结合案例分析

编者按：近日，由广东省智能交通协会、赛文交通网联合主办的第七届（2023）华南智能交通论坛上在广州举办。在“高速公路安全出行创新服务论坛”中，北京交科公路勘察设计研究院有限公司机电分院副院长张永旺发表了《高速公路高精度地图的应用与思考》为主题，做了精彩的报告。

该报告对高精度地图进行了详细介绍，结合北京交科集团所进行的项目重点以及遇到的问题进行了分享，并对高精度地图的应用与思考进行了阐述。

一、高精度地图简介

说到高精度地图，其实大家并不陌生，在我们的日常生活当中经常会使用导航地图。

高精度地图最早是为自动驾驶来服务的，它是指以绝对精度和相对精度均在分米级下的高精度、高新鲜度、高丰富度、位置准确、语义丰富的电子导航地图，能够满足车路协同、智能驾驶，车道级导航、交通精细化管理等应用需求。

要素完整的高精度地图，会通过三类数据来完整表达真实道路信息，第一类是道路和车道信息，主要记录道路信息及引导拓扑信息；第二类是道路周边设施信息，是定位和障碍物等辅助信息；第三类是定位图层，主要用于自动驾驶车辆现场匹配。

在高精度地图的基础上叠加行业数据，可以构建行业专属高精度地图，更好地支撑行业的发展需求。

高精度地图的高精度主要是体现在两个方面，一是绝对坐标精度和和相对坐标更高，二是所包含的道路交通信息元素更加丰富和细致。

高精度地图可分为两个层级，第一个就是静态的精度地图，第二个就是动态高精度数据的叠加。

静态高精度地图处于底层，是目前研发的重点。一般有由含有语义信息的车道模型、道路部件、道路属性三类矢量信息，以及用于多传感器定位的特征图层构成。

动态高精度数据建立与静态高精度地图基础之上，主要包括实时动态的交通流信息，还有我们的比如说一些道路的事件信息，比如说施工拥堵等等天气等等一系列的这种相关的信息，这是动态的高精度数据，这两个数据叠加之后，就变成了高精度地图的整个数据。

二、项目案例

下面我将结合集团做的高精度地图这个项目做一个总体介绍。

集团所做的项目高精度地图的采集与制作满足绝对精度优于1m，相对精度优于0.2m的这样的一个精度。

此外，项目综合采用了倾斜摄影、数字正射影像、数字高程模型等数据构建整个高精度地图，这个项目也涵盖了实时路况、突发事件、位置大数据、实时天气以及高速公路各设备数据等动态数据，构建整个高精度地图的动态图层。

关于空间数据这一块，整个三维大场景建模是分成了三大类，第一个是全省普通三维大场景建模，是通过12.5米的数字高程模型DEM和1米的数字正射影像DOM，构建地形级实景三维模型，宏观上通过大场景展示高速路及沿线地形、地貌。

第二个是高速公路两侧三位大场景建模，我们取了公路两侧左右各500米，通过叠加5米数字高程模型DEM及0.5米数字正射影像DOM，达到三维效果。

此外，我们另外选取1500公里作为重点路段，就是达到游戏级画面的三维大场景建模，对于道路两侧各200米的周边环境采用真实场景建模，其中采用倾斜摄影建模的长度不少于500公里，精度是要达到3厘米，其他的我们则是采用游戏技术来还原出了道路两侧各200米的真实场景。

下图是集团项目的总体架构，地图引擎作为高速公路高精度数字底图构建及应用项目的核心组成部分引擎层的建设构建不同数据环境下兼容传统业务应用与低时延高精度底图应用的引擎集。包括高精度地图引擎、数字孪生引擎、交通仿真引擎，为开放平台、上层应用系统以及四个“一张图”提供重要的支撑保障。

下面我将就三个引擎跟大家做一个分享。

第一个是高精度地图引擎，高精度地图引擎其实是集团通过高精度地图引擎，将日常当中地图所拥有的功能进行了小地图搭建，提供空间数据的接入、管理、计算、发布等服务，包括接入展示、查询分析、规划导航，还有轨迹还原等等一系列的功能。

下图是我们做的高精度数字地图引擎的功能表。可以看到其功能包括空间数据分析、数据的管理以及路径规划的导航、车流路径还原、二位、三维可视化以及移动端可视化，此外交通专题制图也是高精度地图引擎的功能。

第二个是数字孪生引擎。这个数字孪生其实是将物理世界的相关的事物在后端进行数字化，通过这种模拟的方式来搭建整个虚拟世界的平台。

数字孪生引擎是将整个高速公路的所有要素在后台通过高精度地图进行展示。这中间我们选取了1500公里道路进行游戏级孪生渲染，刚才也介绍了，其中500公里我们是采用倾斜摄影来进行道路两侧各200米的三维大场景建模，那么1000公里是采用这种游戏机的孪生技术来进行渲染的，这样整体建设成本相对较小。

此外，数字孪生引擎可以通过从模型库里面拖拉拽等方式进行孪生渲染的更新维护。比如道路上的摄像机进行了加密，或者是标志牌进行了更换，或者是其他一些公路要素都进行了更改，都可以通过数字孪生引擎来通过拖拉拽或是修增删改除来达到最新的数字孪生。

当然我们也把集团一些公路上面的数据叠加进来，比如说车辆拥堵情况、路网运行状态，还有一些业务数据都可以通过数字孪生来进行演示。

下图是我们数字孪生引擎当时设计的主要的功能，包括了数据的呈现与渲染、地图辅助工具、车辆轨迹孪生和场景应用及展现的四个功能。

第三个是交通仿真引擎。交通仿真引擎主要是考虑到从宏观仿真到微观仿真的仿真推演，可为交通规划提供支撑，以计算机技术、多媒体技术和大规模数据存储技术为基础，通过各类信息采集技术获取高速车流数据，结合交通诱导信息、道路政策信息等相关数据，对高速场景进行“再现”与“预演”，分析高速运行过程中的特征和规律，预测高速在发展过程的潜在问题并提出相应的解决方案，从而为高速的规划、建设、运营和管理提供数据支撑和决策辅助。

下图是我们对交通仿真引擎从宏观到微观进行的功能设计，主要包含交通仿真引擎的四个功能，即交通状态感知、构建路网模型、宏中观交通仿真以及微观的1个交通仿真，从输入到输出都进行了详细设计。

应用效果这部分主要分为以下四方面。第一个是道路资产管理。通过高精度地图底座的构建，能够把高速公路和交通设施的高速公路资产管理一张图，对道路资产进行全生命周期管理，实现道路资产全面、直观的应用。

第二个是养护管理。养护管理是基于高精度二三维数字地图，结合BIM技术，实现对关键设备设施的三维可视化表达，以满足精准化定位和数据支撑。

第三个是应急指挥调度。围绕“事件管理”、“应急资源管理”、“事件资源联动”、“事件数据统计分析模”模块构建应急指挥应用的可视化一张图。

第四个是是路网服务。通过对高速公路基础服务设施、实时路况与交通流量、交通天气数据的动态接入分析与呈现，对影响出行效率及服务质量要素的一张图表达，整体来讲应用效果还是很好的。

现在整个项目还在建设当中，但是确实还是有一定的意义。

第一个就是使得资产养护数字化。利用 GIS引擎能力路产信息进行集成展示，并且可查询；实现重点构造物的三维重现:实现了养护施工的业务流程的跟踪监控和质量管理;养护成本分析和决策方案的预判节约了管理效能成本，提高了资产管理与养护工作效率。

第二个是可使得公路管理更加精细化。高精底图结合BIM技术，实现高速公路安全监测三维可视化，对传感器布设信息、监测信息实时展现；实现gap高速公路信息从宏观到微观的全方位展示以及多元数据存储和查询；实现实时数据交流和共享，提供安全支撑。

第三个就是应急指挥的智能化。基于高精度数字底图，生产与应急指挥业务相关的监控事件、救援工单、应急人员位置、应急车辆、应急物资等与空间位置相关的空间数据，针对全省高速公路路网建立一系列应急处置机制，形成统一的指挥体系。

第四个是出行服务人性化。高精地图支撑出行服务平台建设，提供道路运行态势监控、安全状态评估和交通事件即时感知；数字化感知交通事件、交通运行状态;实施智慧化车道级动态控制，实现准全天候通行、伴随式诱导；提供OD分析能力。

三、应用思考

下面分享一下我个人对于高速公路高精度地图发展前景的思考和看法。

1、助力公路数字化转型

我们认为将高速公路的高精度地图引入到交通行业里面来，是高速公路行业信息化建设的里程碑式，对于提高高速公路的规划、建设、养护、运营监测、应急等全业务的精细化管理水平具有重要意义，将为行业数据化转型发展提供有力支撑。与交通部公路局2022年拟发布的《加快公路数字化工作方案》高度一致，不仅为高速公路业务信息化探索了解决方案，也为全行业公路数字化提供了样板。

2、推进高速公路智慧化精细化管理

高精度地图为智慧高速建设提供了另外一个很好的思路，可以将整个建管养运通过高精度数底图进行全生命周期的建设和展示，为智慧高速的发展提供了很好的案例和借鉴。

3、推进基础设施数字化发展

集团的项目积极响应国家政策，从交通行业基础设施数字化为出发点，研究建立满足建管养运多场景应用需求的高精度基础设施数字化表达技术及标准，为基础设施数字化提供一种解决方案，推动基础设施数字化升级，为“交通强国”建设注入了强大的数字化发展动力。

4、赋能智慧高速建设

高精地图实现交通基础设施信息全周期管理，推动基础设施数字化升级。应用GIS数字孪生、仿真及BIM等技术手段全方位监控和管理高速公路，高精度地图的应用使得高速公路的规划建设、资产管理、运营维护、状态监测等工作更加智能化，有力推进了智慧高速的建设进程，赋能建管养运全生命周期。

5、打造智慧出行新体验

高精度地图融合行业独有的交通信息，在路线上叠加显示交通状况，综合分析得到出行时间并提供智能规划选择；提供车道级的定位和导航能力并结合路网模型提供多种OD分析功能，使得出行路线在图上一览无余，提供多种路线选择。同时接入第三方数据，构建开放的技术合作生态，提升安全性和通达性，助力打造智慧出行新体验。

以上就是我对高速公路高精度地图的一些个人的看法和分享，感谢大家。