数字孪生交通仿真助力成都大运会交通保障
数字孪生交通仿真助力成都大运会交通保障
大型活动期间，如何在保障赛事交通的同时，减少对城市交通的影响，是一个复杂而重要的课题。2023年成都大运会期间，成都市公安局交通管理局创新性地采用了数字孪生交通仿真技术，对大运会专用车道等交通管控方案进行了在线推演，为赛事交通保障提供了科学依据。本文将详细介绍这一技术的应用实践。
大运会交通管控难点分析
成都大运会涉及45个赛会驻地和49个场馆，分布在城市各个方向。赛事期间，大量观赛人流与城市日常通勤流交织，给交通管理带来了巨大挑战。特别是成都的主要通勤线路已接近饱和状态，叠加观赛交通流后，设置专用车道是否会对全市交通造成较大影响，成为交通管理部门需要重点考虑的问题。此外，赛事举办期间正值暑期，成都作为旅游城市，还需要综合考虑暑期与非暑期的交通流变化。
数字孪生交通仿真实践思路
数字孪生技术通过云计算和人工智能，将物理世界的城市交通行为映射到虚拟世界，实现交通仿真与实际交通运行的相互映射。在大运会交通管控策略规划阶段，利用数字孪生仿真系统，对政策执行前后的交通流进行仿真建模和分析，实时呈现交通运行指标，为政策方案落地提供数据支撑。
大运会数字孪生交通仿真系统的搭建
构建数字孪生路网
将物理路网还原为数字孪生路网，提供各种粒度的道路实体信息和拓扑关系查询能力。通过数据清洗完成路口、路段信息的补充修正，最终构建出一套数字化路网结构数据模型。
多源异构交通数据融合
汇聚城市基本路网拓扑信息、设施信息、交管动态数据、多源视频结构化数据和互联网数据，对多元数据进行治理和融合。通过交通数据底盘的建立，提供融合的、统一表达的、高质量的交通参数。
宏观交通仿真模型搭建
基于经典的流体力学建模道路的流量、密度和速度在时间和空间上的演化，可以分为交通出行需求预测模型和道路交通系统仿真模型。其中需求预测模型会根据不同的交通事件对居民出行进行重新预测；仿真模型则基于交通流模型将OD分配到仿真路网上，并通过不断迭代优化居民出行路径选择，最终达到用户均衡。
赛会前后数字孪生仿真实践结果
大运会期间，成都市公安局交通管理局在主干道设置了18条专用车道，双向里程达382.56公里。仿真推演范围为“5+1”城区，包括锦江区、青羊区、金牛区、武侯区、成华区、高新区。
非暑期仿真结果
如表1所示，非暑期设置大运会专用车道影响最大的区域是三环路和绕城高速，其中对早高峰的影响最明显。三环路早高峰延误指数由1.9上升到2.15，状态由拥堵变为严重拥堵；晚高峰延误指数由1.77上升到1.94，状态由缓行变为拥堵；午平峰延误指数由1.42上升到1.57，状态由畅通变为缓行。绕城高速早高峰延误指数由1.75上升到1.88，状态由缓行变为拥堵；绕城晚高峰延误指数由1.48上升到1.59，状态由畅通变为缓行。三环内与绕城三环之间，受设置专用车道的影响较小。
暑期仿真结果
如表2所示，暑期设置大运会专用车道影响最大的区域是三环路和绕城高速，其中对晚高峰的影响最明显。三环路早高峰延误指数由1.88上升到2.09，状态由拥堵变为严重拥堵；晚高峰延误指数由2.15上升到2.37，严重拥堵状态的延误指数上升10%；午平峰延误指数由1.7上升到1.89，状态由缓行变为拥堵。绕城晚高峰延误指数由1.85上升到2.01，状态由拥堵变为严重拥堵；早高峰延误指数由1.76上升到1.89，状态由缓行变为拥堵。三环内与绕城三环之间，受设置专用车道的影响较小。
仿真结果验证
为验证本次交通仿真结果，工作人员使用高德城市交通“评诊治”分析系统对交通态势进行了跟踪。根据大运会交通仿真政策中的限行政策，2023年7月31日至8月4日与日常尾号限行一致，属于在大运会期间最接近日常交通状态的时间段，因此本次仿真验证选用此时间段数据。具体校验流量准确率、速度准确率和堵点准确率。
仿真结果对比如表3所示，以三环路与绕城高速为例。通过对重点关注的三环路和绕城高速路段的实际堵点和仿真预测的流量、速度及堵点进行对比，可以看出流量和速度的预测准确率均在80%以上，堵点的命中率在75%以上。
结语
针对成都作为超大型城市举办大运会期间高强度、高汇聚、难管控的交通特征，对数字孪生交通仿真进行实践探索，在成都智慧交通一、二期建设的成果上，构建了成都数字孪生交通仿真系统的总体架构，分步骤地实现了孪生数字路网、多源异构交通数据融合、交通仿真模型等模块。在此基础上，以成都大运会专用车道的设置与保障为场景，针对成都绕城高速、三环路、绕城高速与三环路之间、三环路之内的路网运行状态进行了仿真推演，评估了设置赛会专用车道对全市交通状况的影响程度，并在实战演练当中对仿真推演的准确度进行了科学的评价。
本文虽验证了数字孪生技术与交通仿真技术相互融合的可行性和实战价值，但此次实践的应用场景在交通管理工作中属于中低频次。下一步计划将融合数字孪生和交通仿真，实现宏观、中观、微观一体化推演，将交通仿真广泛地应用到路口精细化治理的高频次日常交通管理工作中。
本文原文刊发于《道路交通管理》杂志2024年第2期