数字孪生与AI技术的智慧公路应用方案（27页 PPT）

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基于数字孪生 +AI 技术的智慧公路应 用 一、研究数字交通，找准智慧公路发展定位 二、推动北斗应用，筑牢智慧公路发展基础 三、构建数字孪生，应用 AI 赋能数字公路 目录 2 一、研究数字交通，找准智慧公路发展定位 “ 数字技术正以新理念、新业态、新模式全面融 入人类经济、政治、文化、社会、生态文明建设 各领域和全过程，给人类生产生活带来广泛而深 刻的影响。” ” 要大力发展智慧交通和智慧物流，推动大数据、 互联网、人工智能、区块链等新技术与交通行业 深度融合，使人享其行、物畅其流。” 4 数字经济下的交通运输需求 ★ 客运 空间分布：数字经济阶段人口空间分布两极化——超级城市化和宜居小镇化 服务要求：交通强国发展目标—— 2035 年“人便其行” , 本世纪中叶“人享其行” 出行需求：超级城市内高密度优质短途出行，实现超级城市间干线优质长途出行，实 现小镇低密度低成本高效优质中长途出行 预约 畅通 舒适 安全 等待 拥堵 不便 事故 数字化 5 ★ 货运 空间分布：数字经济阶段生产制造集中化，生产与消费强联动 服务要求：交通强国发展目标—— 2035 年“物畅其流” , 本世纪中叶“物优其流” 货运需求：实现原料产地与制造中心间的低成本干线物流，实现制造中心与装配中 心 的高性价比支线物流，实现装配中心与消费地间的高时效性末端物流 不确定 不衔接 不经济 数字经济下的交通运输需求 可预测 综合方式 最优 数字化 6 传统工业 交通运输 信息 交通运输 智能交通运输 智慧交通运输 数字交通运输 基础设施 + 运载工具 + 人 基础设施 + 运载工具 + 人 + 电子化辅助工具 基础设施 + 运载 工具 + 人 + 电 子 化辅助工具 + 要素级数字化 系统 基础设施 + 运载 工具 + 人 + 电 子 化辅助工具 + 要 素级数字化 系统 + 局部数 字化业 务服务 平台 数字空间基础设施 + 物理空间基础设施 + 数字交通运营商 交通运输数字化发展脉络 7 数字交通运输定义 以物理空间的通道网络、能源网络、数字传感传输控制网络和智能运 载工具为基础，以数字空间的交通控制网络和运输服务网络为核心， 形成各环节深度融合、高度协同的出行服务网络和货物运输服务网络， 两类网络及基于两类网络的所有活动总称为数字交通运输 8 数字交通运输体系架构 · 服务领域：出行服务网络、货物运输网络 组织领域：政府监管组织、公共服务 组织、交通控制组织、出行或物流服 务组织 规则领域：运行机制、服务规则、 监督法则和各类的标准要求 数字空间基础设施：数据体系，身份体系、 算法体系、数字平台体系 · 物理空间基础设施：交通运载体系、能源 体 系、感知传输体系和数字化基础体系 9 数字交通运输的核心特征 ★ 工业交通运输的特点 由于各类基础设施、各运载工具和交通控制等部分之间不能及时、全面的传输信息，众多环节相对独 立运行。从而产生道路拥堵或空置，交通事故频发，运输时间不能准确预测等问题 ★ 数字交通运输的核心特征 —— 通过数字空间对物理空间的规划、调度、控制和服务，将传统物理空间的各环节和各类设施组合 起来，使之成为一个有机的整体，降低甚至消除不确定性和不匹配性，从而提升人员出行安全舒适性， 和货物运输效率 —— 实现了交通运输各部分的紧密连接，从开环系统变成了可感知、可控制、可优化的闭环控制系统 10 智慧公路定义 数字公路是指经交通运输主管部门验收认定的，在城间、城乡间、乡间能行驶机动车辆， 并能够提供必要的数字服务的公共道路，该类道路的建设、养护、运营过程采用数字化 技术，能够实时感知并发布道路设施状态、环境状态和运行状态，可根据需要实时调节 运行状态。智慧公路是传统公路向数字公路发展的中间状态 11 智慧公路特点 特点一：需要提供必要的数字服务 —— 在数字交通运输体系下，在公路上通行的车辆、人员和货物除了需要公路提供可供物理的通行 条 件外，都需要数字服务，包括信息交换、实时定位、获得周边状态信息、发送自身状态信息等 —— 公路不仅需要提供机动车辆空间位移的条件，还需要提供实时接入数字空间的条件 —— 在不同的时期，数字服务的内容也不尽相同。数字服务的建设运营模式也有很多种选择。但是 这 些不妨碍公路需要提供数字服务的要求。 12 特点二：需要实时感知并发布道路设施状态、环境状态和运行状态 由于数字交通运输体系是一个准闭环的反馈性控制系统。所以作为系统中重要的组成部分，公路需要 实时感知各方面的状态，并能够发布给系统内相关部分。对于运行状态的感知方式，可以是公路路 侧 主动探测，也可以是公路的使用方主动发送信息。一个准闭环的反馈性控制系统的原因，公路需 要具 备实时控制能力，一方面控制公路通行能力本身，一方面控制所承载的机动车辆。例如可以根 据基础 设施状态实时开放或关闭车道，可以根据天气情况随时调节或控制机动车车速。 智慧公路特点 13 特点三：根据需要对运行状态进行实时调节控制。 同样基于数字交通运输体系是一个准闭环的反馈性控制系统的原因，公路需要具备实时控制能力， 一 方面控制公路通行能力本身， 一方面控制所承载的机动车辆。例如可以根据基础设施状态实时开放或 关闭车道，可以根据天气情况随时调节或控制机动车车速。 除了以上三项能力外，服务公路规设建养过程的技术也需要实现数字化，从而提高质量，降低各方面 的成本，更好的实现智慧公路的服务功能，更加精准的满足社会需求。 智慧公路特点 14 二、推动北斗应用，筑牢智慧公路发展基础 北斗系统是国家重要时空基础设施 北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自 主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天 时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。 经 济 发 展 信 息 化 建 设 国 家 安 全 生 命 保 障 全天侯 全天时 高精度 北斗系统采用“三步走”策略 按照“三步走”的发展路线，“先区域、后全球，先有源、后无源”的发展思路分步实施，形成 突出区域、面向全球、富有特色的北斗系统发展道路。 北斗一号 北斗二号 北斗三号 第一 步： 1994 ～ 2000 年， 形成区域有源服务能力 第二步： 2004 ～ 2012 年， 形成区域无源服务能力 第三步： 2020 年，形成 全 球无源服务能力 1.00 80°N 60°N 40°N 20°N 0° 0.90 20°S 40°5 0.85 60°S 80°S 0.80 0° 30°E 60°E 90°E 120℃ 150°E 180°150°W 120°W 90°W 60°W 项目 指标要求 定位精度 (95%)( 全球 ) 水平优于 2.5m 高程优于 5.0m 测速精度 (95%)( 全球 ) 优于 0.2m/s 授时精度 (95%)( 全球 ) 优于 20ns 系统连续性 99.996% 可用性 99% “ 北斗三号” : 全球定位导航授时服务 北斗系统基本服务性能指标 北斗系统可用性 (5° 截止高度角， PDOP≤6) 60°W 30°W 0° 30°E 60°E 90°E 120℃ 150°E 180°150°W 120°W 90°W 60°W 60°W 30°W 80*5 40°N 60°N 80°N 20°N 40°5 20°5 60°5 0.95 0° 基于北斗的智慧公路时空信息感知 纳秒级公路信息系统授时 GPS 卫 星 三 203950 20350 - 网络显示子钟 PC 业务终端 北斗卫星 授时天线 芯跳检测 时间服务器 视频监控服务器 网络监控终端 业文换机 服务器终端 服务器终端 北斗高精度监测站 案度 湿 度 动 避 进 麻 压摹式变王消童售 医施式就无 558 内建式直变计 北斗高精度监测站 雨量迁 描流计 北斗高精度监测站 锚 索 计 北斗高精度监测站 拉 线 位 移 传 乐 器 孔障 水压计 拉 线 位 移 传 修 器 北斗高精度监测站 档 土 墙 土 压力 基于北斗的智慧公路时空信息感知 毫米级公路基础设施状态感知 隧计 思 科 模 两 理 式 应 计 医养式交形测量体器 式 度 8 北斗高精度监测站 导轮式固定测斜仪 a 式 度 内前交计 温度三所收 建北应变计 北斗高精度监测站 三程式澳的 58 加速度作感 内道式监童计 消漂 收 厘米级公路施工控制 公路工程数字施工技术 混合料生产监管 挖机引导系统 路面智能压实 3D 摊铺控制系统 平地机引导系统 基于北斗的智慧公路时空信息感知 路基智能压实 推土机引导系统 米级公路运行态势感知 PaTX 2KW 服务区 车位已满 ! 基于北斗的智慧公路时空信息感知 客流预警 ! 瓜挂车辆 1 三、构建数字孪生，应用 A 赋能数字公 路 行程稽核 收费站 ◎ ne 0 a/ 水产批发市场 0 数字空间公路收费——收费稽核 上指间： 2823-0- 17.256 anyn 当的临置： 车提类型：首速 画 行 ：内出区呼德市 车辆定你法： 18144093442 绿通车、集装箱 问题车辆布控 车辆异常停留 非法上高速 稽 查 用 旗 分 析 区 域 开始 略 不大客产消 创出光通童加略 t3 重 营 车的理师化饮想所雎 策略 百向大盛户： 1 . 大 露 户 命 悟 2 车 辆 续 行 统计优惠 策路整体 情况 世大临声 1. 三用北轨选计行验博配 2 贷 设 度 完 热 忧 里 雪力三填内置三车场 1. 整化饮模势法带 2. 整具化饮重路投重设 数字空间公路收费——精准差异化收费 1. 三城间行第三竞事分析 2 . 地方服馨石客产地煜 3. 大容户车辆行清分桥 1. 区 坡 行 2. 大客产优原面强福 货车行驶 数据 制定差异 化优惠策 五大客产小理序模约行 驶 数据归档 实施优惠 结束 数字空间基础设施监测 一 -- - 数 路侧感知数据 车辆感知数据 公共数据 用 公路管理应用 运输组织应用 技 感知技术 AI 处理技 术 业务技术 数字空间 +AI 智慧公路发 展