数字孪生技术在城市静态交通治理领域的应用实践

云栖网：智慧城市的建设，就是把新一代信息技术运用在城市运行的各个方面，以实现城镇化与工业化、信息化的深度融合，缓解“城市病”，实现数字化、精细化和动态化管理，并提升城市治理体系和治理能力现代化水平、让市民真切感受到城市发展带来的获得感与幸福感。

数字孪生技术作为新型智慧城市建设的创新引领性技术，打造城市运行的虚拟空间，赋能城市智慧停车，搭建数字孪生智慧交通管理系统，强化城市大脑基础能力，实现动静态交通全域、全时空数据融合，已被验证为智慧交通信息化建设的有效途径，成为行业发展新趋势。

一、浅析数字孪生技术

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。[1]它以数据与模型的集成融合为基础与核心，通过数字空间实时构建物理对象的精准数字化映射，基于数据整合与分析预测来模拟、验证、控制物理实体生命周期过程，构建孪生体涉及到的数据包括实时传感数据和运行历史数据，集成的模型涵盖物理模型、机理模型和流程模型等。[2]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。[1]

通俗来讲，数字孪生就是在“物理实体”的基础上，创造数字版的“虚拟模型”。这个“虚拟模型”被创建在信息化平台上用以提供服务，如同创造了一个“平行的数字世界”，实现对“现实世界”中实体对象的动态仿真。在这个由人类创造的“平行宇宙”中，数字孪生体内的数据无时无刻不在“运动”当中，这些来自“现实世界”的实体对象通过传感器、物理设计模型将自身的实时状态“数据”反馈到数字孪生体上，打通现实世界与虚拟世界屏障，以数字为基础，对城市运行管理进行运营、决策，为城市打造一套“虚拟副本”。

二、数字孪生技术的应用特点

(一)3D仿真技术。通过多引擎快速构建高分辨率的3D图像，利用立体合成技术、建模技术、交互技术模拟现实中的虚拟场景。

(二)三维地理空间。基于实体高效建模，一体化管理，高性能空间分析和可视化等关键技术数据，使海量的数据接入模型组件，实现数据实时响应，自动化数据萃取，分布数据存储，为用户决策判断提供全面的数据支持。

(三)物联接入。实现设备接入、设备管理、检测运维、数据处理分析等功能，提供远程控制及设备联动等服务，助以快速完成设备联网及应用集成。

三、城市静态交通治理的痛点

静态交通是由公共交通车辆为乘客上下车的停车、货运车辆为装卸货物的停车、小客车和自行车等在交通出行中的停车等行为构成的一个总的概念。在传统停车方式中，大多数停车场需要人工管理，停车运转效率低下，收费和管理较散乱，城市道路乱停乱放现象严重，在城市级静态交通治理中，造成城市停车难、停车乱现象的深层次原因有以下几点：：

第一，停车信息孤岛现象严重。由于缺乏统一的停车行业标准，导致停车系统应用管理标准各行其是、数据接口杂乱不一、服务标准参差不齐、配套功能难以统一、收费标准执行状况杂乱无章，造成停车场信息闭塞，城市静态交通资源无法实现共享，形成信息孤岛。

第二，数据整合难度大。对城市静态交通治理的政府主体来说，统筹城市路内、路外停车资源，盘活停车场数据，通过数字化技术实现全域停车资源的精细化运营，构建完整的从停车到消费的智慧生活生态系统至关重要。但停车场管理主体分散，产权、运营权分离，不同的业务数据掌握在不同的系统中，难整合、难调控，数据收集难度大。

第三，停车大数据应用不足。在城市级静态交通运营治理过程中，基于车主、车辆、车场、道路、城市等多个维度会产生停车大数据。受制于平台数据接入标准不一、测试环境成本较高、管理界面可视化、具象化程度较低等原因，对停车大数据的清洗分析、价值挖掘、数据赋能等的开发应用有较高的提升空间。

四、数字孪生技术在城市静态交通治理领域中的实践应用

2021年3月，国家“十四五规划纲要”明确提出探索建设数字孪生城市。完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，构建城市数据资源体系，推进城市数据大脑建设。

(一)“1+3+N”数字城市云脑

近年来，松立控股集团股份有限公司紧跟“加快数字化发展，建设数字中国”的国家战略，积极投身新型基础设施的建设。2021年，随着企业定位升级和业务场景拓展，为满足数字城市建设背景下的多场景治理需求，松立集团推出“1+3+N”数字城市云脑，构建集软硬件开发、建设、运营、管理于一体，全面服务于数字城市信息基础设施建设和政府治理体系和治理能力现代化。

何为数字城市云脑？数字城市云脑即以智能算法仓为核心，以星光物联平台、大数据平台、数字孪生平台为支撑，为停车、社区、园区、景区、城市等多个智慧场景提供综合的数字化服务和运营支撑。

(二)慧停车城市停车数字孪生平台

以数字孪生技术为底层技术架构的慧停车城市停车数字孪生平台，行业内首次将数字孪生技术引入城市级智慧停车管理场景，以上帝视角去诊断整个城市静态交通运营状态，达到全域停车信息的可视化、数字化、平台化呈现，实现现实世界可视化、城市管理智能化、事件管理协同化、物联网络图形化。

通过对车主、车辆、车场资源进行数据化、可视化、平台化整合，基于数字孪生技术汇聚城市多源异构数据，例如模型数据、地理矢量数据、BIM数据等，形成数据资产库，使数据互联融合，可以解决城市静态交通数据碎片化、数据不完整、标准不统一等问题，构建城市数字底板，用数据为城市反哺，赋能城市规划、建设、管理、运营全生命周期的管理系统。

数字孪生技术要求在数字空间构建物理对象的数字化表示，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。慧停车城市停车数字孪生平台利用数字孪生技术中的多源数据融合、多尺度建模、三维可视化等核心技术，统筹城市道路及商业园区、住宅社区、交通枢纽、写字楼、酒店、商场等路内外停车资源，对全市停车服务进行全要素数字化，完整映射到城市信息模型中，关联停车业务场景驱动运营管理，通过“虚实对应、相互映射、协同交互”，为社区、园区、景区、医院等各种应用场景进行整体智慧化、数字化升级，促进孪生城市“城市要素数字化和虚拟化、城市运行状态实时化和可视化、城市管理决策协同化和智能化”的“六化发展”。

慧停车城市停车数字孪生平台，以3D立体的形式呈现城市静态治理场景、数据，包括路内、路外车场及感知设备的分布情况、运行状态、车场利用率、周转率、订单数据、停车热力指数等，可以为政府及停车运营方提供数据化、平台化、可视化的决策支撑和数据支持。

停车场是高密度城区基础设施的重要组成部分，对人口、道路、建筑等具有一定空间依赖，慧停车数字孪生平台融合数据建模实现城市交通的智能预测和决策，例如通过定位车场数量渲染地图颜色及变化成果，直观反应出车场的热力点分布、区域聚聚等数据信息，这种全精度、全要素、全粒度还原城市停车场景，对收费缴费、资源增量趋势、设备运营情况、重点车场情况、交易情况、收缴、利用、周转情况，车场情况、泊位情况等进行运营管理，将大大助力城市级停车“一张网”格局建设。

(三)慧停车城市停车数字孪生平台运营场景

慧停车城市停车数字孪生平台结合数字孪生平台的数据信息和仿真模拟地图，对城市静态交通情况做出评价和优化分析，对动态交通形成流量分析和科学预判，实现动静态交通协同感知，为城市级运营管理提供基础，有效打通城市“眼耳鼻”。

1、路内停车运营场景

通过高位相机、视频桩等前端智能识别设备采集停车数据，与慧停车城市停车数字孪生平台、慧停车APP进行数据交互，实现对路内、路外停车场景的数字化、平台化、可视化管理。

运营管理部门可以上帝视角形象直观的查看各条道路泊位数量、余位数量、设备状态、停车订单数据及利用率、周转率、收缴率等运营数据。

2、路外停车场景

慧停车城市停车数字孪生平台以数字孪生3D可视化场景映射出停车场时空信息的综合态势，将传统的静态平面展示升级为实时感知、动态在线、虚实交互的动态镜像空间。聚合空间内的多源数据，结合业务分析模型，以智能算法关联运营场景，促进运营增值，辅助停车服务实现智能化决策。

慧停车城市停车数字孪生平台通过青岛软件园智慧停车场6层空间的模型构建，复刻了停车场内各楼层车位的位置，结合停车场的车牌识别相机、车位识别相机、诱导屏等等物联网设备，还原停车场内部各区域的功能分区(停车区域、充电区域、预约区域)及车辆停放状态，并可实时查看各楼层的泊位利用率、周转率数据，为停车场管理人员提供可视化管理的数字化支撑。

五、总结

通过搭建慧停车数字孪生平台，赋能城市级静态交通解决方案，对道路、公共停车场、商业停车场、企事业单位停车场等停车泊位信息进行大数据汇总、分析，整合城市级停车运营情数据，形成城市一个“一个平台、一张网、一个APP”的数字化、可视化管理，充分挖掘全社会停车资源，盘活主城区停车泊位的利用率和周转率，缓解停车难、乱停放、停车纠纷和因停车导致的交通拥堵问题，有效提升停车秩序管理与使用效率，有效提升土地资源利用率和城市停车管理水平。

通过构建数字孪生平台，实现对动静态交通运行情况的实时监测，例如，路段实时管控，可视化路段流量、接入具体管控措施、预警交通态势，感知城市人口热力图、停车场状态，基于多源城市交通数据，结合仿真平台实现城市区域停车过程精准推演及停车运行效率实时评价，通过仿真可视化车辆寻位过程，实时获取路网车辆行驶信息，分析数据及评价停车效率，还可以通过自动采集回传到中心的数据进行图像自动识别分析，智能发现识别异常问题，并对未来城市动静态交通发展进行推演和预测，以数字为基础，为政府交通空间规划、动静态交通一体化治理、交警违停治理、城市公共安全提供决策支撑。

参考文献

[1]数字孪生模型在产品构型管理中应用探讨.航空制造技术.2017[引用日期2020-05-20]

[2]数字孪生技术应用白皮书(2021)中国移动通信有限公司研究院