實景三維①丨全省十佳之“實景三維與交通大數(shù)據(jù)模型仿真融合系列應用”
發(fā)布時間：
2024-07-26 10:41
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近日，湖南省實景三維創(chuàng)新應用優(yōu)秀案例評選結果出爐。經(jīng)過單位申報、形式審查、專家初評、現(xiàn)場答辯等環(huán)節(jié)，我院“實景三維與交通大數(shù)據(jù)模型仿真融合系列應用”“長沙市地下空間基礎數(shù)據(jù)平臺”兩個案例入選“湖南省實景三維創(chuàng)新應用十佳優(yōu)秀案例”。今天，讓我們一起走進十佳案例之“實景三維與交通大數(shù)據(jù)模型仿真融合系列應用”，了解實景三維如何應用到交通規(guī)劃研究工作中，為交通規(guī)劃決策提供技術支持。
一、案例概況
在傳統(tǒng)交通仿真和預測模型中，通常采用二維平面的方式展示交通研究成果，展示信息有限、展現(xiàn)效果僅為靜態(tài)，缺乏直觀感和真實感，較大程度上影響了交通方案的理解程度和決策支撐水平。依托我院“城市交通大數(shù)據(jù)與模型仿真技術應用湖南省工程研究中心”（簡稱省工程中心），通過大數(shù)據(jù)模型仿真軟件模擬和預測交通運行狀況，融合地形級、城市級以及部件級實景三維數(shù)據(jù)，構建“實景三維+交通仿真”應用場景。
在“實景三維+交通仿真”應用場景中，首先采用豐富的新型基礎測繪技術手段采集并構建包含地形級、城市級和部件級的實景三維場景。以實景三維場景數(shù)據(jù)為基礎，提取具有真實三維坐標的道路網(wǎng)空間數(shù)據(jù)，構建精細的道路模型，實現(xiàn)交通規(guī)劃設計方案中道路模型與實景三維模型無縫融合。
在路網(wǎng)模型上，標定和調整道路車流及行人交通流的運行參數(shù)，采用交通大數(shù)據(jù)與模型仿真技術，實現(xiàn)對車流、行人交通流的動態(tài)模擬，并將帶有時空軌跡的交通仿真結果在實景三維模型道路網(wǎng)模型上動態(tài)展示，并以三維模擬和指標數(shù)據(jù)輸出等形式動態(tài)展示交通仿真結果，有效地提高了其科學性、互動性和直觀性。
二、技術創(chuàng)新點
01 新型基礎測繪數(shù)據(jù)采集處理手段多樣
在構建多層級實景三維模型中，采用了多光譜高分辨率衛(wèi)星遙感影像融合、數(shù)字航空攝影、低空無人機傾斜航空攝影、地面及地下（室內(nèi)）激光雷達掃描、移動車載掃描等技術手段采集數(shù)據(jù)。在后續(xù)數(shù)據(jù)處理過程中，通過特征點和靶標點實現(xiàn)傾斜數(shù)據(jù)與點云數(shù)據(jù)的空地融合、精確配準，采用了點云照片融合建模、空地一體融合建模、自動紋理映射、單體化精細建模等技術手段。
02 實景三維場景完整層級覆蓋
采用高分辨率衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)（DOM）+數(shù)字高程模型（DEM）的方式快速構建大范圍的地形級實景三維，利用無人機低空傾斜航空攝影方式構建高分辨率城市級實景三維模型，借助激光點云數(shù)據(jù)采用單體化精細建模的方式構建地下空間（室內(nèi)空間）部件級實景三維模型。
03 交通路網(wǎng)快速構建與融合
以實景三維數(shù)據(jù)為基礎，通過裸眼測圖的方式直接提取具有真實世界三維坐標信息的道路中心線，通過等距離折線化后，快速獲取道路網(wǎng)均勻分布的路面高程值，輔助構建路網(wǎng)模型。并以此道路網(wǎng)模型邊界為切割線精準裁切，實現(xiàn)地形級、城市級實景三維模型與交通模型的三維無縫融合。
04 交通仿真模型參數(shù)化構建
通過調研和調查長沙市實際道路運行狀況，在交通仿真軟件中對交通流參數(shù)進行長沙本地化的參數(shù)化構建和標定，包括車輛、道路、行人、信號燈等四大類，具體參數(shù)包括車輛類型、道路設計車速及限制車速、跟車距離、車頭時距、車頭間距以及信號配時等。實現(xiàn)了對交通運行狀態(tài)的精細化模擬與控制，為交通仿真創(chuàng)造了較好的基礎。
05 交通大數(shù)據(jù)深度分析研究
通過對采集的交通大數(shù)據(jù)進行深度分析和挖掘，包括道路路段車流量、交叉口流量，道路運行速度、自由流車速、擁堵指數(shù)、服務水平等數(shù)據(jù)，結合實景三維場景和交通模型的模擬和仿真，進行交通運行狀況的識別研判、擁堵熱點分析、交通流量預測、交通方案規(guī)劃設計等研究，為優(yōu)化交通系統(tǒng)運行和規(guī)劃提供決策支持。
06 實景三維與交通仿真模型動態(tài)融合
以采集的車流量和人流量信息為基礎，結合交通仿真的預測結果，將實景三維場景與交通模型融合一體，通過三維的方式真實還原城市交通中多種交通方式的運行情況，使靜態(tài)城市模型“動”起來，作為數(shù)字交通孿生的基礎研究，為交通規(guī)劃設計提供全面的、科學的、直觀的量化模型支撐。
三、推廣應用
1.地形級實景三維交通仿真
在快速路改造項目中，利用地形級實景三維和建筑白模與交通仿真模型融合，實景三維模型增加了仿真環(huán)境的信息量，幫助使用者了解仿真道路所在位置、地形環(huán)境和立交構造，模擬不同的道路布局和車道數(shù)量，對道路運行的效果做出更直觀的展示。項目根據(jù)湘府路快速路改造后擁堵位置、水平、延誤等指標，向交通管理部門提出優(yōu)化建議并應用在交通組織中。
▲湘府路地形級實景三維交通仿真
在西二環(huán)提質改造設計中，結合西二環(huán)周邊的地形級三維模型，對西二環(huán)立交節(jié)點提質改造方案進行微觀交通仿真，以三維方式評估設計方案的效果，展示立交提質改造前后道路設計的變化和交通運行特點，對比改造前后立交節(jié)點的交通運行指標，評估方案實施后對道路交通運行產(chǎn)生的影響，輔助決策改造方案的選取和計劃實施。
2.城市級實景三維交通仿真
在城市級實景三維交通仿真方面，借助我院生產(chǎn)的梅溪湖片區(qū)城市級實景三維模型，通過交通仿真真實還原城市交通中多種交通方式的運行情況，輔助評估路網(wǎng)服務水平、特殊交通吸發(fā)點（梅溪湖文化藝術中心）人流集散方案等，使靜態(tài)城市模型“動”起來，進行城市級數(shù)字交通孿生的基礎研究。
▲梅溪湖城市級實景三維交通仿真
在高鐵片區(qū)交通規(guī)劃中，應用實景三維建模來輔助決策設計道路高程及填挖方等內(nèi)容，結合交通軟件對長沙高鐵西站片區(qū)路網(wǎng)規(guī)劃進行宏中微觀一體交通預測，對比評估確定高鐵西站片區(qū)路網(wǎng)最佳設計方案
3. 部件級實景三維交通仿真
在部件級實景三維交通仿真方面，開展了綠心暮云站軌道交通運行仿真、鴨子鋪地鐵站行人仿真等專題研究與應用。
在軌道交通仿真中，借助交通仿真軟件，在實景三維模型上動態(tài)模擬列車運行狀態(tài)，還原列車的周邊環(huán)境及光影信息，直觀展示暮云站交通運行的情景，輔助站場在交通荷載水平、組織規(guī)劃、列車集散等方面的方案制定和評估。
▲鴨子鋪地鐵站部件級實景三維行人交通仿真
在行人仿真中，采用我院地鐵站部件級實景三維模型，獲取地鐵站內(nèi)部幾何結構，模擬不同客流水平下行人在地鐵站內(nèi)的集散行為，直觀評估地鐵站設計方案對行人集散的效用，為地鐵站的優(yōu)化設計提供科學依據(jù)。該項應用探索形成1項實驗案例，算法模型廣泛地應用到院內(nèi)生產(chǎn)項目中。
四、應用成效
改變傳統(tǒng)交通研究方式
通過交通仿真，在實景三維模型上動態(tài)展示交通運行狀態(tài)，從根本上改變了傳統(tǒng)交通研究的方式，將原本二維的平面拓展到三維，極大地方便交通規(guī)劃研究工作開展，使得枯燥的交通運行參數(shù)得以更好地理解，從而更方便地解決問題。
助力交通治理和優(yōu)化
借助實景三維+交通仿真的方式，可以三維視角模擬并展示不同交通狀況下的道路通行情況，包括車輛流量、擁堵情況等。通過調整不同的交通運行狀態(tài)參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)潛在的交通問題，并提出相應的治理和優(yōu)化方案，為交通規(guī)劃提供科學的參考依據(jù)。
服務城市管理，改善出行體驗
通過大量的交通仿真模擬，可以預知當前道路硬件設施條件下在不同時段、不同情形下的運行狀態(tài)，幫助提前做好交通管制措施、制定交通疏解預案，精準服務城市管理，創(chuàng)造更加安全、高效、便捷的城市交通運行環(huán)境，有效改善市民交通出行體驗。
五、結束語
我院以城市交通領域的實際需求為導向，致力于研究大數(shù)據(jù)、交通模型以及實景三維交通仿真等專業(yè)方向的關鍵技術攻關、技術創(chuàng)新和成果應用，以促進交通規(guī)劃、建設、管理和運營等全過程城市交通治理現(xiàn)代化水平的提升。
通過實景三維與交通模型融合仿真應用，還原和預測交通運行情況，在交通規(guī)劃、設計和管理方案實施之前對方案效果進行評估，對“點—交叉口”“線—道路”“面—路網(wǎng)”等層面的交通仿真進行了探索和實踐，預判方案可能出現(xiàn)的問題，提升解決方案的合理性和科學性，該項技術的應用為交通規(guī)劃決策提供了可靠的技術支持。
我院將繼續(xù)發(fā)揮技術優(yōu)勢、數(shù)據(jù)優(yōu)勢和多專業(yè)協(xié)同優(yōu)勢，在城市交通大數(shù)據(jù)與模型仿真關鍵技術領域作出突破和創(chuàng)新以促進關鍵技術的工程化應用以及推動全省城市交通規(guī)劃設計技術水平的提升，為省市交通強國建設貢獻力量。
