【智慧城市網(wǎng) 品牌專欄】在數(shù)字中國、智慧城市建設(shè)列入第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標(biāo)綱要的背景下,本文以松立控股集團股份有限公司慧停車城市停車數(shù)字孿生平臺為例,探討了一種基于數(shù)字孿生的智慧停車應(yīng)用技術(shù),為城市智慧交通信息物理融合聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建提供了一個可視化呈現(xiàn)、模擬仿真推演、全要素數(shù)字表達、虛實融合互動的治理場景入口。
關(guān)鍵詞:數(shù)字孿生;城市級靜態(tài)交通解決方案;智慧城市
智慧城市的建設(shè),就是把新一代信息技術(shù)運用在城市運行的各個方面,以實現(xiàn)城鎮(zhèn)化與工業(yè)化、信息化的深度融合,緩解“城市病”,實現(xiàn)數(shù)字化、精細化和動態(tài)化管理,并提升城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化水平、讓市民真切感受到城市發(fā)展帶來的獲得感與幸福感。
數(shù)字孿生技術(shù)作為新型智慧城市建設(shè)的創(chuàng)新引領(lǐng)性技術(shù),打造城市運行的虛擬空間,賦能城市智慧停車,搭建數(shù)字孿生智慧交通管理系統(tǒng),強化城市大腦基礎(chǔ)能力,實現(xiàn)動靜態(tài)交通全域、全時空數(shù)據(jù)融合,已被驗證為智慧交通信息化建設(shè)的有效途徑,成為行業(yè)發(fā)展新趨勢。
一、淺析數(shù)字孿生技術(shù)
數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù),集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程,在虛擬空間中完成映射,從而反映相對應(yīng)的實體裝備的全生命周期過程。[1]它以數(shù)據(jù)與模型的集成融合為基礎(chǔ)與核心,通過數(shù)字空間實時構(gòu)建物理對象的精準(zhǔn)數(shù)字化映射,基于數(shù)據(jù)整合與分析預(yù)測來模擬、驗證、控制物理實體生命周期過程,構(gòu)建孿生體涉及到的數(shù)據(jù)包括實時傳感數(shù)據(jù)和運行歷史數(shù)據(jù),集成的模型涵蓋物理模型、機理模型和流程模型等。[2]數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實的概念,可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。[1]
通俗來講,數(shù)字孿生就是在“物理實體”的基礎(chǔ)上,創(chuàng)造數(shù)字版的“虛擬模型”。這個“虛擬模型”被創(chuàng)建在信息化平臺上用以提供服務(wù),如同創(chuàng)造了一個“平行的數(shù)字世界”,實現(xiàn)對“現(xiàn)實世界”中實體對象的動態(tài)仿真。在這個由人類創(chuàng)造的“平行宇宙”中,數(shù)字孿生體內(nèi)的數(shù)據(jù)無時無刻不在“運動”當(dāng)中,這些來自“現(xiàn)實世界”的實體對象通過傳感器、物理設(shè)計模型將自身的實時狀態(tài)“數(shù)據(jù)”反饋到數(shù)字孿生體上,打通現(xiàn)實世界與虛擬世界屏障,以數(shù)字為基礎(chǔ),對城市運行管理進行運營、決策,為城市打造一套“虛擬副本”。
二、數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用特點
(一)3D仿真技術(shù)。通過多引擎快速構(gòu)建高分辨率的3D圖像,利用立體合成技術(shù)、建模技術(shù)、交互技術(shù)模擬現(xiàn)實中的虛擬場景。
(二)三維地理空間。基于實體高效建模,一體化管理,高性能空間分析和可視化等關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù),使海量的數(shù)據(jù)接入模型組件,實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時響應(yīng),自動化數(shù)據(jù)萃取,分布數(shù)據(jù)存儲,為用戶決策判斷提供全面的數(shù)據(jù)支持。
(三)物聯(lián)接入。實現(xiàn)設(shè)備接入、設(shè)備管理、檢測運維、數(shù)據(jù)處理分析等功能,提供遠程控制及設(shè)備聯(lián)動等服務(wù),助以快速完成設(shè)備聯(lián)網(wǎng)及應(yīng)用集成。
三、城市靜態(tài)交通治理的痛點
靜態(tài)交通是由公共交通車輛為乘客上下車的停車、貨運車輛為裝卸貨物的停車、小客車和自行車等在交通出行中的停車等行為構(gòu)成的一個總的概念。在傳統(tǒng)停車方式中,大多數(shù)停車場需要人工管理,停車運轉(zhuǎn)效率低下,收費和管理較散亂,城市道路亂停亂放現(xiàn)象嚴(yán)重,在城市級靜態(tài)交通治理中,造成城市停車難、停車亂現(xiàn)象的深層次原因有以下幾點::
第一,停車信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重。由于缺乏統(tǒng)一的停車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致停車系統(tǒng)應(yīng)用管理標(biāo)準(zhǔn)各行其是、數(shù)據(jù)接口雜亂不一、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)參差不齊、配套功能難以統(tǒng)一、收費標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行狀況雜亂無章,造成停車場信息閉塞,城市靜態(tài)交通資源無法實現(xiàn)共享,形成信息孤島。
第二,數(shù)據(jù)整合難度大。對城市靜態(tài)交通治理的政府主體來說,統(tǒng)籌城市路內(nèi)、路外停車資源,盤活停車場數(shù)據(jù),通過數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)全域停車資源的精細化運營,構(gòu)建完整的從停車到消費的智慧生活生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要。但停車場管理主體分散,產(chǎn)權(quán)、運營權(quán)分離,不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)掌握在不同的系統(tǒng)中,難整合、難調(diào)控,數(shù)據(jù)收集難度大。
第三,停車大數(shù)據(jù)應(yīng)用不足。在城市級靜態(tài)交通運營治理過程中,基于車主、車輛、車場、道路、城市等多個維度會產(chǎn)生停車大數(shù)據(jù)。受制于平臺數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)不一、測試環(huán)境成本較高、管理界面可視化、具象化程度較低等原因,對停車大數(shù)據(jù)的清洗分析、價值挖掘、數(shù)據(jù)賦能等的開發(fā)應(yīng)用有較高的提升空間。
四、數(shù)字孿生技術(shù)在城市靜態(tài)交通治理領(lǐng)域中的實踐應(yīng)用
2021年3月,國家“十四五規(guī)劃綱要”明確提出探索建設(shè)數(shù)字孿生城市。完善城市信息模型平臺和運行管理服務(wù)平臺,構(gòu)建城市數(shù)據(jù)資源體系,推進城市數(shù)據(jù)大腦建設(shè)。
(一)“1+3+N”數(shù)字城市云腦
近年來,松立控股集團股份有限公司緊跟“加快數(shù)字化發(fā)展,建設(shè)數(shù)字中國”的國家戰(zhàn)略,積極投身新型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。2021年,隨著企業(yè)定位升級和業(yè)務(wù)場景拓展,為滿足數(shù)字城市建設(shè)背景下的多場景治理需求,松立集團推出“1+3+N”數(shù)字城市云腦,構(gòu)建集軟硬件開發(fā)、建設(shè)、運營、管理于一體,全面服務(wù)于數(shù)字城市信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和政府治理體系和治理能力現(xiàn)代化。

何為數(shù)字城市云腦?數(shù)字城市云腦即以智能算法倉為核心,以星光物聯(lián)平臺、大數(shù)據(jù)平臺、數(shù)字孿生平臺為支撐,為停車、社區(qū)、園區(qū)、景區(qū)、城市等多個智慧場景提供綜合的數(shù)字化服務(wù)和運營支撐。
(二)慧停車城市停車數(shù)字孿生平臺
以數(shù)字孿生技術(shù)為底層技術(shù)架構(gòu)的慧停車城市停車數(shù)字孿生平臺,行業(yè)內(nèi)首次將數(shù)字孿生技術(shù)引入城市級智慧停車管理場景,以上帝視角去診斷整個城市靜態(tài)交通運營狀態(tài),達到全域停車信息的可視化、數(shù)字化、平臺化呈現(xiàn),實現(xiàn)現(xiàn)實世界可視化、城市管理智能化、事件管理協(xié)同化、物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)圖形化。

通過對車主、車輛、車場資源進行數(shù)據(jù)化、可視化、平臺化整合,基于數(shù)字孿生技術(shù)匯聚城市多源異構(gòu)數(shù)據(jù),例如模型數(shù)據(jù)、地理矢量數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)等,形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)庫,使數(shù)據(jù)互聯(lián)融合,可以解決城市靜態(tài)交通數(shù)據(jù)碎片化、數(shù)據(jù)不完整、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題,構(gòu)建城市數(shù)字底板,用數(shù)據(jù)為城市反哺,賦能城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、運營全生命周期的管理系統(tǒng)。

數(shù)字孿生技術(shù)要求在數(shù)字空間構(gòu)建物理對象的數(shù)字化表示,現(xiàn)實世界中的物理對象和數(shù)字空間中的孿生體能夠?qū)崿F(xiàn)雙向映射、數(shù)據(jù)連接和狀態(tài)交互。慧停車城市停車數(shù)字孿生平臺利用數(shù)字孿生技術(shù)中的多源數(shù)據(jù)融合、多尺度建模、三維可視化等核心技術(shù),統(tǒng)籌城市道路及商業(yè)園區(qū)、住宅社區(qū)、交通樞紐、寫字樓、酒店、商場等路內(nèi)外停車資源,對全市停車服務(wù)進行全要素數(shù)字化,完整映射到城市信息模型中,關(guān)聯(lián)停車業(yè)務(wù)場景驅(qū)動運營管理,通過“虛實對應(yīng)、相互映射、協(xié)同交互”,為社區(qū)、園區(qū)、景區(qū)、醫(yī)院等各種應(yīng)用場景進行整體智慧化、數(shù)字化升級,促進孿生城市“城市要素數(shù)字化和虛擬化、城市運行狀態(tài)實時化和可視化、城市管理決策協(xié)同化和智能化”的“六化發(fā)展”。

慧停車城市停車數(shù)字孿生平臺,以3D立體的形式呈現(xiàn)城市靜態(tài)治理場景、數(shù)據(jù),包括路內(nèi)、路外車場及感知設(shè)備的分布情況、運行狀態(tài)、車場利用率、周轉(zhuǎn)率、訂單數(shù)據(jù)、停車熱力指數(shù)等,可以為政府及停車運營方提供數(shù)據(jù)化、平臺化、可視化的決策支撐和數(shù)據(jù)支持。
停車場是高密度城區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,對人口、道路、建筑等具有一定空間依賴,慧停車數(shù)字孿生平臺融合數(shù)據(jù)建模實現(xiàn)城市交通的智能預(yù)測和決策,例如通過定位車場數(shù)量渲染地圖顏色及變化成果,直觀反應(yīng)出車場的熱力點分布、區(qū)域聚聚等數(shù)據(jù)信息,這種全精度、全要素、全粒度還原城市停車場景,對收費繳費、資源增量趨勢、設(shè)備運營情況、重點車場情況、交易情況、收繳、利用、周轉(zhuǎn)情況,車場情況、泊位情況等進行運營管理,將大大助力城市級停車“一張網(wǎng)”格局建設(shè)。
(三)慧停車城市停車數(shù)字孿生平臺運營場景
慧停車城市停車數(shù)字孿生平臺結(jié)合數(shù)字孿生平臺的數(shù)據(jù)信息和仿真模擬地圖,對城市靜態(tài)交通情況做出評價和優(yōu)化分析,對動態(tài)交通形成流量分析和科學(xué)預(yù)判,實現(xiàn)動靜態(tài)交通協(xié)同感知,為城市級運營管理提供基礎(chǔ),有效打通城市“眼耳鼻”。
1、路內(nèi)停車運營場景
通過高位相機、視頻樁等前端智能識別設(shè)備采集停車數(shù)據(jù),與慧停車城市停車數(shù)字孿生平臺、慧停車APP進行數(shù)據(jù)交互,實現(xiàn)對路內(nèi)、路外停車場景的數(shù)字化、平臺化、可視化管理。


運營管理部門可以上帝視角形象直觀的查看各條道路泊位數(shù)量、余位數(shù)量、設(shè)備狀態(tài)、停車訂單數(shù)據(jù)及利用率、周轉(zhuǎn)率、收繳率等運營數(shù)據(jù)。
2、路外停車場景
慧停車城市停車數(shù)字孿生平臺以數(shù)字孿生3D可視化場景映射出停車場時空信息的綜合態(tài)勢,將傳統(tǒng)的靜態(tài)平面展示升級為實時感知、動態(tài)在線、虛實交互的動態(tài)鏡像空間。聚合空間內(nèi)的多源數(shù)據(jù),結(jié)合業(yè)務(wù)分析模型,以智能算法關(guān)聯(lián)運營場景,促進運營增值,輔助停車服務(wù)實現(xiàn)智能化決策。

慧停車城市停車數(shù)字孿生平臺通過青島軟件園智慧停車場6層空間的模型構(gòu)建,復(fù)刻了停車場內(nèi)各樓層車位的位置,結(jié)合停車場的車牌識別相機、車位識別相機、誘導(dǎo)屏等等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,還原停車場內(nèi)部各區(qū)域的功能分區(qū)(停車區(qū)域、充電區(qū)域、預(yù)約區(qū)域)及車輛停放狀態(tài),并可實時查看各樓層的泊位利用率、周轉(zhuǎn)率數(shù)據(jù),為停車場管理人員提供可視化管理的數(shù)字化支撐。

五、總結(jié)
通過搭建慧停車數(shù)字孿生平臺,賦能城市級靜態(tài)交通解決方案,對道路、公共停車場、商業(yè)停車場、企事業(yè)單位停車場等停車泊位信息進行大數(shù)據(jù)匯總、分析,整合城市級停車運營情數(shù)據(jù),形成城市一個“一個平臺、一張網(wǎng)、一個APP”的數(shù)字化、可視化管理,充分挖掘全社會停車資源,盤活主城區(qū)停車泊位的利用率和周轉(zhuǎn)率,緩解停車難、亂停放、停車糾紛和因停車導(dǎo)致的交通擁堵問題,有效提升停車秩序管理與使用效率,有效提升土地資源利用率和城市停車管理水平。
通過構(gòu)建數(shù)字孿生平臺,實現(xiàn)對動靜態(tài)交通運行情況的實時監(jiān)測,例如,路段實時管控,可視化路段流量、接入具體管控措施、預(yù)警交通態(tài)勢,感知城市人口熱力圖、停車場狀態(tài),基于多源城市交通數(shù)據(jù),結(jié)合仿真平臺實現(xiàn)城市區(qū)域停車過程精準(zhǔn)推演及停車運行效率實時評價,通過仿真可視化車輛尋位過程,實時獲取路網(wǎng)車輛行駛信息,分析數(shù)據(jù)及評價停車效率,還可以通過自動采集回傳到中心的數(shù)據(jù)進行圖像自動識別分析,智能發(fā)現(xiàn)識別異常問題,并對未來城市動靜態(tài)交通發(fā)展進行推演和預(yù)測,以數(shù)字為基礎(chǔ),為政府交通空間規(guī)劃、動靜態(tài)交通一體化治理、交警違停治理、城市公共安全提供決策支撐。
參考文獻
[1]數(shù)字孿生模型在產(chǎn)品構(gòu)型管理中應(yīng)用探討.航空制造技術(shù).2017[引用日期2020-05-20]
[2]數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用白皮書(2021)中國移動通信有限公司研究院