数字孪生高速公路隧道三维数字化应用

一、前言

近年来，随着经济社会数字化转型进程的深入推进和数字经济的蓬勃发展，5G、大数据、工业互联网、数字孪生等新型基础设施建设进入快车道，推动了千行百业向着数字化、网络化、智能化方向发展。特别是5G和数字孪生技术的融合发展，为打造物理对象全连接与运行状态实时感知提供了可能。

依托数字孪生理论与技术体系，高效实现数据感知采集、集成分析、动态管理和可视呈现，挖掘全社会生产生活要素和产品全生命周期的数据潜力，成为推动各垂直行业“数智化”转型的典型应用场景之一。

我国为世界上城市隧道数量最多、建设规模最大的国家，隧道在城市交通中发挥的作用越来越大。然而隧道建设周边环境复杂、内部空间狭窄，近似封闭。当车辆驶入时,由于光照、环境、空气等变化，极易引发危险驾驶等安全事故。传统隧道信息化建设不足,导致隧道安全风险感知薄弱、应急救援效率低下等问题日益凸显。如何借助数字孪生技术加强隧道安全风险感知、构建智慧隧道监管运营非常关键。

二、项目背景

数字孪生隧道综合监控以三维地理信息引擎为基础，结合隧道建筑模型，通过对接隧道视频系统、智能感知设备等,实时监测隧道内的交通、车辆、环境状况,精准识别隧道交通事故、交通违章、火灾、隧道病害等事件,及温湿度、风速、照明、烟雾等异常指标,并及时发布预警。确保操作人员频繁手动控制的问题得到解决，也可以在实景基础上进行沉浸式浏览，对隧道内车辆、设备、环境一体化综合监控呈现。下面以某隧道项目为例，介绍三维数字化逆向建模的全流程：

三、项目实施流程

一、数据采集

通过三维激光扫描和倾斜摄影测量技术，获取真实世界中目标的空间三维模型，通常为点云；

图1：外业扫描完成

二、模型制作

1.使用三维建模软件，以点云模型为参考，制作高精度三维模型。

图2：基于高精度点云逆向建模

2.隧道内部设备制作（隧道内部消防，变电箱，指示灯，风机等设备按照点云位置摆放）

图3：隧道内部设备展示

3.利用倾斜摄影模型制作隧道外山体

图4：山体模型线框显示

图5：山体模型真实显示

图6：隧道模型出入口处展示

4.模型可视化导入平台（可以实现对隧道内部设备进行管理，消防预警，车辆信息变化，噪声检测等功能）

图7：可视化平台展示-1

图8：可视化平台展示-2

四、项目总结

采用三维数字化建模后导入相关引擎进行隧道检测，管理，预警，处理等技术，实现隧道空间基础设施数字化建模，同时实现进出隧道以及在隧道内车辆的监测，并在隧道孪生体中实时映射，从而实现隧道内通行车辆全域感知，改善洞内交通管控，提升应急处置效能。改变了传统的隧道运维采用“人工目测巡检+专检+定检”的方式，改善了有些地方采用拍照上传的方式实现定位维修处理的情况。

三维数字建模技术在面向数字孪生方面中的建筑物建模（地下空间、智慧工厂、数字校园、数字园区）电力（变电站）等设备设施建模，工业设计建模等，面向文物古建筑保护方面的寺庙、桥梁、古老民居建筑等方向发挥着越来越重要的作用，为数字中国的建设提供了强有力的技术支持。灵活应用于智能制造、智慧城市、智慧交通、智慧农业、智慧水务、智慧电力、智慧消防以及智能家居等多种数字孪生应用场景中，丰富的行业模板与行业组件可轻松应对多种复杂场景，帮助非专业的开发人员通过图形化的界面轻松搭建专业水准的可视化应用。