153, 153, 153);">数字孪生与交通仿真的区别与联系</figcaption>

交通仿真作为研究交通微观和宏观行为最重要的工具，通过搭建模型环境和运行完整的信息参数，反应现实世界交通状况特性。但交通仿真软件数据的精确匹配和实时性都存在偏差，同时只能依托历史数据去做分析和推测，而无法准确的和物理世界相关联进行及时的研判分析。而数字孪生体系通过与物理世界建立底层关联，将物理世界动态实时的映射到虚拟世界当中，并依据当前的交通态势和行为做预测。

在智慧交通的实际构建当中，以基础设施和多源异构物理感知的数字化为底座，通过以多种低延时的网络组合作为通道，将数据上传到具备孪生功能的计算平台进行建模重构和精确感知，从而将数字化结构化的数据应用到交通的各项业务当中，即时数据可通过边缘计算迅速实现交通行为还原和检测，利用大数据实现交通状态推演和自动分析预测功能。

在感知层，基于高精地图采集的三维模型将路网、道路、标志标线、建筑物、杆件等数字化，并匹配相应的特征信息，如地理位置信息、物理属性等。多源异构的交通检测传感器可以识别各类交通参与者的精准位置、轮廓、大小、速度、航向角等信息和交通事件、交通行为。结合诸多物联网传感器，将路面、路基、设备等状态和生命周期等数据通过多种网络组合方式提供尽可能低时延的方式同步到计算层，实现物理世界和虚拟世界的时间空间同步。

数据层则将不同途径采集到的数据按照业务需求进行不同分发、存储以及管理。

运算层则运用计算资源将物理生命周期数据同动态采集数据进行融合和精准匹配，将物理量转化为机器可识别语言，构建有机的数字孪生体。

功能层面向业务体系，在机器语言自动识别处理的基础上，实现交通场景的孪生重现，交通参与者的目标识别跟踪和还原，智能化的分析目标行为和交通状态，从而根据目标进行态势分析和交通事件预测。

数字孪生的核心在于将物理道路、基础设施和交通目标全部转化为带有特征信息的数字，从而转化成供机器自动读取和识别的语言。在该基础前提下，我们可以获取道路和设备全生命周期状态过程，并将含有位置、速度、角度、轮廓、类型的交通参与目标直接提供给计算单元读取，自动判别目标行为。

区别于传统视频监控，数字孪生的在立体多维呈现不受光线条件的影响，可最为直观全面的了解实时交通状态，灵活切换任意视角，迅速查看交通事件发生情况，从路网的交通态势到微观车辆的行为，都可一目了然。

城市管理当中依托机器自动识别读取，可以极大提高交通管理效率，识别到交通异常自动报警并评估对道路通行的影响规模，通过分析交通态势自动下发应急预案，人工只需要二次确认事故并确认处置方案，较传统交通管理模式更为便利高效。

另一方面带来的价值，依托极低时延网络，对于微观交通行为的预测，依据交通参与者的空间位置、速度、方向等判定碰撞可能性并为车辆或行人提供预警。长期的精准数据分析，也可为交通管理策略、交通应急处置预案优化提供更精准的依据，可不断优化和支撑数据分析。

本报记者 曲忠芳 李正豪 北京报道

自2008年“智慧城市”概念提出以来，中国智慧城市在十多年的时间里经历了 探索 实践、规范调整、基建部署等阶段，直到近两年在数字化浪潮的推动下，正加速全面数字化发展，开启规模化落地的阶段。

智慧城市究竟是什么样子？它能给人们的工作与生活带来哪些改变？针对这一问题，中国头部AI（人工智能）软件公司商汤 科技 抢先做出了自己的回答。今年，商汤 科技 上线了“新洲之窗”，它让位于上海徐汇区的商汤 科技 大厦化身为一个“微缩版”的智慧城市生态。

《中国经营报》记者从商汤 科技 方面了解到，基于计算机视觉和AIOT技术，整座大厦被“扫描、绘制”到数字空间，现实空间中的人、物、事件，在“新洲之窗”这个虚拟空间能够一一对应，覆盖范围不仅包括迎宾、办公、会议、防疫、消防、安全、就餐等主要场景，甚至包括背包、订书机、车钥匙、耳机等小物品的在线搜索，实现真正的数字孪生。

商汤 科技 CEO徐立指出，数字化的实质在于构造一个数字化世界，对这个世界的访问、搜索、 *** 作能够直接影响到真实物理世界。而判断一个数字化世界的建立，通常有三个标准，也是三个步骤，即场景的数据化、要素的结构化、流程的可交互化。以往很多大数据的应用只完成了第一步，数据与真实业务流程并没有真正结合。

记者注意到，智慧城市近年来在全国范围内频频落地，渗透率明显提速，给包括商汤 科技 在内的AI公司带来了广阔的市场空间。据商汤 科技 IPO招股书，2021年1~6月，智慧城市业务板块成为该公司最大的营收来源，贡献占比达476%，与智慧商业两个板块的营收占比合计超过8成。AI公司在技术能力升级、服务标准化方面磨炼“内功”的同时，对于智慧城市发展“红利”的争夺也日趋激烈。

“微缩版”智慧城市 聚焦三大方向

商汤 科技 智慧城市综合业务首席产品官张广程告诉记者，“新洲之窗”是商汤 科技 在智慧城市领域的实验场。以一个与员工息息相关的场景——就餐为例，大厦的食堂每天为2000人左右的员工提供餐饮服务，就餐排队的问题就成了影响就餐体验的最大问题。新洲之窗利用商汤 科技 的智能视觉技术，对排长队和餐桌空余数量进行实时的检测，并通过实时检测的数据，预测接下来的排队长度和取餐所需要耗费的时间，同时为员工推荐合适的就餐时间。通过这样的预测和推荐的手段，就实现了错峰就餐，一方面缓解了就餐排队的问题，提升了员工的就餐体验，另一方面也降低了疫情期间扎堆就餐的安全风险。值得一提的是，为了照顾一些因工作忙来不及去食堂就餐的同事，新洲之窗还提供了在线订餐的服务，员工只需要在小程序上完成订餐，机器人就会将餐食配送至指定地点，使用 科技 感满满的服务，提升员工在大厦内工作和生活的体验。目前“新洲之窗”已经落地的智能化服务包括食堂、卫生间、报事报修、智慧零售、智慧通行、掌上停车、综合安全、万物检测、综合导航等场景。

谈及智慧城市背后的技术支持，张广程介绍称，SenseCore商汤AI大装置，是支撑商汤所有业务落地产品和方案的AI基础设施，即AI能力“底座”。针对智慧城市管理的多样化场景，商汤提供基于“方舟”和“星云”的云与边端产品平台的体系化产品与方案。其中，“星云”家族包括前端软件、智慧相机、智能边缘盒、智能服务器和数智物联平台，可广泛用于城市智联、智慧园区、智慧电梯等场景，以AI技术为核心打通上下游生态，融合物联感知、智能视觉、数据融合、数据分析能力，为行业应用场景提供闭环支撑，打造行业数智化体系，助力行业客户实现从数字化到数智化的全面升级。

“方舟与星云的关系，可以简单地理解为，方舟相当于云端的大脑，而星云是智能化的前端触角。无论是方舟还是星云，对产业上下游的合作伙伴都是开放式的设计，实现对产品生态的东西南北全向融合。”张广程如是表示。

事实上，在“新洲之窗”上线之前，商汤方舟城市开放平台与星云智能端边家族已在全国多个城市落地应用。以西安昆明池为例，商汤 科技 与合作伙伴共同打造AI+3D可视化智慧景区综合解决方案，基于SenseNebula-AIS商汤星云AI服务器，实现了危险水域安全管理、进出游客数量统计、走失儿童/老人找回、客流热力图、人群密集提醒等功能，有效提升景区管理安全和效率。商汤利用数字孪生和三维建模技术，对景区进行了1 1的建模还原，并通过物联网技术整合景区内所有视觉感知终端的视频信息，让管理者透过景区的3D鸟瞰图，以可视化的 *** 作方式浏览景区各个角落。针对景区重点水域，实现了有效的入侵保护，既能保护景区环境，又能防止游客误入危险区域。据商汤 科技 招股书披露，截止到今年上半年，商汤方舟城市开放平台已在国内外119个城市落地部署。

贡献近5成营收 共享智慧城市红利

第三方咨询机构艾瑞最新发布的《中国智慧城市服务平台发展报告》指出，智慧城市建设进入全面数字化阶段，中国数字基础设施建设全球领先，数字经济产业迸发活力，再加上国家和各地方层面积极推进，与此同时，相关的大数据、AI和区块链等数字技术不断迭代成熟，这些都为城市服务平台的发展提供了良好空间。从智慧城市的生态图来看，地方政府是城市公共服务类平台的主要推手，对平台 健康 发展起着火车头的角色；以大型 科技 公司为代表的建设方决定了城市服务平台的基础服务能力；运营方则是城市平台不断迭代提供优质服务的保证。此外，还有其他第三方企业给服务平台提供了更加灵活的技术和服务选择。

商汤 科技 方面表示，商汤方舟城市开放平台包含14000多个AI模型，与城市的IT基础设施无缝结合，将原始的城市数据实时转化成运营洞察、事件警报及管理行动。城市方舟不仅用于公共设施的管理，如消防栓、井盖、电线杆及道路标志，亦可用于公共事件的及时发现和解决，如交通事故、火灾及烟雾、紧急出口障碍、垃圾满溢、道路损坏及乱停乱放等，以及洪水及台风等自然灾害的影响分析及后续救灾措施实施进展的跟踪。商汤城市方舟促进城市管理由人力密集型向人机交互型、由经验导向型向数据驱动型、由被动处置型向主动发现型转变。城市方舟已成为数字城市运营的 *** 作系统，并提高了城市的安全性、效率、便利性及环境质量。

张广程指出，智慧城市建设整体仍处于较早期的状态，在虚拟与现实结合中很多空间还没有被挖掘出来，当然这对于包括商汤 科技 在内的AI技术公司来说，未来面临庞大的市场需求以及巨大的商业空间。

无论是正在开启全面数字化、规模化落地的智慧城市，还是当下热炒的“元宇宙”，商汤 科技 方面认为，新一代人工智能技术起着举足轻重的作用。作为一家AI软件企业，必须要打造核心AI能力，赋能产业链上下游，将AI技术立足于产业的发展，真正解决客户的痛点与满足市场的需求，才能将AI技术的价值最大化地发挥出来。

有目共睹的是，在数字化浪潮推动下，智慧城市正在不断地渗透到各个地方、各个领域中，包括商汤 科技 为代表的人工智能企业，以及运营商、云服务商、软件厂商、数据公司等各方力量都在共享智慧城市发展“红利”，未来围绕这一领域的竞争也会不断升级。另一方面，智慧城市一个大的范畴，数字化涉及众多环节，在行业内激烈竞争的同时，智慧城市的建设更需要产业链上下游的合作与协同。

能源数字孪生是指利用数字技术对能源系统进行建模、仿真和优化，以提高能源系统运行效率和可靠性的技术。全应科技利用能源数字孪生技术，开发出多种数字孪生应用，如智能供电和智能供热系统，实现对能源系统的精细管理和优化。

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