数字孪生等前沿技术 将如何解码未来交通?

发布时间: 2021-7-16

  目前,国内在交通领域的技术创新层出不穷,交通出行领域已经成为创新科技聚集和爆发的领域。

  众多新科技的出现,正在给我们描绘出一幅未来交通的蓝图。在面向未来的诸多关于智慧交通的前沿应用和解决方案中,大规模的自动驾驶或将实现,数字化的交通基础设施也将不断发展。在这当中,虚拟仿真、数字孪生、虚拟孪生等新技术将发挥重要的作用。

  虚拟仿真技术已经在自动驾驶领域中广泛应用

  普通人对虚拟仿真最直接的认识,就是在各种大型RPG游戏当中,能够感受到各种接近真实自然界的光影效果、物理效果,以及NPC背后的AI技术。其实在工业、航天、交通等各个领域,虚拟仿真技术已经有了深度的应用。

  丰田汽车与麻省理工学院合作推出了自动驾驶仿真平台“VISTA”;日本一家专门开发自动驾驶AI的公司VERTechs,运用著名的游戏引擎UE4,渲染出了效果极为逼真的虚拟城市AUTO City,被本国多家智能汽车测试场采用。

  虚拟仿真技术让自动驾驶汽车进入虚拟环境进行测试,不但能轻松构建极端场景,还能有效降低测试风险,提升测试效率。其实自动驾驶虚拟仿真平台就像一个RPG驾车游戏,主角就是依据自动驾驶算法运行的车辆。游戏技术将保证自动驾驶仿真测试的高度还原性,场景建模、传感器建模、3D物理引擎、动画引擎等,都在自动驾驶虚拟仿真领域大量运用。

  在国内开展自动驾驶研发初期,以游戏技术见长的腾讯积极投入虚拟仿真技术领域,并开发了虚拟仿真平台TAD Sim,结合云计算能力,搭建了云端虚拟城市型仿真,让测试车辆进行复杂环境的测试验证。

  数字孪生技术:智慧交通的底层技术支撑

  相比虚拟仿真,数字孪生更强调物理世界数据的采集具有实时性、全面性和交互性,是和现实世界动态同步的“平行世界”。通过各类仿真、分析、数据积累、挖掘,甚至人工智能的应用,确保与现实系统的同步性。

  构建两个相同的航天飞行器,一个发射到太空执行任务,另一个留在地球上实时反映任务期间的工作状态,以应对可能出现的紧急事件。NASA的“阿波罗计划”可以说是“孪生”的雏形概念,只不过两个都是物理实体。

  数字孪生(Digital Twin),其设想在2003年前后首次出现于Grieves教授在美国密歇根大学的产品全生命周期管理课程上,如今已成为全球科技的热门。

  众多全球企业与组织,都已开始在工业制造、医疗健康、智慧城市等多领域探索数字孪生的应用价值。

  玛莎拉蒂Ghibli跑车,通过数字孪生,对软件里的数字化模型进行设计和测试,缩短了30%的新款车型设计开发时间,跑车上市时间缩短了16个月,同时产量提升了3倍。

  作为全球三大航空发动机生产商之一,美国GE公司与ANSYS合作,共同打造用于制造的数字孪生体技术,并基于航空发动机运维过程的数字孪生体应用,GE还发布了预测性维修和维护产品——TrueChoice。

  数字孪生技术以真实数据为支撑,实现虚拟世界和物理世界的无缝互通。数字孪生技术与不断发展的传感、通讯、人工智能等技术,将构建起智慧交通的数字化基础设施,在越来越多的交通领域发挥作用。

  数字孪生技术可以提升自动驾驶测试的真实性。数字孪生世界可以在云端测试场中,根据真实道路数据生成实时的训练环境,让自动驾驶算法进行安全的测试。比如在长沙智能网联测试区,腾讯运用自动驾驶模拟仿真技术,对测试区的地理全貌进行数字化建模,实现在仿真环境下进行安全、高效的智能汽车实验。

  数字孪生技术可以用于交通管控科学推演。将真实的交通信息平移到孪生世界中,依据交通行为特征和规则,可以判断推演交通流的变化情况,进而对交通管理预判提供科学的依据。例如,演唱会散场后的局部地点大规模交通拥堵,需要交管部门根据真实情况提前做出预判和应对,孪生平台上的推演就是必要和高效的步骤。

  腾讯利用城市级三维重建技术,构建出深圳南山区科技园的数字孪生环境,可以精确还原真实世界中的楼宇、道路、实时交通等丰富信息,让实时交通流大数据映射到虚拟环境中,生成整个城市的大规模车道级仿真。在这个基础上,就能够构建起实时的交通流仿真,用来进行城市交通的模拟和推演,为区域交通管理调度和优化提供支持,这也是未来交通调度管理科学决策方式的重要转变。

  数字孪生技术将助力交通建设规划。通过数字孪生的虚拟设计、装配以及运行,可以模拟出从轨道交通工具的设计制造到运行维护等各阶段的场景,在该环境中可以“全身心地”投入到整个工程之中进行各种操作,可拓展从业人员的技术手段和认知领域,为轨交建设工程节约成本与时间,提高效率与质量,并在运行过程中及时做好维护与突发应对。

  通过数字孪生模型来规划、设计和建设网络,同样也可以运用在公路和铁路建设上。而在运营期间,利用数字孪生模型,交通运输运营商将能够提升性能和可靠性,中铁四院的三维数字铁路即是代表。

  虚拟孪生:用现实推演未来

  根据中国科协的定义,虚拟孪生是在数字孪生的基础上,利用传感器、物联网、虚拟现实、人工智能等数字技术对真实世界中物理实体和智能实体对象的特征、行为、形成过程和性能等进行描述和建模的过程和方法。它以数字孪生为基础,但更侧重于智能实体或生命体的建模和仿真。因此,如何实现制造物理世界与信息世界的交互与共融,是当前国内外实践智能制造理念和目标所共同面临的核心瓶颈之一。

  未来交通是现实世界与虚拟世界的交汇融合,通过获取现实世界中动态实时的交通数据,在虚拟世界里将其数字化、模型化,可以打通物理世界和云端的数字孪生世界,去推演解决现实世界中遇到的交通问题。

  不仅是虚拟孪生,热门的“全真互联网”、“元宇宙”概念,更是展望了虚实相通的未来生活。物理世界与数字虚拟已然突破界限,相互作用与进化,服务于人类。智慧交通和智慧城市,未来充满想象。

  来源:物联网智库