数字孪生的应用价值在于投入产出比

编者按：中国智能交通发展已经二十多年，产业界和学界普遍认为我国智能交通行业的发展尚处于“及格线”水平。智能交通行业发展至今，用户（出行者、管理者、运营者、决策者等）的感受如何？面向用户提供的智能交通服务与管理效果如何？用户如何看待智能交通发展中的新技术、新模式？

近期，赛文交通网策划推出系列专题报道《来自用户的声音》，针对行业关注的热点问题，调研采访多个领域的用户代表，本文是《来自用户的声音》系列报道之“数字孪生”篇。

车路协同、自动驾驶、智慧高速等智能交通领域掀起了数字孪生应用热潮，衍生出行业发展新趋势。具备实时性、闭环性的数字孪生进入交通领域，正在弥补交通管理和控制的不足之处。

什么是数字孪生？智能交通行业是如何理解数字孪生的？“数据孪生为人类行为和物理世界以数据方式在时空系统中的展示和演变。”这是南京市公安局交通管理局科研所所长顾怀中总结他对数字孪生的理解。

在山东高速集团有限公司工程管理部副部长张伟看来，数字孪生在交通领域的应用有两个方向。

第一是以BIM+GIS为代表的交通基础设施数字化，主要是对各类构造物进行信息空间的模型和信息再现，用于设计、建设、养护等领域。

第二是交通运行行为状态精准再现，主要是对交通参与者、交通环境和交通载体的信息再现和重构。

行业有观点认为数字孪生职责是情景再现, 领导工程, 也有观点认为数字孪生有雾区行驶、车路协同辅助驾驶、隧道安全管控等场景应用，其价值的释放需要继续寻找高频应用场景，需要综合考虑场景功能实现的性价比。

对此，招商局重庆交通科研设计院有限公司，数字交通与智慧城市研究院，成果转化中心副主任杨桪对赛文交通网表示，随着交通强国示范建设和新型基础设施建设部署的推进，数字孪生技术已逐步应用于交通基础设施与业务系统升级改造建设中。

研究方面，通过数字孪生技术，可实现客观复杂物理实体、场景演变的可视化展示，为信息物理系统（Cyber Physical System, CPS）的进一步研究提供了全景动态演化途径。

工程应用方面，轻量级三维可视化技术的出现也让数字孪生技术具备了普及应用的条件，但无论应用于何种场景，数字孪生的基础仍是对数据的映射与交互，并在此基础上实现智能分析、预测、预警、决策、管控等能力，基础数据的价值、数据挖掘分析能力的价值，最终决定数字孪生应用的价值。

“数字孪生的应用价值还是在于投入产出比上”，这是武汉市公安局交通管理局科技管理处警务技术三级主任黄传明的观点。

他表示，雾区行驶没有必要数字孪生，“在隧道、桥梁、交通枢纽等核心交通路段区域，一定程度上有建设数字孪生的必要，其本身的交通道路、设施及科技建设的要求与深度就很高，具备实现数字孪生的前提条件。”数字孪生在投入低，性价比相对较高的核心交通区可以适当进行数字孪生应用。

黄传明认为，在车路协同辅助驾驶、智慧停车场等应用场景下，数字孪生应用是有必要的，“同样我们也可以对数字孪生场景做深入交通研究，突破现有的交通研究模式，对未来交通发展是很有必要的。”

“数字孪生的价值我认为更多的是在于作为一个类似大数据平台的底座，把各类交通数据汇集到虚拟的三维空间中，在这个基础层面再面向应用场景。”基于这种判断，海口交警支队科技科科长陈冬认为，目前数字孪生在交通领域的应用场景不多。

“我能想到的一个是在交通流量较大的关键路段、桥梁或者隧道做交通数据分析，用于精准的疏导和事故预防。”

数字孪生技术是智能交通、智慧高速建设与应用的热点之一，数字孪生技术在数据汇聚、数据可视化、模型推演、数据驱动决策、动态管控方面的应用效果显著，在一定程度上推动了行业由经验驱动向数据驱动、由被动管理向主动管理、由人工管理向智能管理、由粗放管理向精细管理的升级转变。

近年来，数字孪生技术快速发展并落地应用，众多智能交通行业企业先后推出了基于数字孪生技术的产品和解决方案。当下最受市场关注的，无疑是智慧高速领域的投资建设，以及以隧道、路口为代表的细分场景。

比如腾讯先后推出“数字安途”智慧高速解决方案以及“实时孪生+交通OS”双轮驱智慧高速解决方案2.0；华为推出的全息路口、全息路网，应用于智慧高速、智能隧道等领域建设的全息感知数字化产品和解决方案；百度在河北京雄高速的建设中，研发应用了基于数字孪生技术的高速公路运行管理平台；阿里云推出“阿里云产业智能OpenTrek”，利用数字孪生技术，实现高速公路道路、车辆、交通设施设备、地貌气象等要素数字化还原.....

“从厂家方案和现实工程的角度来看，数字孪生尚处于逐步由可视、可感进入实际业务应用的阶段。”张伟对赛文交通网表示。

在湖南省交通运输厅科技信息中心部长乔川龙看来，交通行业数字孪生典型应用场景是智能信控，其感知、信息处理、规划决策均是由计算机系统进行完成的。

他认为，数字孪生本质上是给计算机系统（如高精地图之自动驾驶车辆）“看”的，不是给人看的。在大屏上展示给人看的，不能称之为数字孪生，但是能够在大屏上展示出来的时空信息尤其是实时的物理世界状态信息，其背后还是数字孪生技术在支撑。

张伟认为，数字孪生的核心技术特点是在线化、可计算、全时全域，意味能够通过实时计算和分析，对业务实时在线、精准时空应用、智能分析提供技术能力支撑。

不可否认，随着经济和技术的发展，智能交通的覆盖与数据采集精度越来越高，但距离数字孪生的距离还相差太远，整个行业的落地应用并不多。

黄传明指出，全息路口是一个比较典型接近数字孪生应用的例子，目前也是处于试点建设阶段，没能普遍应用，在车路协同示范区中普遍采用数字孪生的基本只覆盖示范区的很小部分道路。

“就目前交通管理现状对数字孪生的需求并不那么迫切，但就重点区域、重点事项，数字孪生确实也是个非常好的解决途径。”黄传明解释道。

对此，顾怀中则认为，“在交通行业中还没有出现能够较为真正展示交通行为的数字孪生，目前只是应用了数字孪生少部分的概念和功能。”

数字孪生是交通大脑的基础，也是智慧交通的关键技术，数字孪生在交通指挥调度、交通管控、交通服务等方面有很广阔的应用前景。

数字孪生在智能交通领域的发展还面临一定的挑战，“数字孪生的前身仿真技术已经在交通行业应用了很多年，但是多用于规划和设计，在交管和交运行业的实际应用场景不多，也不是很成熟。”

要实现真正数字孪生的相关应用，需要布设大量的前端设备、还需要建设后台系统，成本非常高，“在这种情况下可以以小范围的试点为主，最好可以配合车路协同系统的建设。”

在陈冬看来，数字孪生发展面临的挑战包括成本较高但是应用价值不高，目前很多应用场景还在摸索阶段；数据如何在数字孪生的体系内发挥更高的价值还需要进一步探讨；区域级、城市级的数字孪生技术成熟度不高，还需要进一步发展。

“当前数字孪生技术在交通行业的应用尚处于起步阶段，标准化建设不完善，产业协同发展难度大，是市场发展面临的主要问题。”杨桪从技术层面指出，在统一技术标准的基础上仍需加强融合感知、协同计算、模拟仿真等多项关键技术的研究，不断提升人工智能、边缘计算效能，优化关键算法、模型，才能发挥数字孪生全部的功能效力。

从应用层面，乔川龙表示，数字孪生发展主要面临三方面问题，一是行业要深化对数字孪生的认识，数字孪生是数字化浪潮下的必然发展要求，万物皆可数字孪生，但要找对应用场景；二是场景应用上要遵循“感知—信息处理—决策控制—执行—评价反馈—再感知”这样的闭合技术路径上来，数字孪生与物理世界一定要有双向的信息交互，避免将以信息大屏展示误以为是数字孪生的认识误区；三是完善的传输网络（带宽、时延、可靠）是必须，因为信息交互是有时效要求的。

站在更高的层面，从产业链供应链价值链全局的视角去看，顾怀中认为数字孪生在当前智能交通市场发展中面临四大挑战。

第一，基于智慧城市的智慧交通构架还很不完善，数字孪生在智能交通的应用也就支离破碎；第二，用数据来较为全面、真实表征交通行为的技术还没有解决；第三，统一、规范的交通时空基础平台还未建成；第四，需要开展交通设施、交通管理设备、交通管理人员等方面的能力与交通网络能力的融合。

“在我的理解下，数字孪生在当前智能交通市场发展中并不存在发展困境和挑战，因为任何一项新技术的产生，我们不要试图推动这个技术在某个行业去应用，应该考虑的是在交通管理中解决难题，采用哪个技术更优，也就是在智慧交通各种场景下，哪些场景更适合采用数字孪生，用数字孪生可以解决哪些问题。”

黄传明强调，行业要解决的并不是数字孪生在当前智能交通市场发展中会面临哪些困境和挑战，而是要解决交通现有和将来面对的困难和挑战中，数字孪生可以提供什么样的解决方案。

数字交通代表了未来的发展方向，数字孪生提供了数字化发展的路径，市场只有通过不断探索，才有可能实现数字交通的未来。

“数字孪生是一个非常理想的发展状态，也可以说是我们的一个发展目标。”一位不愿透露姓名的高速公路用户表示，无论是技术的发展还是技术的成熟度，都需要经过很长时间的探索和积累。

就当前我国公路建设项目的数字化发展状况来看，单项新建和改建项目工程的数字化正处于推广发展阶段，后期还面临整个路网的数字化。

针对目前交通领域仍处于数字孪生初级阶段的情况，通过本次调研和访谈，行业普遍看法主要来自两个方面，一方面，行业要继续推广项目实践，让更多的新建工程运用数字孪生技术，另一方面，要进一步拓宽数字孪生在交通领域的应用场景。