實(shí)景三維①丨全省十佳之“實(shí)景三維與交通大數(shù)據(jù)模型仿真融合系列應(yīng)用”
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2024-07-26 10:41
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近日，湖南省實(shí)景三維創(chuàng)新應(yīng)用優(yōu)秀案例評(píng)選結(jié)果出爐。經(jīng)過單位申報(bào)、形式審查、專家初評(píng)、現(xiàn)場(chǎng)答辯等環(huán)節(jié)，我院“實(shí)景三維與交通大數(shù)據(jù)模型仿真融合系列應(yīng)用”“長(zhǎng)沙市地下空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)”兩個(gè)案例入選“湖南省實(shí)景三維創(chuàng)新應(yīng)用十佳優(yōu)秀案例”。今天，讓我們一起走進(jìn)十佳案例之“實(shí)景三維與交通大數(shù)據(jù)模型仿真融合系列應(yīng)用”，了解實(shí)景三維如何應(yīng)用到交通規(guī)劃研究工作中，為交通規(guī)劃決策提供技術(shù)支持。
一、案例概況
在傳統(tǒng)交通仿真和預(yù)測(cè)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(shí)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(shù)應(yīng)用湖南省工程研究中心”（簡(jiǎn)稱省工程中心），通過大數(shù)據(jù)模型仿真軟件模擬和預(yù)測(cè)交通運(yùn)行狀況，融合地形級(jí)、城市級(jí)以及部件級(jí)實(shí)景三維數(shù)據(jù)，構(gòu)建“實(shí)景三維+交通仿真”應(yīng)用場(chǎng)景。
在“實(shí)景三維+交通仿真”應(yīng)用場(chǎng)景中，首先采用豐富的新型基礎(chǔ)測(cè)繪技術(shù)手段采集并構(gòu)建包含地形級(jí)、城市級(jí)和部件級(jí)的實(shí)景三維場(chǎng)景。以實(shí)景三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提取具有真實(shí)三維坐標(biāo)的道路網(wǎng)空間數(shù)據(jù)，構(gòu)建精細(xì)的道路模型，實(shí)現(xiàn)交通規(guī)劃設(shè)計(jì)方案中道路模型與實(shí)景三維模型無縫融合。
在路網(wǎng)模型上，標(biāo)定和調(diào)整道路車流及行人交通流的運(yùn)行參數(shù)，采用交通大數(shù)據(jù)與模型仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車流、行人交通流的動(dòng)態(tài)模擬，并將帶有時(shí)空軌跡的交通仿真結(jié)果在實(shí)景三維模型道路網(wǎng)模型上動(dòng)態(tài)展示，并以三維模擬和指標(biāo)數(shù)據(jù)輸出等形式動(dòng)態(tài)展示交通仿真結(jié)果，有效地提高了其科學(xué)性、互動(dòng)性和直觀性。
二、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
01 新型基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)采集處理手段多樣
在構(gòu)建多層級(jí)實(shí)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(jī)傾斜航空攝影、地面及地下（室內(nèi)）激光雷達(dá)掃描、移動(dòng)車載掃描等技術(shù)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(diǎn)和靶標(biāo)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)傾斜數(shù)據(jù)與點(diǎn)云數(shù)據(jù)的空地融合、精確配準(zhǔn)，采用了點(diǎn)云照片融合建模、空地一體融合建模、自動(dòng)紋理映射、單體化精細(xì)建模等技術(shù)手段。
02 實(shí)景三維場(chǎng)景完整層級(jí)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(gòu)建大范圍的地形級(jí)實(shí)景三維，利用無人機(jī)低空傾斜航空攝影方式構(gòu)建高分辨率城市級(jí)實(shí)景三維模型，借助激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)采用單體化精細(xì)建模的方式構(gòu)建地下空間（室內(nèi)空間）部件級(jí)實(shí)景三維模型。
03 交通路網(wǎng)快速構(gòu)建與融合
以實(shí)景三維數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過裸眼測(cè)圖的方式直接提取具有真實(shí)世界三維坐標(biāo)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(gòu)建路網(wǎng)模型。并以此道路網(wǎng)模型邊界為切割線精準(zhǔn)裁切，實(shí)現(xiàn)地形級(jí)、城市級(jí)實(shí)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(gòu)建
通過調(diào)研和調(diào)查長(zhǎng)沙市實(shí)際道路運(yùn)行狀況，在交通仿真軟件中對(duì)交通流參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)沙本地化的參數(shù)化構(gòu)建和標(biāo)定，包括車輛、道路、行人、信號(hào)燈等四大類，具體參數(shù)包括車輛類型、道路設(shè)計(jì)車速及限制車速、跟車距離、車頭時(shí)距、車頭間距以及信號(hào)配時(shí)等。實(shí)現(xiàn)了對(duì)交通運(yùn)行狀態(tài)的精細(xì)化模擬與控制，為交通仿真創(chuàng)造了較好的基礎(chǔ)。
05 交通大數(shù)據(jù)深度分析研究
通過對(duì)采集的交通大數(shù)據(jù)進(jìn)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(yùn)行速度、自由流車速、擁堵指數(shù)、服務(wù)水平等數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)景三維場(chǎng)景和交通模型的模擬和仿真，進(jìn)行交通運(yùn)行狀況的識(shí)別研判、擁堵熱點(diǎn)分析、交通流量預(yù)測(cè)、交通方案規(guī)劃設(shè)計(jì)等研究，為優(yōu)化交通系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃提供決策支持。
06 實(shí)景三維與交通仿真模型動(dòng)態(tài)融合
以采集的車流量和人流量信息為基礎(chǔ)，結(jié)合交通仿真的預(yù)測(cè)結(jié)果，將實(shí)景三維場(chǎng)景與交通模型融合一體，通過三維的方式真實(shí)還原城市交通中多種交通方式的運(yùn)行情況，使靜態(tài)城市模型“動(dòng)”起來，作為數(shù)字交通孿生的基礎(chǔ)研究，為交通規(guī)劃設(shè)計(jì)提供全面的、科學(xué)的、直觀的量化模型支撐。
三、推廣應(yīng)用
1.地形級(jí)實(shí)景三維交通仿真
在快速路改造項(xiàng)目中，利用地形級(jí)實(shí)景三維和建筑白模與交通仿真模型融合，實(shí)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(gòu)造，模擬不同的道路布局和車道數(shù)量，對(duì)道路運(yùn)行的效果做出更直觀的展示。項(xiàng)目根據(jù)湘府路快速路改造后擁堵位置、水平、延誤等指標(biāo)，向交通管理部門提出優(yōu)化建議并應(yīng)用在交通組織中。
▲湘府路地形級(jí)實(shí)景三維交通仿真
在西二環(huán)提質(zhì)改造設(shè)計(jì)中，結(jié)合西二環(huán)周邊的地形級(jí)三維模型，對(duì)西二環(huán)立交節(jié)點(diǎn)提質(zhì)改造方案進(jìn)行微觀交通仿真，以三維方式評(píng)估設(shè)計(jì)方案的效果，展示立交提質(zhì)改造前后道路設(shè)計(jì)的變化和交通運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)比改造前后立交節(jié)點(diǎn)的交通運(yùn)行指標(biāo)，評(píng)估方案實(shí)施后對(duì)道路交通運(yùn)行產(chǎn)生的影響，輔助決策改造方案的選取和計(jì)劃實(shí)施。
2.城市級(jí)實(shí)景三維交通仿真
在城市級(jí)實(shí)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(jí)實(shí)景三維模型，通過交通仿真真實(shí)還原城市交通中多種交通方式的運(yùn)行情況，輔助評(píng)估路網(wǎng)服務(wù)水平、特殊交通吸發(fā)點(diǎn)（梅溪湖文化藝術(shù)中心）人流集散方案等，使靜態(tài)城市模型“動(dòng)”起來，進(jìn)行城市級(jí)數(shù)字交通孿生的基礎(chǔ)研究。
▲梅溪湖城市級(jí)實(shí)景三維交通仿真
在高鐵片區(qū)交通規(guī)劃中，應(yīng)用實(shí)景三維建模來輔助決策設(shè)計(jì)道路高程及填挖方等內(nèi)容，結(jié)合交通軟件對(duì)長(zhǎng)沙高鐵西站片區(qū)路網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行宏中微觀一體交通預(yù)測(cè)，對(duì)比評(píng)估確定高鐵西站片區(qū)路網(wǎng)最佳設(shè)計(jì)方案
3. 部件級(jí)實(shí)景三維交通仿真
在部件級(jí)實(shí)景三維交通仿真方面，開展了綠心暮云站軌道交通運(yùn)行仿真、鴨子鋪地鐵站行人仿真等專題研究與應(yīng)用。
在軌道交通仿真中，借助交通仿真軟件，在實(shí)景三維模型上動(dòng)態(tài)模擬列車運(yùn)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(yùn)行的情景，輔助站場(chǎng)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(píng)估。
▲鴨子鋪地鐵站部件級(jí)實(shí)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(jí)實(shí)景三維模型，獲取地鐵站內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)，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(píng)估地鐵站設(shè)計(jì)方案對(duì)行人集散的效用，為地鐵站的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。該項(xiàng)應(yīng)用探索形成1項(xiàng)實(shí)驗(yàn)案例，算法模型廣泛地應(yīng)用到院內(nèi)生產(chǎn)項(xiàng)目中。
四、應(yīng)用成效
改變傳統(tǒng)交通研究方式
通過交通仿真，在實(shí)景三維模型上動(dòng)態(tài)展示交通運(yùn)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(yùn)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(shí)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(diào)整不同的交通運(yùn)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(yīng)的治理和優(yōu)化方案，為交通規(guī)劃提供科學(xué)的參考依據(jù)。
服務(wù)城市管理，改善出行體驗(yàn)
通過大量的交通仿真模擬，可以預(yù)知當(dāng)前道路硬件設(shè)施條件下在不同時(shí)段、不同情形下的運(yùn)行狀態(tài)，幫助提前做好交通管制措施、制定交通疏解預(yù)案，精準(zhǔn)服務(wù)城市管理，創(chuàng)造更加安全、高效、便捷的城市交通運(yùn)行環(huán)境，有效改善市民交通出行體驗(yàn)。
五、結(jié)束語(yǔ)
我院以城市交通領(lǐng)域的實(shí)際需求為導(dǎo)向，致力于研究大數(shù)據(jù)、交通模型以及實(shí)景三維交通仿真等專業(yè)方向的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、技術(shù)創(chuàng)新和成果應(yīng)用，以促進(jìn)交通規(guī)劃、建設(shè)、管理和運(yùn)營(yíng)等全過程城市交通治理現(xiàn)代化水平的提升。
通過實(shí)景三維與交通模型融合仿真應(yīng)用，還原和預(yù)測(cè)交通運(yùn)行情況，在交通規(guī)劃、設(shè)計(jì)和管理方案實(shí)施之前對(duì)方案效果進(jìn)行評(píng)估，對(duì)“點(diǎn)—交叉口”“線—道路”“面—路網(wǎng)”等層面的交通仿真進(jìn)行了探索和實(shí)踐，預(yù)判方案可能出現(xiàn)的問題，提升解決方案的合理性和科學(xué)性，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用為交通規(guī)劃決策提供了可靠的技術(shù)支持。
我院將繼續(xù)發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)、數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)和多專業(yè)協(xié)同優(yōu)勢(shì)，在城市交通大數(shù)據(jù)與模型仿真關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域作出突破和創(chuàng)新以促進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)的工程化應(yīng)用以及推動(dòng)全省城市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)水平的提升，為省市交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。
