徐文揚(yáng)

（上海電科智能系統(tǒng)股份有限公司）

1 引言

2021年4月28日，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部和工業(yè)和信息化部聯(lián)合通知，正式將上海市列為“智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施和智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同發(fā)展”的第一批試點城市之一。通知精神要求，確保此次試點工作取得成效，并形成可復(fù)制可推廣的經(jīng)驗。5月8日，兩部委聯(lián)合會議對通知進(jìn)一步解讀，強(qiáng)調(diào)在行業(yè)發(fā)展方向上，堅持無人駕駛通過全時空動態(tài)交通信息采集與融合賦能單車智能；強(qiáng)調(diào)建設(shè)綜合城市治理與智慧出行相結(jié)合的車城網(wǎng)平臺。該通知出臺于“十四五”開局之年，表明國家對智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試示范走向重點突破、示范導(dǎo)向的集約路徑，力圖從內(nèi)功修煉入手，打牢智能網(wǎng)聯(lián)的發(fā)展根基，同時進(jìn)一步明確了國家依托智能網(wǎng)聯(lián)汽車和車城網(wǎng)平臺的未來城市交通發(fā)展戰(zhàn)略。

2 未來交通治理需要數(shù)字孿生

首先，什么是數(shù)字孿生，其意義何在。數(shù)字孿生本身的概念非常樸素，即通過數(shù)字模型來表征物理原型[1]。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的表征方式非常的全面、精彩，往往以全息的、4D渲染的效果呈現(xiàn)。

“數(shù)字孿生”雖然采用“孿生”二字，體現(xiàn)了雙生雙伴，一明一暗、一實一虛的特征，但其并非徹底的雙生。根據(jù)技術(shù)發(fā)展特征的不同，這種映射可以是一對多或者多對一的。

如多個場景模型里都出現(xiàn)的同一輛車，但是因為采集斷面不完整，其路徑未必連續(xù)，無論是否使用填充算法，仍然能夠廣泛應(yīng)用于交通調(diào)查和稽查執(zhí)法。又如某兩個斷面之間的所有擁堵的車輛（復(fù)數(shù)物理實體），在展示模型中通過一股流（一個虛體）呈現(xiàn)，即多對一映射。在虛體中放入模擬車流觀察演化的過程，甚至是“零對一”的映射。

其實，早在20 世紀(jì)80年代的軍工研發(fā)中，類似數(shù)字孿生概念的計算機(jī)仿真已經(jīng)開始應(yīng)用，90年代開展模擬軍演。顯而易見的是，數(shù)字孿生其本身是中性且缺乏目的的，如同字符串一樣，需要人賦予其意義，并通過啟發(fā)人，最終運(yùn)用成果反哺數(shù)據(jù)源頭。這就是如今全國基礎(chǔ)信息數(shù)字化的根本意義，即通過處理0、1，反向改變原子世界。該路線對應(yīng)到交通行業(yè)，數(shù)字孿生的主體通常是人和車，即便在搭建包括設(shè)施（路、圖）和定義（法）在內(nèi)的底層數(shù)據(jù)的過程中，需要投入巨大資源，最終服務(wù)對象卻仍然回歸到人和車。

不過，數(shù)字孿生的必要性和服務(wù)形式仍然值得探討。對于傳統(tǒng)的智能交通而言，數(shù)字孿生并非不可或缺。我國傳統(tǒng)的交通工程學(xué)科從20 世紀(jì)70年代走來，其中交通信息工程的實踐目的包含但不限于交通實時感知、交通預(yù)測、交通預(yù)警等。由此可見，傳統(tǒng)智能交通使用經(jīng)典的定量分析模型即可滿足以上需求，即便是高架道路、道路立交甚至綜合立體交通，都可以簡化為更寬的路、更好的通達(dá)性和更大的運(yùn)量。

可當(dāng)如今的社會發(fā)展需求逐漸開始面向現(xiàn)代化的城市綜合治理和便利化的公眾多元服務(wù)時，傳統(tǒng)模型顯然無法滿足當(dāng)下需求[2]。原因顯而易見，城市治理一定是交叉行業(yè)、交叉學(xué)科的綜合治理，需要打通行業(yè)壁壘，整合資源和技術(shù)手段，充分應(yīng)用人工智能和數(shù)字孿生，進(jìn)而打造車城融合的數(shù)字交通體系。

以車聯(lián)網(wǎng)為例，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是未來無人駕駛智能網(wǎng)聯(lián)汽車的重要技術(shù)支撐，其英文縮寫V2x，即Vehicle to everything。“everything”包含了車之間、路、人、城市以及法規(guī)等復(fù)雜要素，車聯(lián)網(wǎng)需要完整且融合的“everything”，這正是未來的數(shù)字交通體系和數(shù)字孿生城市體所要實現(xiàn)的，形成全息而有機(jī)的“車—路—網(wǎng)—云—城”體系。

3 “全市一張圖”——交通數(shù)字孿生基座的建設(shè)探索

先決條件首先是交通要素的全面數(shù)字化，包括交通設(shè)施數(shù)字化、載運(yùn)工具數(shù)字化、出行需求數(shù)字化。

大型城市交通設(shè)施數(shù)字化進(jìn)程中，快速路和高速公路作為出行主動脈，通常是首要的數(shù)字化目標(biāo)，感知層基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)通常也最完備的，數(shù)字孿生和車路協(xié)同的條件最充分。數(shù)字化主要體現(xiàn)在設(shè)施的全過程生命周期、病害以及對車流、事件的感知和自動化的控制誘導(dǎo)；城市道路數(shù)字化通過路口以點帶面，比較特殊的是交通組織、路口配置的數(shù)字化。靜態(tài)交通集中體現(xiàn)在停車資源設(shè)施的數(shù)字化、停車誘導(dǎo)設(shè)施的數(shù)字化、臨時停車資源的數(shù)字化，作用于停車資源的綜合管理、智能誘導(dǎo)和空間分配，這也是今后自主泊車系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

載運(yùn)工具數(shù)字化根據(jù)載具的類別呈現(xiàn)一定的多樣性，根本上作用于基于精密坐標(biāo)的車輛智控，當(dāng)前數(shù)字化需求比較迫切的是公交載具和“兩客一危”。公交載具的數(shù)字主要針對車輛運(yùn)行的數(shù)字化和基于乘客的空間數(shù)字化，同時公交載具也是今后智能網(wǎng)聯(lián)汽車的重要載體；“兩客一危”的數(shù)字化針對人臉識別、駕駛時間區(qū)分、時速控制、路徑擬合。

出行需求數(shù)字化通過捕捉出行的起點、終點、路徑、時間、方式、工具、費用、支付等要素的全過程追蹤來實現(xiàn)。

通過上述交通要素的全面數(shù)字化，根據(jù)經(jīng)驗可以基本形成道路交通、公共交通、對外交通、樞紐交通、靜態(tài)交通等領(lǐng)域各自的數(shù)字孿生子基座。

數(shù)字孿生基座的難點之一是對各子基座的有機(jī)融合，而非簡單集合。數(shù)字孿生基座其本身是數(shù)據(jù)的集合，但無論是學(xué)科領(lǐng)域還是城市交通綜合治理，交通數(shù)字孿生基座的建設(shè)不僅是單純數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)輸出的結(jié)果，同時還是一個打通多元壁壘的復(fù)雜過程。

基于公眾需求，需要形成生產(chǎn)鏈上下游的貫通，如城市、社區(qū)、道路、車、人、法規(guī)的融合；形成跨行業(yè)的貫通，涉及如城市交通管理、高速公路、公共交通、停車資源、高精地圖以及航運(yùn)、水運(yùn)、管廊等。

技術(shù)層面的互通以智能網(wǎng)聯(lián)汽車“四跨（芯片模組—終端—整車—CA平臺）”、“新四跨（芯片模組—終端—整車—CA 平臺—高精地圖及定位）”規(guī)?；痉稙槔婕巴ㄐ沤涌?、協(xié)議的互通和數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一，初步形成“字同文、車同軌”，逐步為今后需求的協(xié)調(diào)和業(yè)務(wù)流程的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

行政層面的互通以上海為例。在既有框架下，交通委管路，經(jīng)信委管能源、通信管道和智能車，公安局管法規(guī)、安全，建委管市政、基礎(chǔ)設(shè)施。目前上海市立足局部，通過打造試點特區(qū)、新片區(qū)、測試區(qū)、示范區(qū)，各委辦局之間逐步摸索和磨合出了一套橫向統(tǒng)籌模式，形成良性的產(chǎn)業(yè)推力，優(yōu)化綜合治理，打造公眾出行服務(wù)，逐步提升人民生活幸福感。這也是國家2035長遠(yuǎn)規(guī)劃的一個重要目標(biāo)。

4 交通數(shù)字孿生體的實踐探索

以交通數(shù)字孿生基座為基礎(chǔ)，通過數(shù)字流動和有機(jī)融合，可以呈現(xiàn)出三大應(yīng)用方向：業(yè)務(wù)流程的聯(lián)動再造、政府決策的智慧化以及公眾出行的智慧化。

業(yè)務(wù)流程的聯(lián)動再造是形成數(shù)字流動后比較直觀的成果。以某市主干快速路監(jiān)控系統(tǒng)改造項目為例，該項目在開通路段施工，只能半夜通過臨時封閉措施布置施工界面，但比起施工難度，手續(xù)更復(fù)雜，牽扯了更多單位。該項目雖然由該市交通局委下屬道路運(yùn)輸發(fā)展中心委托承建，但須通過市交警高架支隊遞交計劃方案，市交警總隊審批通過后，方才發(fā)放占路作業(yè)許可證，于是上路作業(yè)的法理條件就具備了。隨后，向道運(yùn)發(fā)展中心委托的高架道路養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)公司報請備案，由于工程施工位于該高架養(yǎng)護(hù)公司的管養(yǎng)段，因此夜間臨時封道由該高架養(yǎng)護(hù)公司實施。之后，通過該高架養(yǎng)護(hù)公司每周向市交通局委下屬的應(yīng)急指揮中心申報夜間高架全封閉計劃，應(yīng)急指揮中心整合逐日夜間各單位施工作業(yè)，最后在官方網(wǎng)站和公眾號上向公眾發(fā)布全封閉段信息及時間。這些步驟對于行業(yè)各級主管部門來說是必要、嚴(yán)謹(jǐn)和嚴(yán)肅的，但因為各自系統(tǒng)目前的相對封閉性，業(yè)務(wù)流程具備了相當(dāng)程度的優(yōu)化空間，在今后全市一張圖的前提下，通過各部門之間的業(yè)務(wù)聯(lián)動和流程再造，明確了今后一網(wǎng)通辦、一網(wǎng)通管的前進(jìn)方向，逐步形成以城市為基礎(chǔ)的復(fù)雜巨系統(tǒng)，打造以綜合治理為目的的城市管理中樞。

政府決策的智慧化則需要創(chuàng)新驅(qū)動、逐步迭代，首先通過平行仿真，以結(jié)果為導(dǎo)向，驅(qū)動事后治理。隨著應(yīng)用的深入，分析研判功能才是城市數(shù)字孿生體的本質(zhì)用途，通過研究、預(yù)測、演練、試錯等手段，達(dá)成虛擬測試帶動交通實體創(chuàng)新，目的仍然是為了提升交通安全、規(guī)范交通行車、緩解城市擁堵。

以交通疏解為例。信號調(diào)優(yōu)方案的下發(fā)通過虛體進(jìn)行模擬，分析結(jié)果的呈現(xiàn)能比傳統(tǒng)智能系統(tǒng)更為直觀，便于輔助政府決策；以今后自動駕駛區(qū)域性試點開放為例，劃定試點區(qū)域，搭建基于L4或L5自動駕駛等級的仿真模型進(jìn)行模擬，預(yù)測整個區(qū)域內(nèi)占有率、平均車速、平均擁堵時間、時段事故數(shù)等要素，與開放之前進(jìn)行多維度對比，評估智聯(lián)網(wǎng)聯(lián)車和非網(wǎng)聯(lián)車各自是否受到積極影響，評估突發(fā)事件可能性，從而衡量區(qū)域總體效率和安全是否改善，以及對無人駕駛車輛在城市個別特殊地段的表現(xiàn)和事故率已經(jīng)進(jìn)一步測試。

公眾出行的智慧化主要通過Maas 服務(wù)模式體現(xiàn)，出行即服務(wù)。目前出行數(shù)字化通過個人終端與公共發(fā)布相結(jié)合，已初步成型，今后逐步通過各平臺之間的整合和共享，達(dá)成“一單式”與“一站式”相結(jié)合的智慧化公眾出行。

某人在上海的辦公室內(nèi)接到來自蘇州的會議通知，定制化“一單式”服務(wù)得到行程單。出發(fā)后根據(jù)行程單步行至共享單車點，終端取車，騎行至地鐵站；刷取終端進(jìn)入地鐵，終端提示路途及目的地虹橋火車站站；終端刷取電子車票乘坐高鐵，到達(dá)蘇州后根據(jù)指引，找到自動駕駛車輛預(yù)訂泊位，終端解鎖，自動駕駛至?xí)?，最后終端完成行程支付，行程“一單式”閉環(huán)。

5 結(jié)語

交通數(shù)字孿生絕非簡單的物理系統(tǒng)，而是物理世界—數(shù)據(jù)信息—社會治理的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)[3]，通過跨設(shè)施、跨系統(tǒng)、跨行業(yè)、跨區(qū)域的數(shù)字流動，打造業(yè)務(wù)流程的聯(lián)動再造、政府決策的智慧化以及公眾出行的智慧化，以用戶為中心，提升城市資源使用效率、提高人民服務(wù)水平、重塑公眾出行生態(tài)、拉動產(chǎn)業(yè)變革。