交通数字孪生系统_数字孪生高效交通管理的新途径

“数字孪生”是个啥？

关于数字孪生，其在科幻、数字化行业报告等多种场景中都有大量的呈现，其切实与我们日常的生活贴合，以至于成为了共识为未来的发展状态，但其中过程中需要的技术革新、基础条件、前提设定等，都需要一一打通，在现阶段仍有大量的难点，而认识到这些难点，更能进一步理解数字孪生的意义不仅仅是生产生活的改变，而代表着化水平的真正“质”提升。

交通数字孪生系统_数字孪生高效交通管理的新途径

交通数字孪生系统_数字孪生高效交通管理的新途径

交通数字孪生系统_数字孪生高效交通管理的新途径

取一个简单的生活“切片”，例如在大型桥梁的运维过程中，对于“车流量”的是最基础的需要，而在数字孪生的状态中，目前可设想的理想状态便是现场的摄像头等设备捕捉车辆经过过程，并在运营中心中以形象化的车辆模型可视化呈现，并即时显示当下桥梁各个部分的车流量水平，以为运营团队提供一线的决策量化依据。

场景化的描述是一种状态，但落实到现实的技术实现路线上，其中便涉及若干的难点和问题，例如在前端是否有搭载视觉分析模块的摄像头设备，以及其对应的车辆视觉分析的人工智能深度学习是否积累足够的素材来进行相应的识别训练；其次，其对应数字化平台中是否能够对外接入视觉分析的信号及反馈，对内可否搭载桥梁的完成工程BIM数据以及其底层可视化数据平台是否提供相应的车辆模型标签等接口，以一一在数字化系统中镜像呈现现场的状态；再次，如此巨量的数据信息，包括动态的车流量变化、静态的桥梁结构模型数据、动静态结合的车流量对桥梁自身结构的力学影响等，其对应的基础硬件配置是否提供了足够的、稳定的算力支持，以支持一线业务的持续开展。

目前看，在各个环节中，例如前端的视觉学习、底层可视化数据引擎的云渲染支持、基础农场的算力提升等，都取得可观的进步，但是尚未真正打通全环节，实现一个场景数字孪生时间维度上的全生命周期、空间维度上的全方位布局拓展，而这也是未来要实现真正的数字孪生场景落地状态之前需要解决的问题，也是相关企业能够取得进一步竞争壁垒的重要机会。

从充换电服务到汽车生产，数字孪生技术在汽车行业应用有多广？

数字孪生是映射现实物理世界的数字副本。通过集工智能、机器学习和传感器数据，建立一个可以实时更新的“真实”模型，用来支撑物理产品生命周期各项活动的决策。例如，蔚来能源云的智能选址系统，帮助推演换电站的布局地址，能够清晰知道新建站点在目前保有量下，换电站每天的单量、换电时间以及对周边换电站的影响等。

几天前的蔚来 汽车 NIO Power Day上，蔚来 汽车 高级副总裁沈斐首次对蔚来 汽车 充电换电网络的“大脑”——蔚来能源云的系统运作方式进行了详细披露。这套蔚来从2015年开始投入并自主研发的智能化体系，可以帮助蔚来布局充电换电网络，实时读取和远程设施的运营状况以及帮助用户规划智能出行路线。而数字孪生技术，是实现这些功能的核心基础。

此外，蔚来 汽车 的充电桩、换电站、电池以及蔚来车都以数字形式储存在蔚来能源云中。沈斐介绍，通过蔚来能源云的智能运维系统，能准确了解换电站储备的电池数量、电池衰减程度、运行 健康 状况、用户全程换电时长等，并基于数据分析情况判断做出决策。

“通过数字化空间建立一座换电站的模型后，可以直观看到电池仓内的换电整个过程，甚至精细到一个螺栓是否拧紧。”沈斐说，“我们已经有近100个换电站处于无人值守的自助换电运行状态，调度运营中心远程通过数字空间，了解换电站发生的一切，一旦某个部件发生故障，就可以准确定位到并加以解决。”

事实上，数字孪生技术并不局限于充换电服务，它已经在 汽车 行业得到广泛应用，包括 汽车 及零部件的研发、 汽车 生产以及供应链管理等多个环节，尤其在 汽车 生产的智能制造领域，是 汽车 公司布局的重点。

特斯拉是数字孪生技术产业化应用的试水者。2011年，特斯拉成立设计工作室（Design Studio），赋予其超级工厂数字孪生能力。针对 汽车 制造特点，特斯拉对美国航天局的数字孪生技术“降维”使用，降低仿真精度要求，为每一辆出厂的 汽车 都配备了数字孪生模型，并根据物联网传感器接收到的数据，对 汽车 程序进行实时更新，为用户提供持续优化。

在 汽车 生产制造方面，以上汽通用奥特能超级工厂为例，奥特能超级工厂电池生产的涂胶、合盖等工艺，由基于数字孪生技术的机器人自动完成。设备加工方案在设计初期，会针对轨迹、速度、出胶量等工艺参数进行数百次虚拟仿真，生产时将仿真运行后的程序输出到现场设备，并配合3D视觉手段，全系统实现测量精度小于0.1mm。

宝马将数字孪生技术应用到物流环节支持车辆的准时交付。通过堆场管理系统，将实时物流数据与3D模型相结合，模拟各种物流场景，实现对集装箱的管理。并且，能随时了解堆场内发生情况，更高效地为 汽车 生产提供零部件。

值得一提的是，宝马投资了150亿在沈阳建成的里达工厂是一座从最开始就完全在虚拟环境进行规划和模拟的工厂。根据宝马介绍，厂区规划、建筑设计、生产线布局以及设备调试均在Epic Games虚幻引擎3D创作平台创建数字孪生模型并进行模拟。

通过虚拟世界和现实世界的融合，工厂各部门可以提前发现设计和系统运行中存在的问题与有待改进之处，并及时进行调整与优化，后续建设执行环节中的返工次数得到了大幅减少。里达工厂从动工到投产仅用了两年多时间，比正常工期缩短6个月。

国内 汽车 公司同样在数字孪生技术的应用上不遗余力。一汽基于数字孪生的协同设计和虚拟仿真平台，将产品开发周期缩减6个月以上；基于5G+工业互联网的数字化工厂，应用物联网、数字孪生、混合现实等技术，实现冲压、焊装、涂装、总装四大工艺智能化生产，整车生准周期压缩7个月，订单交付周期缩短26%以上。

长安 汽车 则在去年发布了基于“用户-车企-开发者”的全链路打通的全场景数字孪生开发开放平台。长安 汽车 朱荣华介绍，该平台是国内首次实现驾驶、座舱、车控三域打通的整车级虚拟仿真环境，实现全车功能场景可编排。

数字化服务提供商埃森哲大中华区产品制造事业部董事蔡沈隽告诉界面，数字孪生在国内 汽车 公司之间正在逐步推广应用，生产车间高度自动化已经变成可能。

“生产车间产线上发生的每一件事情，都在虚拟的数字环境里实时可见，以往不能及时注意到的问题，能够基于数据方式进行主动预警和干预，既提高了企业生产韧性，又降低了企业生产成本。”

随着 汽车 行业“新四化”变革的进程，数字孪生正在以前所未有的速度应用于 汽车 及零部件企业。蔡沈隽认为， 汽车 公司需要思考如何加速包括生产制造在内的大供应链数字化转型和提升，迎接未来的挑战。

数字孪生有延时吗

有。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统，该系统基于交通流还原的实时数字孪生，可以做到100毫秒低延时（相当于人类眨眼的速度），但还是有延时的。延时是一个时间概念，指比原来自然状态下延长了一段时间，在不同的时间中具体表现不同。

数字孪生技术 模拟出城市交通解

来源: 科技 日报

模拟城市交通，跑出解，再根据模拟结果完善现实交通情况，是数字孪生技术的重要作用之一。

“让真实世界中需要高成本或很难实现的事情，在虚拟世界里得以快速实施，这正是数字孪生的意义。”某相关技术企业首席执行官李熠介绍。例如如何找到大城市交通拥堵问题的解决方案，在现实世界中修改道路或者做实地测试非常困难。而在数字孪生技术塑造的场景中可以做成百上千种测试。让每一辆车、每一条路，甚至很多车道线设计、转向设计在模拟器内测试，跑出解，然后再回到现实世界里去实施。此次打造的智慧交通方案中，海量传感器数据可以实时同步到数字孪生系统中，数据被关联起来后，车路通讯、车车通讯能够变得更加简单。

城市数字孪生为何而生

数字孪生的概念起源于工业制造领域，以下是摘自百度百科关于“数字孪生”概念的定义：

对于 “数字孪生城市”的概念目前业内还有许多争议，以下是摘自网络的一段描述：

关于数字孪生概念的由来，业界主要观点认为是迈克尔·格里夫斯首先提出的。

2002年，迈克尔·格里夫斯（Michael Gris）在美国密歇根大学的课堂上首次提出“数字孪生”（又称“数字双胞胎”）的设想。2010年，美国航空航天局（NASA）的技术报告中正式使用了“数字孪生”一词。2011 年，Michael Gris 在《几乎完美：通过PLM驱动创新和精益产品》给出了数字孪生的三个组成部分：物理空间的实体产品、虚拟空间的虚拟产品、物理空间和虚拟空间之间的数据和信息交互接口。另外，2011年3月，美国研究实验室结构力学部门的Pamela A. Kobryn和Eric J. Tuegel，做了一次演讲，题目是“Condition-based Maintenance Plus Structural Integrity (CBM+SI) & the Airframe Digital Twin（基于状态的维护+结构完整性&机体数字孪生）”，明确提到了数字孪生。

2018年以来，河北雄安新区首先提出"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"，数字孪生建设理念纷纷出现在各地智慧城市、数字基建等规划之中。省（市）级层面，提出“建设数字孪生城市”，上海提出“探索建设数字孪生城市”，浙江提出“现实和数字孪生社区”，广东提出“探索构建‘数字孪生城市’实时模型”，海南提出打造“数字孪生省”；地市级层面，宁波提出促进数字孪生理念在未来社区实体建设中落地应用，贵阳、南京、合肥、福州、成都等地提出以数字孪生城市为导向推进新型智慧城市建设，其中贵阳编制的《数博大道数字孪生城市顶层设计》，是全国真正意义上的数字孪生城市顶层规划。

无论是制造业还是城市治理，数字孪生技术的核心是数据，包括城市模型数据、基础地理数据、规划管控数据、物联感知数据、以及城市各种专题数据，只有融合各类数据建立关联信息才能使用这些数据进行计算、加工、挖掘，才能真正发挥数字态孪生城市的价值。数字孪生城市不仅是要好看关键是要好用，人们最直接的感官是视觉，然而数字孪生城市不仅要满足三维场景可视化的需求，更要能满足城市各要素的运行仿真、模拟推演的需求。

城市是动态的，基于物联网监测设备来连接和实时收集物理世界的感知参数，虚拟世界可全面、精准、动态地反映物理对象的实时状态变化，包括外观、性能、空间位置、异常状态等，进行分析、模拟、推演城市运行状况，分析的结果和预警信息再反馈给物理世界，从而为城市更新、城市安全、灾害防范、应急处理等提供数字化手段和智能化应用。

任何一项技术最终要能服务于其主体才能发挥其价值，工业设计的主体是工程师，工程建设的主体是建筑师和民工，而城市的主体是市民，因此数字孪生城市不仅仅是能提供一个大屏展示系统服务于参观展示，而是要落到实处服务于市民，提供便民的应用场景才能体现真正的价值。数字孪生城市的建设耗费巨大，如果不能将建设成果用之于民的话那无异于是在犯罪。

数字孪生城市的管理对象是城市空间的各类要素，建设数字孪生城市不仅是根据物理世界在虚拟世界构建对应的数字体，关键是要将现实世界中的物理对象和数字空间中的孪生体能够实现双向映射、数据连接和状态交互，数字体应随现实对象的生命周期进程而不断演进更新，并且数字空间中进行模拟、分析、判断趋势，基于分析与仿真对物理世界形成优化策略，实现对物理实体决策优化，从而实现数字虚态到物理实态能够共生互动。

随着信息技术的发展，早期只能在工业设计领域进行的制造业数字化仿真，现在可以得以在更广阔的领域进行应用，从数字化工厂，到数字化建造，再到数字化城市，数字孪生技术的应用场景越来越多。然后数字孪生的本质还是数字化，5G、BIM、3DGIS、IOT、CIM、VR/AR等信息技术只是技术手段的加持，新技术的应用才使得数字孪生在更多领域的应用成为可能，数字孪生也是IT技术发展的必然趋势和方向。

建设数字孪生城市，其中一个必要条件是不断积累丰富的城市数字资产，只有积累了足够体量的数据才能有效地进行分析、模拟、推演，而CIM技术为数字孪生城市的建设提供了一种可能，城市信息模型是数字孪生城市的基石。而建设高质量的城市信息模型资源库需要耗费太多的人力、物力和时间，并且随时城市发展需要不断完善更新。而城市级的CIM基础平台的建设，可以为数字孪生城市提供数据资源以及基础能力。

现阶段数字孪生城市的建设应以行业应用为主战场推进建设，在行业应用中才能找到切实的应用场景。关于模拟仿真，基于全量全要素的城市级大场景的模拟计算目前还是不现实的，期待量子计算机普及吧。

数字孪生目前有应用到实际中吗

直接黏贴的哈~

泰瑞数创客户遍及全国各地，面向智慧城市、工业互联网、智能驾驶三个方向的基础数字孪生产品已全面覆盖所有一线城市及70余个重点城市。 在智慧城市领域，泰瑞数创完成了上海城市大脑、海洋综合决策支持系统等重点明星项目； 在工业互联网领域，泰瑞数创为中石油、中移动、电网等大型央企提供了一系列能源、电力等方向的工业数字孪生服务支持； 在智能驾驶领域，泰瑞数创完成了上海临港智能高精地图、长沙智能网联三维数字沙盘、无锡态势交通等车联网项目。

目前，泰瑞数创利用贯穿全产业链的数字孪生产品，为产业连接了30多个行业，600多个开发商、1000多个客户。

在一系列中，公司利用其先进的数字孪生产业链产品和丰富的项目开发经验， 先后承建了奥运、512四川应急、神州航天、国庆60、APEC会议、 抗战胜利70阅兵、G20峰会、上海进博会等重大项目， 为保证各项重大工作的顺利开展发挥了重要作用。

上面直接粘贴的别人的哈~我觉得现在还是用在toB和toG比较多，最的目标是数字孪生人吧..........

我希望先给我数字孪生只猫再说

希望能帮到您~

数字孪生 为机场和航空器打造“双胞胎”兄弟

数字孪生作为普适的理论技术体系，可以在产品设计、产品制造、医学分析、工程建设等领域应用。这项技术需要在数字空间中根据现实各项数据与参数建立模型，通过传感器实现状态同步，既可以帮助航空公司实现航空器、维护与保障，还可以提高机场运行效率。接下来，让我们在民航科学技术研究院研发中心副主任杨杰的带领下揭开这项技术的神秘面纱。

技术有前景

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行 历史 等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。通俗地说，数字孪生就是在一个设备或系统的基础上，通过采集各项数据，创造一个数字版的孪生体。

“目前民航业内的数字孪生系统应用大多基于三维地理信息，还停留在静态数字孪生阶段，数据更新频率低，主要功能是信息集成和数据可视化。”杨杰介绍道，“下一步将做到动态数字孪生，以这项技术为载体，集成机场与航空器的数据，在将接入的数据可视化展示后，通过孪生体反向控制实体世界，达到流程控制的目的。未来，还可能结合5G、人工智能、泛在感知等技术，实现精准控制。”

在数字孪生技术中，一个系统存在于现实的物理世界，一个系统存在于虚拟的计算机世界。在理想状态下，本体与孪生体可以建立全面的实时或准实时联系。二者并不是完全的，映射关系也具备一定实时性、双向性，根据孪生体反馈的信息，对本体采取进一步的行动并实施干预。以飞机维修为例，首先在数字空间中建立真实飞机的模型，通过传感器实现其与飞机真实状态完全同步，每次飞行后根据结构情况和过往载荷，及时分析评估是否需要维修，能否承受下次的任务载荷等。

“飞机维修只是数字孪生的一个点，点点相连就会形成面。目前国内很多机场都上线了全景视频系统，通过该系统能够在塔台或运行指挥中心看到机场场面的实时情况。但在雨、雪、雾霾等恶劣天气下，部分摄像头受到遮蔽，可能对关键动态目标产生影响。在应用数字孪生系统后，通过传感器实时采集数据，可反映目标的运行情况，为提供更准确的信息，从而提升运行保障能力。未来，随着技术的发展，点点相连成面，面面相连成体，传统的金字塔式结构将不复存在，万物互联成为现实，感知无处不在，数字孪生技术将有更大的发挥空间。”杨杰说。

目前，多数机场在执行任务时仍然依靠终端平台作出决策。例如，当车辆侵入跑道时，塔台需要分别指挥航空器和车辆，以达到避让目的。未来，传感器将部署在航空器和车辆上，两个不同类型的终端都够获取彼此的数据。一旦存在跑道侵入风险，通过边缘计算，数字孪生系统将直接通知车辆驾驶员避让并提供撤离路线，响应速度快，安全系数高，毫秒级的告警响应时间将消除延时带来的安全隐患。

研发有基础

今年初，印发了《智慧民航建设路线图》，将智慧民航总体设计分解为主要任务、四个核心抓手、三类产业协同、十项支撑要素与48个场景视点。智慧民航建设需要数字孪生技术的开发和应用，而数字孪生技术能够以全流程便捷出行、基于四维航迹的精细运行、机场全域协同运行、数据驱动的行业监管等场景试点为切入点，助力产业协同，在智慧民航建设中大显身手。

高楼大厦并非凭空而起，技术的研究与发展同理。自2013年起，航科院开始建立ADS-B地面站，ADS-B所收集的数据对数字孪生技术应用大有裨益。除此之外，广州白云机场、深圳宝安机场等使用的机场场面飞行区车辆系统，国航、川航等应用的全球航班系统，不仅为航空器与车辆积累了丰富的经验，也为数字孪生技术的开发与应用打下了坚实基础。

5G时代的来临让数字孪生技术如鱼得水。万物互联让数据传输速度变得越来越快，传感器和摄像头随处可见，能捕获的信息细节也越来越多，以三维地理信息为蓝本的传统机场运控系统已经无法满足时代的需求。据了解，航科院此次的数据孪生技术开发以 游戏 引擎为载体，将相关数据接入后，不仅能够实现数据集成和可视化，还可以让系统运行更加顺畅，孪生世界与真实世界的关键信息在感官体验层面上做到了同步与一致。

目前，数字孪生技术的开发和应用还停留在信息集成和数据可视化阶段，但已经为机场和航空器运行带来不小的影响。动态的数字孪生技术将触及民航业的所有流程，为各个流程提效赋能。

基于数字孪生，机场、人员、航空器、车辆等数据可以生成实时孪生画面，让人员培训更加便捷。车辆驾驶员不再需要拿着教材走进教室学习机场驾驶规则，而是在系统实时运行场景中习得；无人驾驶将更加智能，设备和车辆将首先经过数字孪生系统的测试，之后才正式量产应用，从而限度地降低成本……

数据是关键

“数据采集得越全，可以实时分析的数据越多，就越接近真实情况”。一方面，ADS-B等技术所收集的数据与数字孪生技术相辅相成，但每项技术都有使用倾向，采集数据存在局限性。ADS-B传输的数据仅限于航空器位置、高度、航向、速度、爬升率等，该技术的设计初衷更偏向于空中管制使用，而油量、发动机参数、飞行管理计算机输出信息等数据则无法从中获得，数据需要多接口接入。另一方面，真实世界的数据采集还未实现全面覆盖，摄像头与传感器随着时代的发展不断增加，接入设施设备的数量也将慢慢增加。此外，对人位置数据的实时采集涉及隐私等多方面问题，需要更加谨慎地对待。

“空间数据采集的关键指标是精度和采集频率。在GPS系统和正在逐步投入使用的北斗卫星系统中，位置精度和定位精度都可以达到分米级甚至厘米级，能够满足机场在运行中的大部分需求。”杨杰介绍道，“但技术发展的主要桎梏在于位置的回传频率。虽然现在的技术已经可以达到20赫兹的标准，也就是每秒回传20次数据信息，但是很多机场还停留在每秒一次、几秒一次的回传状态。”

传统雷达与数据站监视等方式数据回传频率异较大，短则4秒一次，长则15分钟一次，无法做到真实世界的实时反映。在加装ADS-B后，数据回传最快可以达到1秒两次，但与20赫兹的技术能力仍相去甚远。

“20赫兹在国内机场基本没有应用，能达到5赫兹的都少之又少。回传频率越高，消耗的网络带宽越大，后台处理器的处理压力也就越大。从这个角度来看，想要数字孪生技术发挥更大作用首先要解决这些问题。”杨杰解释道。

只有处理好数据采集、回传频率、精度、处理等问题，数字孪生技术才会真正为智慧机场建设添砖加瓦，而不是一个提供数据可视化平台的“花瓶”。这类信息化技术与传统基建有机融合，将云计算、大数据、物联网、人工智能、5G通信等作为核心手段，推动我国机场高质量发展、跨越式进阶。