一种基于数字孪生的全息路口管理系统及方法与流程

本发明涉及智慧交通，特别涉及一种基于数字孪生的全息路口管理系统及方法。

背景技术：

1、城市交通路口等重点路段三维交通拥堵、交通事故及行车纠纷等事件频发，不仅令普通的交通参与者头疼，同时也成为一直困扰交通管理部门的重点关注问题。面对复杂多样的驾驶场景变化，如何提高交通信号配时的准确性以及行驶车辆的自适应能力，从而保障交通运行的稳定性，一直以来是智慧交通的痛点。传统的交通管理技术在日益壮大的需求面前则显得相对落后，而已有交通管理系统应用离散化，信息孤岛化，对交通问题处理的相对单一且割裂，难以顾及交通管理的整体性。交通堵塞是每一个城市存在的普通情况，通常的技术手段采用交警指挥或调整信号灯的时间舒缓交通，但是上述措施是在出现交通堵塞之后实施的，非常容易造成交通事故，会严重加剧交通堵塞，现有技术出现了一些智能调整的措施，但是其调整能力有限，不能有效的实现交通的治理。

2、数字孪生作为智慧交通的前沿趋势，可真正推动全局管理、同步可视、虚实互动的数字孪生交通路口管理系统落地应用。随着信息技术的不断迭代，5g标准的逐步完善和商用网络的建成，大带宽、高速率、低时延的网络性能将进一步赋能数字孪生智能交通系统的升级。5g技术和数字孪生技术为智慧交通提供了新思路、新途径、新理念，在未来将会持续发展并最终形成一套完整的技术运行体系。

3、现有技术一，cn1160256a道路交通堵塞的解决措施，在道路交叉口或易堵塞的地点设置禁停区或(和)聚停区，并在指挥岗顶上安装蓝色堵塞信号灯。禁停区设在距路口或易堵塞地点10-80米处，长度为5-20米；聚停区设在直行机动车道前方，禁停区和聚停区用绿色线条标示。虽然能顺利地解决道路交通堵塞的问题，省时省事，而且还能有效地预防交通堵塞的发生，能提高道路的流通率，节约大量时间，但是仍会造成堵塞，在城市中各个路口相隔较近，设置禁停去和聚停区也不现实，局限性较大，对缓解交通堵塞效果有限。

4、现有技术二，cn104919509a服务器装置、交通堵塞预兆信息显示系统、交通堵塞预兆信息发布方法、交通堵塞预兆信息显示方法及程序，信息终端设备将当前位置及加速度的信息发送给服务器装置，服务器装置接收信息终端设备的当前位置及加速度的信息，利用加速度的信息生成交通堵塞预兆指数，使交通堵塞预兆指数与地图数据相对应，以能够在道路地图上显示交通堵塞预兆指数，并且服务器装置发送表示交通堵塞预兆指数与地图数据的对应关系的对应关系信息。信息终端设备利用来自服务器装置的对应关系信息，通过显示装置在道路地图上显示交通堵塞预兆指数。虽然实现了交通堵塞的预警，但是没有对交通堵塞提出解决措施，导致其功能单一，无法做到解决交通堵塞的目的。

5、现有技术三，cn102622869a缓解城市交通堵塞的方法及装置，汽车利用gps定位技术，将汽车自身在道路上行驶的坐标值采用调频信号的方式发送给安装在各个主要交通路口的信息转发器，信息转发器将汽车的坐标值换成数据字信号传输到数据服务中心，数据服务中心将收到的信号进行处理后，再将适时的交通信息通过调频信号的方式发送给各汽车，以起到缓解城市交通堵塞的目的。虽然采用gps定位技术，将汽车的gps坐标值通过调频信号的方式进行发送，经过接收处理后，再利用现有的互联网宽带传输技术发送给数据处理中心进行处理，然后将适时的交通情况无线广播电台反馈给汽车驾驶员，使驾驶员能选择合理的交通路线，避免造成交通堵塞；但是没有起到对交通堵塞解决的目的，仅起到了缓解的作用，其智能化水平较差，不能有效的解决交通堵塞。

6、目前现有技术一、现有技术二和现有技术三存在功能单一，缺少解决交通堵塞的技术手段，不能再出现交通堵塞时给出自动相关措施的问题，因而，本发明提供严重基于数字孪生的全息路口管理系统及方法，将城市道路上的全要素进行数字化还原，为交通治理提供一体化解决措施，并能够有效缓解交通堵塞。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于数字孪生的全息路口管理方法，包括以下步骤：

2、基础设施采集全息路口的交通运行数据，以分布式的形式存储数据输出子系统采集的数据至数据库；

3、应用程序对交通运行数据进行分析和处理，并构建关键路口、重点隧道或特殊路段的数字孪生模型，将真实世界1：1还原到数字孪生中的数字场景；

4、通过车路协同感知技术和车路协同通信技术，获取交通运行数据；通过大数据分析交通运行数据，得到车辆流量的趋势；通过态势研判模块对重点管控路段交通运行趋势、人车通行信息的分析预估及数据共享。

5、可选的，以分布式的形式存储数据输出子系统采集的数据至数据库的过程，包括：

6、设置数据库的数据属性信息读取节点；

7、当接收到数据输出子系统的写入指令时进行写入操作：将数据和对应属性信息写入数据库的存储节点，并将属性信息写入数据属性信息读取节点；

8、从数据库的存储节点读取数据和相应属性信息，并从数据属性信息读取节点读取属性信息；

9、当写入成功的存储节点的数量和写入成功的数据属性信息读取节点的数量之和超过写阈值时，视为写入操作成功，否则视为写入操作失败；按照数据的存储时间从存储节点和数据属性信息读取节点读取到的相同属性信息的数量超过读阈值时，视为读取操作成功，否则，视为读取操作失败。

10、可选的，应用程序对交通运行数据进行分析和处理的过程，包括：

11、通过数字孪生技术可将数据输出子系统的感知设备采集的交通数据与高精度地图结合，并构建关键路口、重点隧道或特殊路段的数字孪生模型，将真实世界1：1还原到数字孪生中的数字场景，并还原物理世界的运行规律；

12、对数字站点进行统一管理，实现全览数字站点空间分布，能够查看数字站点实时数据，支持数字站点场景快速跳转，动态查看站点周围道路和行驶车辆；

13、数字孪生建立的场景中同步还原重点路段的交通状态，结合视频监控、车辆跟踪、流量监测及统计分析工具实现城市交通的全息监控，直观呈现路段人车通行数据、拥堵情况、违章行为及信号机配时优化建议；

14、接入城市重点管控路段事故及事件监测数据，具备事故及事件的动态提醒、快速定位、历史回放以及趋势分析功能。

15、可选的，交通运行数据的处理的过程，包括：

16、通过车路协同感知技术和车路协同通信技术，获取交通运行数据；通过大数据分析交通运行数据，得到车辆流量的趋势；通过态势研判模块加强对重点管控路段交通运行趋势、人车通行信息的分析预估及数据共享，做到底数清、情况明及措施实；

17、对数字孪生的智慧交通管理提供运行监控，实时监控各应用服务系统、感知设备、视频监控及网络设备运行状态，具备告警集中监控、性能集中监控、监控策略管理及监控对象管理功能。

18、可选的，态势研判模块的数据处理过程，包括：

19、通过车路协同感知技术和车路协同通信技术，获取交通运行数据，交通运行数据包含：车辆流量及人员流量；

20、通过大数据分析交通运行数据，得到车辆流量的趋势，趋势包含：车辆流量增加、减少或无变化；

21、根据车辆流量的趋势，进行交通信号的调整，缩短车辆流量增加的行驶方向交通信号红灯显示时间，延长车辆流量减少的行驶方向交通信号红灯显示时间，车辆流量无变化维持当前交通信号灯显示时间；

22、通过传感器监测全息路口的空气湿度、空气温度及能见度；

23、分析以往的交通运行数据，预判当前时间段的交通运行数据。

24、本发明提供的一种基于数字孪生的全息路口管理系统，包括：

25、数据输出子系统，负责输出各个基础设施处理的数据；

26、分布式存储子系统，负责以分布式的形式存储数据输出子系统采集的数据至数据库；

27、应用程序运行子系统，负责为各个应用程序的支撑，实现各个应用程序的运维及维护；

28、交互通信子系统，负责实现展示终端和用户访问与应用程序的通信，也实现应用程序与应用程序之间的通信；

29、结果输出子系统，负责实现展示终端与用户访问的交互信息，展示交通治理的结果。

30、可选的，分布式存储子系统，包括：

31、节点设置模块，负责设置数据库的数据属性信息读取节点；

32、写入操作模块，负责当接收到数据输出子系统的写入指令时进行写入操作：将数据和对应属性信息写入数据库的存储节点，并将属性信息写入数据属性信息读取节点；

33、信息读取模块，负责从数据库的存储节点读取数据和相应属性信息，并从数据属性信息读取节点读取属性信息；

34、操作验证模块，负责当写入成功的存储节点的数量和写入成功的数据属性信息读取节点的数量之和超过写阈值时，视为写入操作成功，否则视为写入操作失败；按照数据的存储时间从存储节点和数据属性信息读取节点读取到的相同属性信息的数量超过读阈值时，视为读取操作成功，否则，视为读取操作失败。

35、可选的，交互通信子系统，包括：

36、全景展示模块，负责通过数字孪生技术可将数据输出子系统的感知设备采集的交通数据与高精度地图结合，并构建关键路口、重点隧道或特殊路段的数字孪生模型，将真实世界1：1还原到数字孪生中的数字场景，并还原物理世界的运行规律；

37、数字站点模块，负责对数字站点进行统一管理，实现全览数字站点空间分布，能够查看数字站点实时数据，支持数字站点场景快速跳转，动态查看站点周围道路和行驶车辆；

38、全息监控模块，负责数字孪生建立的场景中同步还原重点路段的交通状态，结合视频监控、车辆跟踪、流量监测及统计分析等工具实现城市交通的全息监控，直观呈现路段人车通行数据、拥堵情况、违章行为及信号机配时优化建议；

39、事件管理模块，负责接入城市重点管控路段事故及事件监测数据，具备事故及事件的动态提醒、快速定位、历史回放以及趋势分析功能；

40、态势研判模块，负责依托车路协同感知、车路协同通信及大数据分析信息技术获取数据、分析数据及运用数据，通过态势研判模块加强对重点管控路段交通运行趋势、人车通行信息的分析预估及数据共享，做到底数清、情况明及措施实；

41、设备管理模块，负责对数字孪生的智慧交通管理提供运行监控，实时监控各应用服务系统、感知设备、视频监控及网络设备等运行状态，具备告警集中监控、性能集中监控、监控策略管理及监控对象管理功能。

42、可选的，数字站点模块，包括：

43、站点空间分布子模块，负责实现数字站点场景中多个数字站点的三维分布；

44、站点数据查看子模块，负责查看数字站点实时数据，动态查看站点周围道路和行驶车辆；

45、站点快速定位子模块，负责实现某一个数字站点在数字站点场景的位置坐标。

46、可选的，全息监控模块，包括：

47、全域视频监控子模块，负责全息路口的三维场景内的范围的视频监控，实现全息路口的三维场景内的车辆及环境的视频数据的采集；

48、全域车辆跟踪子模块，负责全息路口的三维场景内的车辆的跟踪，实现车辆位置信息的跟踪，并在全息路口的三维场景中标注移动的位置及轨迹；

49、交通流量监测子模块，负责全息路口的三维场景内的交通流量监测，交通流量监测内容包含：路段流量和交叉口流量，将观测时间内分时段记录的交通量累计得到累计交通量，路段观测时应按车辆类型记录，交叉口观测时记录左转、右转和辆数；

50、车辆统计分析子模块，负责全息路口的三维场景内的车辆数据的统计和分析，统计和分析包含对车辆的出行规律、活跃时间段、活跃区域及落脚点，满足全息路口的三维场景内对不同维度车辆相关数据的分析需求；

51、车辆信息展示子模块，负责展示三维场景内的车辆的品牌、类型及型号。

52、本发明首先基础设施采集全息路口的交通运行数据，以分布式的形式存储数据输出子系统采集的数据至数据库；其次应用程序对交通运行数据进行分析和处理，并构建关键路口、重点隧道或特殊路段的数字孪生模型，将真实世界1：1还原到数字孪生中的数字场景；最后依托车路协同感知、车路协同通信及大数据分析等信息技术，获取数据、分析数据及运用数据，通过态势研判模块对重点管控路段交通运行趋势、人车通行信息的分析预估及数据共享。

53、本实施例实现了各个路口车辆行驶状况的数字化还原，实现了城市道路路口交通的精细化管理，实现了给予数字孪生技术的全息路口构建；通过确定车辆是否处于交通堵塞的情形，若存在交通堵塞，则进行调整信号灯配置等措施，实现了交通堵塞的智能化处理，而且解决的方式多种多样，丰富了权利路口管理系统的功能，也提升了系统的自动化控制水平；本实施例通过全息路口实时感知路口车辆的排队数据，可以通过智能计算路口的车道划分来实时改变车道属性，进而提高通行效率；针对路上的车辆，可以根据信号灯配置情况和信号方案情况，为其推荐最佳行驶速度，尽量实现不停车通过路口；此外，还可以向车辆推荐行驶路径，提前实现车辆换道，规避拥堵。

54、综上所述，本实施例的技术方案同步可视及模型推演，实现数据驱动决策；精准定制及信号优化，为应急救援护航，场景丰富及实景重现，加速智能驾驶落地；全城视野及全局规划，寻找治理拥堵的最优解；

55、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

56、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。