自上世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)就開(kāi)始探索仿真系統(tǒng)在交通行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用價(jià)值，并陸續(xù)在規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理等環(huán)節(jié)得到落地。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，交通仿真技術(shù)也在不斷迭代。近年來(lái)，數(shù)字孿生等技術(shù)的出現(xiàn)，引起了政策和行業(yè)的廣泛關(guān)注。

數(shù)字孿生不僅能夠模擬再現(xiàn)物理世界，還具備分析、推演和優(yōu)化等功能，可以實(shí)現(xiàn)物理世界與虛擬世界的實(shí)時(shí)交互，是交通行業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化和智能化發(fā)展的重要技術(shù)手段。

5月17日，中國(guó)仿真學(xué)會(huì)建模與仿真專業(yè)委員會(huì)與賽文交通網(wǎng)聯(lián)合主辦“道路交通仿真與交通數(shù)字孿生的應(yīng)用實(shí)踐“線上研討會(huì)，騰訊智慧交通數(shù)字孿生&仿真技術(shù)總監(jiān)孫馳天受邀參加，并分享了《數(shù)字孿生仿真技術(shù)在自動(dòng)駕駛和智慧交通的應(yīng)用》的主題演講。

“騰訊實(shí)時(shí)數(shù)字孿生技術(shù)可以提升自動(dòng)駕駛研發(fā)測(cè)試的安全性，并降低時(shí)間和資金成本，加速自動(dòng)駕駛落地?！睂O馳天表示，“在全天候交通全要素?cái)?shù)字孿生的基礎(chǔ)上，騰訊實(shí)時(shí)數(shù)字孿生還可以進(jìn)行計(jì)算和推演，為交通運(yùn)營(yíng)管理者及普通駕駛者提供決策依據(jù)?！?/p>

自動(dòng)駕駛的加速器和工具箱

自動(dòng)駕駛是當(dāng)前交通出行領(lǐng)域的前沿技術(shù)和市場(chǎng)焦點(diǎn)。不過(guò)，在自動(dòng)駕駛落地的過(guò)程中，業(yè)界也面臨著諸多難題。

據(jù)孫馳天介紹，“感知算法訓(xùn)練數(shù)據(jù)采集標(biāo)注成本高昂”正是自動(dòng)駕駛落地的難題之一?！?面向自動(dòng)駕駛的感知算法需要大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)涵蓋不同天氣和路況，”他稱，“不同國(guó)家不同城市的數(shù)據(jù)各有差異，導(dǎo)致全球每年在第三方數(shù)據(jù)采集和標(biāo)注上的成本投入約在10億美元的量級(jí)?！?/p>

此外，自動(dòng)駕駛技術(shù)在落地之前需要經(jīng)過(guò)海量測(cè)試驗(yàn)證。按蘭德智庫(kù)此前公布的研究報(bào)告，一套自動(dòng)駕駛系統(tǒng)需要測(cè)試110億英里,才能達(dá)到量產(chǎn)應(yīng)用條件。在現(xiàn)實(shí)條件下，要達(dá)到這樣的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)疑面臨著時(shí)間和費(fèi)用等方面的高成本門(mén)檻。

利用虛擬仿真系統(tǒng)完成算法的開(kāi)發(fā)和回歸測(cè)試，成為自動(dòng)駕駛落地破局的關(guān)鍵之一，并且在行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。如自動(dòng)駕駛頭部企業(yè)谷歌旗下無(wú)人車(chē)公司W(wǎng)aymo，實(shí)際路測(cè)雖只有2000萬(wàn)英里，但已經(jīng)完成了150億英里的仿真測(cè)試。

在孫馳天看來(lái)，自動(dòng)駕駛虛擬仿真測(cè)試具有安全性、低成本和快速迭代等優(yōu)勢(shì)，“在虛擬世界測(cè)試自動(dòng)駕駛車(chē)輛不會(huì)存在安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，仿真測(cè)試省去了實(shí)地調(diào)整參數(shù)等環(huán)節(jié)，節(jié)省了時(shí)間和費(fèi)用成本?！彼榻B說(shuō)，“此外，通過(guò)仿真測(cè)試的回歸驗(yàn)證，能夠滿足智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)輛自動(dòng)駕駛和高階輔助駕駛算法通過(guò)0TA快速迭代的需求?！?/p>

為此，騰訊從0到1構(gòu)建了一個(gè)同電影《頭部玩家》中“綠洲”類(lèi)似的仿真系統(tǒng)—TAD Sim，通過(guò)加載不同的”關(guān)卡和副本”，來(lái)對(duì)自動(dòng)駕駛算法進(jìn)行驗(yàn)證。在TAD Sim背后，則體現(xiàn)著騰訊在“對(duì)于場(chǎng)景的幾何還原、邏輯還原、物理還原和高并發(fā)云端仿真”等方面的能力和優(yōu)勢(shì)。

“幾何還原能夠進(jìn)行三維場(chǎng)景的高精度重建及后續(xù)的傳感器仿真。邏輯還原可以再現(xiàn)真實(shí)世界交通流中的機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)和行人等動(dòng)態(tài)元素的行為軌跡?！睂O馳天介紹說(shuō)，“物理還原則可以模擬風(fēng)力、摩擦力等真實(shí)環(huán)境的物理細(xì)節(jié)。高并發(fā)云端仿真則適用于自動(dòng)駕駛仿真測(cè)試對(duì)海量場(chǎng)景庫(kù)快速驗(yàn)證的需求 。”

“我們對(duì)自己的定位就是自動(dòng)駕駛研發(fā)、落地的工具箱和加速器?！睂O馳天表示。當(dāng)前，TAD Sim已與國(guó)家智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)（長(zhǎng)沙）測(cè)試區(qū)、國(guó)家汽車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（湖北）、公安部交通管理科學(xué)研究所、深圳坪山智能網(wǎng)聯(lián)交通測(cè)試示范平臺(tái)等檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及多家國(guó)內(nèi)外頭部汽車(chē)企業(yè)達(dá)成合作。

從道路到城市

數(shù)字孿生構(gòu)建真實(shí)三維場(chǎng)景

數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、高精地圖、深度學(xué)習(xí)等能力的結(jié)合，能夠參照真實(shí)世界快速自動(dòng)構(gòu)建三維場(chǎng)景，并且持續(xù)自我學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、進(jìn)化，從而能夠基于有限采集數(shù)據(jù)生成海量場(chǎng)景，形成數(shù)據(jù)與場(chǎng)景的全流程閉環(huán)。

事實(shí)上，基于實(shí)時(shí)數(shù)字孿生等技術(shù)的自動(dòng)駕駛仿真測(cè)試并非局限于線上的算法訓(xùn)練，其構(gòu)建的虛實(shí)融合的測(cè)試場(chǎng)景，同樣也適用于線下對(duì)車(chē)輛的真實(shí)測(cè)試。TAD Sim 在國(guó)家汽車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（湖北），構(gòu)建了總里程100公里、與真實(shí)場(chǎng)景相差無(wú)幾的三維環(huán)境以及包括數(shù)百個(gè)場(chǎng)景在內(nèi)的場(chǎng)景庫(kù)。

TAD SIM數(shù)字孿生仿真場(chǎng)景

“我們通過(guò)線下采集車(chē)采集靜態(tài)場(chǎng)景真實(shí)三維數(shù)據(jù)，注入諸如行人、動(dòng)物、障礙車(chē)等虛擬動(dòng)態(tài)元素，并以AR的形式疊加到被測(cè)試車(chē)輛的傳感器單元。”孫馳天介紹說(shuō)，“這樣在完全空曠的測(cè)試場(chǎng)內(nèi)，被測(cè)試車(chē)輛理論上可以經(jīng)歷無(wú)限多種、無(wú)限任意組合的測(cè)試場(chǎng)景。”

但是從測(cè)試道路到完整城市，如果還是依賴采集車(chē)真實(shí)采集的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行三維場(chǎng)景構(gòu)建，無(wú)疑會(huì)面臨時(shí)間和成本上的巨大挑戰(zhàn)。孫馳天表示，“基于騰訊地圖+衛(wèi)星圖的數(shù)據(jù)，我們可以完全自動(dòng)生成城市級(jí)別的場(chǎng)景。”據(jù)他介紹，騰訊此前便利用實(shí)時(shí)數(shù)字孿生等技術(shù)重建了北京五環(huán)內(nèi)約576平方公里的區(qū)域，其中“超過(guò)11萬(wàn)棟建筑以及所有的道路、植被和水系等，全部都是在一天之內(nèi)自動(dòng)重建完成?！?/p>

騰訊地圖+衛(wèi)星圖數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成城市級(jí)場(chǎng)景

同時(shí)，在對(duì)城市級(jí)別三維場(chǎng)景重建的基礎(chǔ)上，為解決自動(dòng)駕駛測(cè)試過(guò)程中長(zhǎng)尾效應(yīng)的難題，騰訊還構(gòu)建了這樣一個(gè)基于高精度地圖、生長(zhǎng)在云端的城市級(jí)別的虛擬仿真平臺(tái)。

“我們?cè)谄脚_(tái)上布滿了自動(dòng)駕駛測(cè)試車(chē)輛以及其他動(dòng)態(tài)交通流，它們24小時(shí)×7天不間斷運(yùn)行，能夠源源不斷地進(jìn)行各種隨機(jī)工況和場(chǎng)景的測(cè)試，”孫馳天介紹說(shuō)，“通過(guò)監(jiān)控模塊，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到每一輛被測(cè)試自動(dòng)駕駛汽車(chē)的行為，當(dāng)其出現(xiàn)如超速、壓線和闖紅燈等違規(guī)狀況時(shí)，該場(chǎng)景便會(huì)自動(dòng)被識(shí)別提取，并補(bǔ)充進(jìn)場(chǎng)景庫(kù)中。”

智慧交通領(lǐng)域

數(shù)字孿生大有可為題

針對(duì)城市級(jí)別宏觀、中觀、微觀場(chǎng)景的自動(dòng)重建，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)交通大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)交通流的仿真和還原，不僅對(duì)于自動(dòng)駕駛測(cè)試意義重大，在智慧交通領(lǐng)域也有著重點(diǎn)應(yīng)用。

不同于一些僅限于對(duì)真實(shí)場(chǎng)景可視化呈現(xiàn)的數(shù)字孿生產(chǎn)品，騰訊實(shí)時(shí)數(shù)字孿生系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)在仿真可視化的基礎(chǔ)上，能夠在虛擬的數(shù)字空間對(duì)真實(shí)環(huán)境實(shí)現(xiàn)計(jì)算和推演，從而為交通管理者和普通駕駛者提供決策依據(jù)，提升交通出行的安全和效率。

基于實(shí)時(shí)孿生仿真系統(tǒng)，交通管理者可以在虛擬世界“演練”如道路維修等不同交通異常事件對(duì)真實(shí)交通環(huán)境的影響，從而做出更優(yōu)的管理和決策，提升交通運(yùn)行效率?！皩?shí)時(shí)數(shù)字孿生仿真系統(tǒng)可以將未來(lái)的交通態(tài)勢(shì)推演出來(lái)，”孫馳天表示，“比如相關(guān)部門(mén)可以根據(jù)仿真推演的結(jié)果，來(lái)決定哪個(gè)時(shí)間段對(duì)路面進(jìn)行施工，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交通的影響降到最低?！?/p>

騰訊智慧交通實(shí)時(shí)孿生系統(tǒng)

當(dāng)然，實(shí)時(shí)孿生在交通領(lǐng)域的應(yīng)用離普通人也并不遙遠(yuǎn)。面向車(chē)輛駕駛員，實(shí)時(shí)孿生系統(tǒng)對(duì)周?chē)鷮?shí)時(shí)交通情況的還原再現(xiàn)結(jié)果也可以下發(fā)至手機(jī)和車(chē)機(jī)等移動(dòng)智能終端，從而對(duì)駕駛員的駕駛決策提供輔助。

“尤其是在黑夜或惡劣天氣能見(jiàn)度不高的環(huán)境下，通過(guò)人眼很難判斷真實(shí)的交通情況，”孫馳天介紹說(shuō)，“但依靠實(shí)時(shí)孿生系統(tǒng)對(duì)車(chē)道級(jí)交通情況的還原，駕駛員能夠及時(shí)掌握更多信息，并且還能得到異常情況的提醒，這對(duì)于普通人的安全駕駛很有幫助。

騰訊智慧高速實(shí)時(shí)孿生系統(tǒng)

當(dāng)前，在廣東某城市跨江大橋，騰訊正在嘗試用實(shí)時(shí)孿生技術(shù)環(huán)節(jié)交通擁堵現(xiàn)象，通過(guò)三維重建技術(shù)、實(shí)時(shí)孿生技術(shù)等對(duì)交通事態(tài)進(jìn)行推演，給交警部門(mén)提供疏導(dǎo)方案便于其決策。在天津西青等車(chē)聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)和示范區(qū)，騰訊也借助實(shí)時(shí)孿生技術(shù)探索微觀-中觀-宏觀三位一體的交通孿生體系的應(yīng)用。

去年9月，騰訊與江蘇交通控股有限公司成立“收費(fèi)站數(shù)字孿生聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，圍繞收費(fèi)站場(chǎng)景，當(dāng)前基于騰訊云的云端實(shí)時(shí)數(shù)字孿生系統(tǒng)已完成了與江蘇交控“調(diào)度云”的融合，初步實(shí)現(xiàn)了從“調(diào)度云”到數(shù)字孿生系統(tǒng)的二三維一體化轉(zhuǎn)換。

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)實(shí)融合的大背景下，虛擬正在不斷照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，數(shù)字孿生技術(shù)也將成為交通精細(xì)化管理和決策的加速器，成為普通人安全高效出行數(shù)字保障。