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数字孪生,能否成为城市交通治理的最优解?

数字孪生,一个与现实世界并行的数字「克隆体」,也是部分观点中的智慧交通最优解。

但这项技术并不是单纯的数值仿真或机器学习,而是基于对物理实体反馈的数据的自我学习和完善,以虚实交互的方式,实现模型的实时更新与动态演化,并同步生成一定策略,实现智慧管理与决策支持。

数字孪生的应用趋势

事实上,随着交通流量、道路复杂度、人车交互频率逐步增大,依靠经验和现实世界试错,解决拥堵、降低事故率的成本已经越来越高。发生问题、发现问题、解决问题的传统方式,无论是效率还是效果,都到达了一定瓶颈。

这种情况,一方面源于道路规划、交通法规已经到达了一个比较完善的阶段,改进空间有限,另一方面也是传统方式处理体量越来越大的交通问题,难度过高,稍有不慎还容易扩大隐患。

因此,有实时性、分析预测能力的数字孪生,就成为了一种合理的解决方式。

从技术上来讲,实时孪生大概由数据接入层、计算仿真层、应用层,三大部分组成。

通过对物理世界建模,将物理世界数字化,实时映射到虚拟世界中,基于模拟仿真、AI、云计算的经验积累,结合感知、计算、建模等信息,把物理空间数字化变成一个可计算的数字空间。

在这个可计算的空间里面,可以对其进行物理上的描述、诊断、预测、决策,最终实现闭环的控制,做到虚拟世界能够干预或者控制物理世界,实现物理空间与数字空间交互的融合,构建出「感觉-决策-控制-感知」的物理与数字孪生世界信息闭环。

数字孪生技术大体可以在三个方面赋能智能交通:

同步可视、模型推演,实现数据驱动决策。数字孪生可以实时采集数据、同步交通运行可视,为交通模型推演提供试验空间,完成数据的驱动决策;

场景丰富、实景重现,加速智能驾驶落地。城区级或地级市的数字孪生数据可以提供高精度地图。基于真实数据和模型的数字孪生技术,可以提升智能驾驶的安全稳定性,从而加速智能驾驶更安全的落地和推广;

全城视野、全局规划,寻找治理拥堵的最优解。城市区域路面复杂,交通流量变化大,准确量化城市交通动态画像是现代交通的难点。数字孪生可通过对全要素数据汇聚,进行城市画像,实现对城市交通动态的洞察。

腾讯交通平台部、自动驾驶总经理苏奎峰表示:「从市场规模上来看,预计全球数字孪生市场将以58%的复合年增长率增长,最少也会达到45%以上。

腾讯已落地多个数字孪生场景

目前,腾讯已将数字孪生作为一个主要技术去推动。在最近的沟通会上,苏奎峰公开介绍了腾讯数字孪生的几个主要的落地场景。

首先是面向政府运营,比如城市的交通制度、交通枢纽的人员和设备规划等,由腾讯提供实时孪生的数字底座,具体的数据采集接入与最终的应用,都由运营方来做。据苏奎峰透露,目前广州地铁、长沙公交等部门,均采用了腾讯的实时数字孪生系统。

以广州地铁为例,通过腾讯提供的数字系统,可以将广州地铁所有的列车、人流、工作人员分配、设备等信息都接入进来。从列车运行,到整个车站的运营,再到完整的运维环境,甚至应急状态下如何控制设备、人群混乱的风险,都能用孪生的技术还原出来。

在这个孪生环境的基础之上,可以通过仿真模型对地铁的运营状态、突发事件进行假设推演,提供实时诱导建议。比如,针对广州地铁每天700万-900万的客流量,数字孪生系统可以对站点内售票检票等多种设备的开闭、车站到列车的运营策略等,进行自动规划。

其次,数字孪生对自动驾驶也能提供显著的推动作用。由于自动驾驶需要在真实环境进行验证训练,而数字孪生恰恰是完全真实的同步环境,可以在里面加入虚拟车辆来做到仿真平台相同的功效,但是结果和效率可能还要高于传统的仿真平台。这同样也可以测试自动驾驶的车路协调技术。

另外,腾讯的数字孪生技术也能通过感知到触达的全链路能力,进一步解决传统的道路救援优化、因未能清晰观察路况导致出现事故风险等难题。

比如,高速公路出现交通事故,腾讯既可以给救援做出通知规划,也能够通过腾讯自己的导航、通讯等平台,发布相关预警信息和躲避规划;能见度不高的雨雾天气、无路灯的黑暗道路等,腾讯也可以自身平台,显示或通知周围车辆和行人状态,解决一些感知上的难题。

苏奎峰透露,腾讯在接下来一至两周,就将发布基于数字孪生做的高保真实时车道级导航。

数字孪生的关键点

根据苏奎峰的介绍,腾讯构建出这样一整套从感知、连接到场景到智能的实时可计算的数字孪生体,实际还面临了多方面的挑战。

首要的是实时性:要做到实时感知,发现事故;要快速地形成决策,高管控级别的还要加快仿真推演事故发展趋势;快速触达用户,如发生隧道火灾,一方面通过情报板、路侧设备能够管控到上游车辆,另外一方面通过手机将信息推送到周围相关人员或救援队伍。

而想要做好实时性,还要有动态建模的能力,需要真正做好万物互联,也就是需要有实时能力的传感器,否则静态的孪生没有意义。

腾讯在这方面采用的手段是最大化利用旧传感器,再用新传感器查缺补漏,或在重点区域多重部署,尽可能的减少成本。同时,腾讯还表示传感器设备均由客户部署,数字孪生平台也是交给的客户自己运营,不会涉及到数据安全的问题。

接下来是基础设施云,一方面可以提供强大的计算资源,实现过去难以拥有的并行加速能力,另一方面能够融合更多的数据,进而做到实时信息处理,甚至可做到单体的孪生。其中,单体孪生、个性化孪生将是未来趋势,这些都离不开基础设施云。

在构建复杂的交通时空过程中,腾讯还表示通过游戏技术,实现了自动化的建模、高逼真的渲染,以及完整的自动化场景构建。这些自动化能力包括:道路参数,龙门架、植被等环境描述;车流的行为模拟、人的行为模拟、动物的行为模拟;依靠高效率AI行为树的互动和控制等。

苏奎峰表示:「通过UE4引擎、自研CrossEngine引擎来做孪生的渲染,以及腾讯游戏积累的AI能力、大数据生成能力,都为数字孪生构建以及智能决策,提供良好的技术基础。」

在数字孪生中,数据和仿真是非常核心的两大要素。数据驱动的动态实时孪生,可以更好地替换或者跨越过去基于机理模型,因为很多物理世界的模型很难用机理直接去描述生成,但是基于数据积累的可以更好地去实现数据驱动。

同时,还可以基于机理模型或数据模型,进行模拟仿真推演,使得整个形成一个闭环的实时的体系。

据腾讯智慧交通副总裁施雪松透露,其数据孪生在交通上的应用,已经建立起了明显低时延优势:「今天我们在交通领域的最大差别,就是将基于交通流还原的实时孪生时延控制在了100ms,优势是非常明显的。

产业腾讯数字孪生
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