从 “可看”到“可计算” 腾讯实时数字孪生让交通更“智慧”

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当现实世界的效率和体验达到一个阈值,人们便开始在虚拟世界里寻找新的引擎。无论是《瞬息全宇宙》、《头号玩家》等影片中天马行空的想象,还是近年来兴起的元宇宙等概念,都让人们对虚实结合的未来世界充满了向往。

然而,每一个新兴概念的出现,总会伴随着人声鼎沸的围观,以及循环往复的试错。在风口奇缺的当下,数字孪生、元宇宙这两股热潮如何在工业与交通等场景中普及推广,将人类对未来世界的美好构想映进现实呢?

如果说元宇宙是我们对未来数字生活、社会经济活动空间的畅想,那么数字孪生技术是人类加速产业数字化升级、解决现实问题、改善现实世界的有利工具。

“数字孪生”是一种数字化理念和技术手段,它以数据与模型的集成融合为基础,通过在数字空间实时构建物理对象的精准数字化映射,基于数据整合与分析来模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程,最终形成智能决策的优化闭环。

不同于元宇宙在虚拟世界中“创世”,数字孪生更加强调在现实和虚拟世界间建立双向反馈的通路,通过构建正向反馈的闭环,持续改善现实世界中的产品性能和运行效率。随着云计算、AI、IoT等技术的不断发展,数字孪生正在从构想变成现实。

数字孪生技术最早于1969年被NASA应用于阿波罗计划中,NASA构建了航天飞行器的孪生体来模拟其在轨工作状态。20世纪90年代,我国著名科学家钱学森提出了非常接近数字孪生的“灵境”概念,认为其发展潜力巨大。直到2003年,“数字孪生”才被密歇根大学教授迈克尔·格里夫斯正式提出,并逐步开始在军事、工业等领域落地。

而伴随着近年来传统产业链全面开启数字化转型,亟需依托新一代信息技术打造全新的发展引擎,数字孪生开始加速与DICT(数字、信息、通讯技术)领域融合,逐渐发展为一种基础性、普适性的技术体系,其在工业、交通、建筑、医疗等领域的应用场景也日益清晰。

从应用演进层面看,数字孪生大致要经历四个发展阶段,各阶段均呈现出跨技术领域、跨系统集成、跨行业融合的特点。

在第一阶段,数字孪生主要被应用于场景重现,具备展示与描述功能。该阶段数字孪生技术可以基于BIM、GIS、CAD、卫星影像、点云、视频影像等数据源,利用解算、推理、识别等手段,形成三维场景的描述信息和孪生三维场景。第一阶段主要实现由物理世界向孪生世界形成的静态场景映射,完成映射后,数字孪生世界就具备了可视化的能力。

第二阶段的数字孪生需要具备实时数据映射能力,即通过IoT和感知设备获取设备实施运行状态信息,如:车的移动、人的行走、灯的亮灭、闸机的开合等。完成该阶段后,数字孪生世界便具备了双向交互的能力,成为一个动态实时的鲜活世界。

在第三阶段,数字孪生需要具备可分析和可计算能力,可以通过模拟真实世界的运行规则实现对未来的预测推演计算,或通过统计真实世界的运行数据,来获取有价值的分析结果。完成该阶段后,数字孪生世界便具备了一体化掌控过去、现在和未来的能力,可以为人们提供科学的决策支持依据。

而为了构建完整的应用闭环,数字孪生需要进入第四阶段,拥有干预、改造和提升的能力,能够将方案发送到设备上联动真实世界发生改变,同时能够将通知、预警发送到终端上,让人的行为发生改变。此时的数字孪生世界便具备了完整的闭环,且拥有了动态学习验证、循环迭代提升的能力,实现了真实世界和数字孪生世界的合二为一,让人们可以借助数字孪生世界的力量,打造一个更好的物理世界。

然而,想要完成上述四个阶段并非易事,需要在多领域技术应用研发、系统架构设计、综合服务能力提升等方面持续攻关,这对于业内很多平台来说都是不小的挑战。此外,数字孪生在很多行业中的应用尚处于起步阶段,产业标准化建设不完善,各厂商的模型、应用标准不互通,极大限制了产业的协同效率。而且技术落地的过程中还会涉及管理者、社会机构、企业等多个利益方,沟通协调的难度很大。在这些因素的影响下,数字孪生的产业价值始终没有被彻底激活。

交通业便是一个陷入数字孪生“落地困境”的典型行业,虽然行业目前已经利用数字孪生技术进行了一定的基础设施和业务系统升级,但由于实时孪生等领域始终没有突破技术瓶颈,导致自动驾驶、车路协同等场景难以实现规模化落地。

业内权威专家指出,数字孪生实施路径应该分“能看、能诊、能管、能优”四步走。其中,“能看”指复现物理世界中系统运行的过程,“能诊”指通过建模发现问题,“能管”指运用仿真手段推演系统可能的变化态势,“能优”指找到各种解决方案中的最优解。目前,我国雄安智慧城市规划、国家体育场数字化改造、黄河等重要流域的智慧水利等工程中,数字孪生的应用皆大致遵循上述路径。

循着“四个能”的产业“顶层设计”思路,我们可以从技术和价值层面建立关联来产生新的发现:其一,数字孪生的落地以感知、分析、计算、AI深度学习等技术为核心支撑,想要实现实时孪生需要进行全链路的技术突破。其二,实现自优化,同时能主动向物理空间传递最优指令是数字孪生在产业中落地的“终极形态”,其核心仍是一种“以人为中心”的服务。

首先,腾讯在打造实时孪生平台时便重点关注了感知、分析、计算和AI深度学习领域的核心技术创新,先通过高精度三维重建精准还原现实世界,打造三维可计算空间,再基于机理模型、数据驱动模型进行实时仿真计算和自动化动态优化,同时利用高保真云渲染能力和智能终端触达能力,帮助用户进行实时监控、系统交互操作和设备自动控制,形成服务闭环。

在构建上述闭环的基础上,腾讯还运用通信和计算领域技术打造了横纵向“双引擎”,通过激发各环节的效率极限以实现“实时”孪生。其中,纵向引擎为物理空间中的传感设备向仿真空间传输数据的过程加速,核心是利用5G云化核心网、4G/5G混合应用以及C-V2X等先进通信网络,实现整个孪生系统的低延时通信。横向引擎为云端数据流式计算、分布式计算和数据同步等过程加速,助力实现对高并发场景下海量数据的“实时”计算。

基于全链路的能力升级,实时孪生平台同时为交通管理者和驾驶人员开启了“上帝视角”,前者可以更全面地掌握交通信息,将交通管理从被动响应变成主动管控,后者则能轻松获取道路基础设施静态信息及运营动态信息,享受安全便捷出行体验。

国内交通领域专家认为,当下没有任何一个行业可以像交通行业一样,串联起腾讯在数据采集、游戏、地图等全领域的技术优势,腾讯需要做好跑“马拉松”的准备。

的确,多领域技术融合让腾讯实时孪生平台拥有了强大的生命力,但“孪生”本身不是目的而是手段,突破技术瓶颈之后,腾讯的下一步棋该如何走?

近年来,随着我国城市化进程飞速发展,个人汽车保有量逐年增加,城市交通拥堵、道路事故和大气污染等问题日益凸显。对此,腾讯智慧交通依托其在云、图、大数据、AI和5G等领域的技术优势,打造包括一大系统(交通OS)、两大优势(实时孪生和C端触达)、三大能力(时空计算、数字底座与融合感知)的“123能力圈”,助力交通行业智慧升级。

其中,交通OS是数字交通基础设施和行业应用生态的连接器,向上助力行业应用的低门槛开发,向下连通交通基础设施和系统,为政府部门、传统企业等转型提供“数字底座”。而实时数字孪生作为交通OS的重要引擎之一,将有力强化腾讯智慧交通的解决方案输出能力,从而带动整条产业链的效率和效益提升。

与众多行业的数字化转型路径相同,数字孪生相关的服务产业也必定趋向平台化、生态化。腾讯智慧交通副总裁施雪松表示,腾讯作为原生的数字化企业,不仅在技术层、运营层具有先发优势,更是将数字化与业务开展进行了深度绑定,将数据融入企业经营,这让我们更具经验和实力帮助传统企业敏捷地完成数字化转型。未来,腾讯将以“数字化助手”的角色联合产业链力量打造生态,持续为行业提供应用级基础设施,推动多方的沟通和资源整合,从而最大限度提升产业协同效能,激活行业的可持续性价值。

目前,腾讯联合行业伙伴在数字孪生领域的创新应用正在向自动驾驶、智慧高速、港口、机场、城市管理、智能网联先导区、碳中和环境治理等场景加速渗透,一系列具有代表性、开创性的项目案例也脱颖而出。

例如,腾讯打造的自动驾驶数字孪生测试平台TAD Sim是业内首个由游戏技术和真实数据双擎驱动的虚拟仿真平台,可以实现高真实度、高精准度的三维场景仿真。目前平台已与国家智能网联汽车(长沙)测试区、国家汽车质量监督检测中心(湖北)、公安部交通管理科学研究所、深圳坪山智能网联测试示范平台等检测机构达成合作,共同展开对智慧高速、开放城市道路等场景的交通实时数字孪生探索和建设。

腾讯自动驾驶仿真测试平台TAD Sim自带场景元素真值,无需标注自动生成各种天气、路况,保证覆盖度

腾讯与江苏交控联合打造的数字孪生一体化平台,全面实现了物理场站、通行车辆、设施设备的实时数字孪生。通过对收费站过往收费数据的分析,平台可以对未来几天收费车道的高峰时段进行预测,运用孪生效果展示高峰车流量、车道开放数量、排队情况、过车种类、收费金额等全局信息,从而辅助管理者进行人员和车道的合理配置,助力收费站运营降本增效。

从人“可看”到系统和机器的“可计算”,腾讯在数字孪生领域抢先实现技术突围,而通过为行业客户打造智慧交通、智慧城市等解决方案,腾讯全面助力智慧应用在“刚需”场景中的落地,让数字孪生的潜在价值得以充分挖掘。

未来,伴随腾讯在生态建设方面继续发力,数字孪生的价值将被进一步释放,这在推进智慧交通产业逐渐走向繁荣的同时,也将全面提升人的出行效率与体验。实时孪生以“数字之钥”打开“物理枷锁”,正在开启便捷、高效、安全的智慧交通未来。

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