交通基础设施展浅谈交通数字化发展需求

数字经济的加速布局对交通领域数字化转型、智能化升级提出明确要求。2022年1月16日，习近平总书记在《求是》杂志发表署名文章《不断做强做优做大我国数字经济》中提出，“综合判断，发展数字经济意义重大，是把握新一轮科技革命和产业变革新机遇的战略选择。”在数字经济、数字中国加速布局的背景下，运用数字化、网络化、智能化技术，为交通行业赋予更多、更新发展动能，有助于优化产业结构、完善商业生态，开发更多、更好的产品和服务，在提高社会生产力的同时，满足人们对美好生活的需求。

为落实交通数字化发展，交通运输部发布了交通新基建、“数字交通”相关的系列政策文件。2023年9月20日，交通运输部印发了《关于推进公路数字化转型 加快智慧公路建设发展的意见》；12月4日，交通运输部印发《关于加快智慧港口和智慧航道建设的意见》。两个指导文件的相继印发，为公路、水路数字化发展，提供了明确的实施路线图。

国外交通发达的国家，同样重视交通数字化的战略布局。美国联邦公路局于2021年6月发布了《推进BIM基础设施应用：国家战略路线图》，旨在开发一个统一的、全国范围的BIM基础设施应用政策框架、数据交换标准和方法、BIM工具、人员培训和技能提升计划，指导未来10年的公路BIM应用。英国政府2023年发布了《TRIB交通数字孪生愿景和2035年路线图》，提出“到2035年，将推进所有交通方式的数字孪生发展”。该路线图“为英国多种出行方式沟通的交通网络提供值得信赖的互联数字孪生生态系统，有助于做出有效的决策，以优化解决方案，并为人员和货物提供高效、安全和环保的交通”。

交通基础设施展浅谈数字化转型的底层逻辑

数字化，简单来说，是通过软件系统将管理对象（物理对象）实现数字还原和数字建模。数字化转型是指人们利用信息技术来改造自身的业务，通过推广数字化流程来取代非数字化或者人工作业流程，从而在根本上改变企业的运营方式并为客户提供价值。数字化转型的对象是业务，目的是降本增效，但从“数字化转型”到“降本增效”之间，还需要经过“业务活动步骤化、步骤环节要素化、要素数据规格化、以数据为中心的业务变革”4个步骤。在这一底层逻辑研究视域下，BIM是支持“要素数据规格化”的关键技术之一，而数字孪生是支持“以数据为中心的业务变革”的通用赋能技术之一。

新基建加速部署背景下，“5G的可靠网络、云计算的海量算力、虚拟现实的以人为本、物联网的泛在物联、人工智能的洞察预测”使交通系统具备了“一切可连接、一切被连接”的能力，“人-车（船）-路（航道）-环境”等交通要素从物理世界迁移到数字世界，交通数据得到极大丰富，数据流动更趋于多样化、网络化，在数字孪生“物理实体”与“数字虚体”的双向动态交互中，交通数字化转型中“数字化、网络化、智能化”得以真正落地。

数字孪生助力交通场景“数”实融合

交通数字孪生是以数字化方式创建交通运输场景中各类物理实体（包括交通基础设施、运载工具、交通参与者、交通环境）和其关联关系的虚拟实体及其关联关系，借助历史数据、实时数据以及算法模型等，通过软件定义与服务，描述、诊断、预测、决策、控制交通场景中各类物理实体全生命周期过程或全要素运行过程，进而实现物理空间与赛博空间交互映射的技术手段。

数字孪生技术连接物理世界和信息世界，通过“数实融合、以虚控实、持续优化”的系统实现，提供更加实时、高效、智能的管理与服务，可应用于交通基础设施运维、载运工具状态监测、交通问题的分析与实验等方面。笔者所在团队开展的交通数字孪生部分应用如下所述。

隧道数字孪生运行感知与安全管控应用：针对目前隧道运行异常事件发现难、响应不及时等问题，依托浙江新岭隧道，采用激光雷达、毫米波雷达、视频分析等不同感知方案进行隧道交通运行状态数据采集与检测精度对比，将采集得到的数据与结果在数字孪生场景中进行复现，实时还原隧道交通运行状态，及时发现异常事件，并对不同管控方案进行仿真推演与对比优化，实现隧道交通运行状态的精准感知和应急事件的及时管控。

隧道视觉引导系统数字孪生行车识认性评价应用：针对隧道内视觉引导系统行车识认性评价难的问题，依托浙南大梁山隧道，构建光学属性数据驱动的隧道视觉引导系统数字孪生场景，研发基于数字孪生的驾驶员视角隧道行车动态视觉评价系统，实现对隧道内标志标识标牌识认性的直观评价，形成隧道视觉引导系统动态演化和持续改进的数字化基础，提升了驾驶员隧道行车安全性。

旅游公路数字孪生景观设计评价应用：围绕旅游公路景观设计“以人为本”的评价需求，依托济南S103济枣线市中红符路口南至济南泰安界段旅游公路工程，构建旅游公路景观数字孪生场景并支持植物景观的动态变化，提出“人-车-路”关联变化的旅游公路视觉质量评价模型，研发基于数字孪生的旅游公路景观视觉质量评价系统，形成定性定量结合的旅游公路景观综合评价解决方案，在行业具有可推广性。

机场航站楼数字孪生布局优化应用：围绕机场航站楼内部空间布局优化的现实需求，构建典型国际机场航站楼的数字孪生模型，复现典型结构布局和出入关路径，利用虚拟步行器开展乘客视角的通关流程适用性评价，为功能布局分析、出入关流程优化、应急事件处置等应用提供数据与工具支持。

船舶数字孪生远程监测与维修应用：针对远洋货船外籍船员多、复杂机电使用交底难等问题，采用全景相机、BIM、三维建模等多种方式，构建船舱内部结构的数字孪生模型，将维修要点信息与数字场景中的对应模型进行“数”实融合，结合船载物联终端监测数据，实现船舶机电设备的可视化交底和远程运维。

交通基础设施展浅谈交通数字孪生应用展望

交通数字孪生通过数字还原和数字建模促进交通要素“数”实融合，支持交通管理与服务中的“降本增效提质”目标的实现，并形成“模拟择优与持续改进”的数字化基础。《关于推进公路数字化转型 加快智慧公路建设发展的意见》中明确提出：“到 2035 年，全面实现公路数字化转型，建成安全、便捷、高效、绿色、经济的实体公路和数字孪生公路两个体系。”《关于加快智慧港口和智慧航道建设的意见》中也提出“鼓励建设港口和航道数字孪生平台”“用BIM、地理信息系统（GIS）、物联网以及数字孪生等新技术，推进长江干线、西江航运干线和京杭运河等高等级航道船闸智慧化升级”。这两个指导文件为公路、水路领域开展数字孪生应用提供了明确的政策支持。

未来交通基础设施工程竣工交付的同时，需要同步交付对应的数字孪生模型，集成“建管养运”各阶段数据，以直观三维模型进行可视化业务场景表达，在精准映射、双向互动、模拟择优的持续迭代中，为行业复杂交通问题的分析和解决带来新的工具，为数字化赋能行业高质量发展提供实践之路。

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