实景三维①丨全省十佳之“实景三维与交通大数据模型仿真融合系列应用”
发布时间：
2024-07-26
来源：
近日，湖南省实景三维创新应用优秀案例评选结果出炉。经过单位申报、形式审查、专家初评、现场答辩等环节，我院“实景三维与交通大数据模型仿真融合系列应用”“长沙市地下空间基础数据平台”两个案例入选“湖南省实景三维创新应用十佳优秀案例”。今天，让我们一起走进十佳案例之“实景三维与交通大数据模型仿真融合系列应用”，了解实景三维如何应用到交通规划研究工作中，为交通规划决策提供技术支持。
一、案例概况
在传统交通仿真和预测模型中，通常采用二维平面的方式展示交通研究成果，展示信息有限、展现效果仅为静态，缺乏直观感和真实感，较大程度上影响了交通方案的理解程度和决策支撑水平。依托我院“城市交通大数据与模型仿真技术应用湖南省工程研究中心”（简称省工程中心），通过大数据模型仿真软件模拟和预测交通运行状况，融合地形级、城市级以及部件级实景三维数据，构建“实景三维+交通仿真”应用场景。
在“实景三维+交通仿真”应用场景中，首先采用丰富的新型基础测绘技术手段采集并构建包含地形级、城市级和部件级的实景三维场景。以实景三维场景数据为基础，提取具有真实三维坐标的道路网空间数据，构建精细的道路模型，实现交通规划设计方案中道路模型与实景三维模型无缝融合。
在路网模型上，标定和调整道路车流及行人交通流的运行参数，采用交通大数据与模型仿真技术，实现对车流、行人交通流的动态模拟，并将带有时空轨迹的交通仿真结果在实景三维模型道路网模型上动态展示，并以三维模拟和指标数据输出等形式动态展示交通仿真结果，有效地提高了其科学性、互动性和直观性。
二、技术创新点
01 新型基础测绘数据采集处理手段多样
在构建多层级实景三维模型中，采用了多光谱高分辨率卫星遥感影像融合、数字航空摄影、低空无人机倾斜航空摄影、地面及地下（室内）激光雷达扫描、移动车载扫描等技术手段采集数据。在后续数据处理过程中，通过特征点和靶标点实现倾斜数据与点云数据的空地融合、精确配准，采用了点云照片融合建模、空地一体融合建模、自动纹理映射、单体化精细建模等技术手段。
02 实景三维场景完整层级覆盖
采用高分辨率卫星遥感影像数据（DOM）+数字高程模型（DEM）的方式快速构建大范围的地形级实景三维，利用无人机低空倾斜航空摄影方式构建高分辨率城市级实景三维模型，借助激光点云数据采用单体化精细建模的方式构建地下空间（室内空间）部件级实景三维模型。
03 交通路网快速构建与融合
以实景三维数据为基础，通过裸眼测图的方式直接提取具有真实世界三维坐标信息的道路中心线，通过等距离折线化后，快速获取道路网均匀分布的路面高程值，辅助构建路网模型。并以此道路网模型边界为切割线精准裁切，实现地形级、城市级实景三维模型与交通模型的三维无缝融合。
04 交通仿真模型参数化构建
通过调研和调查长沙市实际道路运行状况，在交通仿真软件中对交通流参数进行长沙本地化的参数化构建和标定，包括车辆、道路、行人、信号灯等四大类，具体参数包括车辆类型、道路设计车速及限制车速、跟车距离、车头时距、车头间距以及信号配时等。实现了对交通运行状态的精细化模拟与控制，为交通仿真创造了较好的基础。
05 交通大数据深度分析研究
通过对采集的交通大数据进行深度分析和挖掘，包括道路路段车流量、交叉口流量，道路运行速度、自由流车速、拥堵指数、服务水平等数据，结合实景三维场景和交通模型的模拟和仿真，进行交通运行状况的识别研判、拥堵热点分析、交通流量预测、交通方案规划设计等研究，为优化交通系统运行和规划提供决策支持。
06 实景三维与交通仿真模型动态融合
以采集的车流量和人流量信息为基础，结合交通仿真的预测结果，将实景三维场景与交通模型融合一体，通过三维的方式真实还原城市交通中多种交通方式的运行情况，使静态城市模型“动”起来，作为数字交通孪生的基础研究，为交通规划设计提供全面的、科学的、直观的量化模型支撑。
三、推广应用
1.地形级实景三维交通仿真
在快速路改造项目中，利用地形级实景三维和建筑白模与交通仿真模型融合，实景三维模型增加了仿真环境的信息量，帮助使用者了解仿真道路所在位置、地形环境和立交构造，模拟不同的道路布局和车道数量，对道路运行的效果做出更直观的展示。项目根据湘府路快速路改造后拥堵位置、水平、延误等指标，向交通管理部门提出优化建议并应用在交通组织中。
▲湘府路地形级实景三维交通仿真
在西二环提质改造设计中，结合西二环周边的地形级三维模型，对西二环立交节点提质改造方案进行微观交通仿真，以三维方式评估设计方案的效果，展示立交提质改造前后道路设计的变化和交通运行特点，对比改造前后立交节点的交通运行指标，评估方案实施后对道路交通运行产生的影响，辅助决策改造方案的选取和计划实施。
2.城市级实景三维交通仿真
在城市级实景三维交通仿真方面，借助我院生产的梅溪湖片区城市级实景三维模型，通过交通仿真真实还原城市交通中多种交通方式的运行情况，辅助评估路网服务水平、特殊交通吸发点（梅溪湖文化艺术中心）人流集散方案等，使静态城市模型“动”起来，进行城市级数字交通孪生的基础研究。
▲梅溪湖城市级实景三维交通仿真
在高铁片区交通规划中，应用实景三维建模来辅助决策设计道路高程及填挖方等内容，结合交通软件对长沙高铁西站片区路网规划进行宏中微观一体交通预测，对比评估确定高铁西站片区路网最佳设计方案
3. 部件级实景三维交通仿真
在部件级实景三维交通仿真方面，开展了绿心暮云站轨道交通运行仿真、鸭子铺地铁站行人仿真等专题研究与应用。
在轨道交通仿真中，借助交通仿真软件，在实景三维模型上动态模拟列车运行状态，还原列车的周边环境及光影信息，直观展示暮云站交通运行的情景，辅助站场在交通荷载水平、组织规划、列车集散等方面的方案制定和评估。
▲鸭子铺地铁站部件级实景三维行人交通仿真
在行人仿真中，采用我院地铁站部件级实景三维模型，获取地铁站内部几何结构，模拟不同客流水平下行人在地铁站内的集散行为，直观评估地铁站设计方案对行人集散的效用，为地铁站的优化设计提供科学依据。该项应用探索形成1项实验案例，算法模型广泛地应用到院内生产项目中。
四、应用成效
改变传统交通研究方式
通过交通仿真，在实景三维模型上动态展示交通运行状态，从根本上改变了传统交通研究的方式，将原本二维的平面拓展到三维，极大地方便交通规划研究工作开展，使得枯燥的交通运行参数得以更好地理解，从而更方便地解决问题。
助力交通治理和优化
借助实景三维+交通仿真的方式，可以三维视角模拟并展示不同交通状况下的道路通行情况，包括车辆流量、拥堵情况等。通过调整不同的交通运行状态参数，可以发现潜在的交通问题，并提出相应的治理和优化方案，为交通规划提供科学的参考依据。
服务城市管理，改善出行体验
通过大量的交通仿真模拟，可以预知当前道路硬件设施条件下在不同时段、不同情形下的运行状态，帮助提前做好交通管制措施、制定交通疏解预案，精准服务城市管理，创造更加安全、高效、便捷的城市交通运行环境，有效改善市民交通出行体验。
五、结束语
我院以城市交通领域的实际需求为导向，致力于研究大数据、交通模型以及实景三维交通仿真等专业方向的关键技术攻关、技术创新和成果应用，以促进交通规划、建设、管理和运营等全过程城市交通治理现代化水平的提升。
通过实景三维与交通模型融合仿真应用，还原和预测交通运行情况，在交通规划、设计和管理方案实施之前对方案效果进行评估，对“点—交叉口”“线—道路”“面—路网”等层面的交通仿真进行了探索和实践，预判方案可能出现的问题，提升解决方案的合理性和科学性，该项技术的应用为交通规划决策提供了可靠的技术支持。
我院将继续发挥技术优势、数据优势和多专业协同优势，在城市交通大数据与模型仿真关键技术领域作出突破和创新以促进关键技术的工程化应用以及推动全省城市交通规划设计技术水平的提升，为省市交通强国建设贡献力量。
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