数字孪生技术在公路水路领域的探索

P1数字孪生技术在公路水路领域的探索ONTENTS

目录01

研究背景

总体思路

应用场景

发展思考 研究背景P2P301P41.1

政策背景国家、部持续完善交通数字化顶层架构，将数字孪生列为交通基础设施智慧升级核心技术明确在公路、水路领域全面推广数字孪生技术应用，构建实体交通与数字孪生并行的现代化交通体系交通运输部 交通运输部到2025

年，

全面实现公路数字化转型，建成实体公路和数字孪生公路两个体系。到2027

年，

构建公路设计、施工、养护、运营等“一套模型、一套数据”，基本实现全生命期数字化。《关于推进公路数字化转型

加快智慧公路建设发展的意见》2023年交通运输部

工业和信息化部

财政部自然资源部

生态环境部

水利部推动设施装备智慧化。研究制定智慧港口、智慧航道建设评价标准，推进高等级航道和具备条件的内河主要港口应用智能感知设备、数字孪生等技术，推动港航基础设施数字化、智慧化发展。《关于推动内河航运高质量发展的意见》2023年鼓励建设港口和航道数字孪生平台。利用BIM、地理信息系统（

GIS

）、物联网以及数字孪生等新技术，推进长江干线、西江航运干线和京杭运河等高等级航道船闸智慧化升级。《交通运输部关于加快智慧港口和智慧航道建设的意见》2023年2026

年作为

“十五五”

规划开局之年，数字孪生的政策定位实现升级，政府工作报告首次单列：明确提出“培育壮大新兴产业和未来产业，重点布局量子科技、具身智能、6G

及数字孪生等前沿领域”1.1

政策背景江苏省紧跟国家及部委部署，密集出台公路、水运专项实施方案，全域推进干线航道、重点港口、普通公路及长大桥隧数字孪生建设，依托三维数字化底座实现交通设施全要素智能化管控。2024年5月，江苏省交通运输厅印布《江苏关于推进公路数字化转型

加快智慧公路建设的实施方案》，提出搭建全省普通公路三维数字化平台，推进普通国省道、长大桥隧三维数字化，明确2025年底普通国省道三维数字化率达100%。2026年3月，江苏省交通厅发布《人工智能+交通运输行动方案》，明确推进多模态视觉AI算法技术与日常自主巡检、安全隐患动态识别及智能处置等管控措施融合，构建智慧工地、施工动态数字孪生模型等应用场景。2024年5月，江苏省交通运输厅印发智慧航道、智慧港口两项实施方案，统筹推进水运领域数字孪生建设。航道领域推动京杭运河江苏段打造数字孪生航道，依托感知网络实现通航仿真、安全预警与远程管控；港口领域统筹南京港、苏州港、连云港港等重点港口，运用数字孪生技术开展作业仿真、智能调度、设备监测及应急推演。P51.2

行业发展数字孪生的基本要素与作用机制数字李生起源于航空航天领域，定义为一个充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，以刻画和反映相对应物理系统的全生命周期过程。数字孪生的产生1.

核心定义数字孪生（Digital

Twin）是一种通过数字化方式创建物理实体的动态虚拟模型。它利用实时传感器数据和算法，实现对物理实体全生命周期的监控、仿真、预测与优化，构建一个与物理世界实时同步、双向交互的“虚拟镜像”。P61.2

行业发展数字孪生与工业4.0基于数字孪生的全生命周期智能制造工业4.0即综合利用数字孪生、工业机器人、物联网等技术，将制造业向智能化转型，贯穿产品全生命周期，实现基于模型的产品设计优化、自动生产、智能运维。结构应力、应变三维模型计算自动加工，加载三维模型机床自动生成优化设计参数P应7力监测，三维模型降低测点需求，增强监测精细度工业数字孪生：模型→优化→生产P81.2

行业发展数字孪生与智慧水利◼

丹江口工程数字孪生平台与“四预”智能业务应用紧密围绕大坝安全、水质安全、库区安全，深度融合数字孪生汉江流域，全面实现“四预”功能，耦合水文预报与三维水动力水质模型，形成水质污染扩散模拟、地质灾害预演预测等。◼

数字孪生曹娥江流域防洪应用“降雨-产流-汇流-调度-演进”全过程模型，构建了流域GIS三维大场景，预报水位与洪峰水位31.15米仅相差5厘米，“轩岚诺”“梅花”8小时实战中，根据气象预报滚动生成防预案200余。◼

潭江流域闸库群防洪潮联合调度以恩平城区等为重点防洪保护对象，以流域大中型水库群、潭江干流水闸为调度对象，构建气象—水文—水动力集一体的入库径流预报及其洪涝延伸预报平台，开展22座大中型水库、6宗水闸、250公里潭江干流及重点支流综合预报调度模型建设。水利数字孪生：模型→预报→预案→调度，2025年12月17日，人民网报道了水利部官方发布会的内容：数字孪生水利体系框架基本形成，数字孪生三峡、南水北调、小浪底、丹江口、大藤峡等11个重点工程投入实战应用。

49处数字孪生灌区先行先试230个数字孪生农村供水工程建设，12座智能大坝建设。P91.2

行业发展数字孪生与智慧水路航道交汇处大场景立体监测过闸安全智控系统水路数字孪生：模拟→感知→智控→决策在航道基础设施方面，主要应用数字李生技术进行全生命周期的航道整治，包括航道协同化设计、参数可视化施工、动态管理与维护、虚拟航标等，提高航道运维的智能化程度。在港口枢纽方面，结合GIS和BIM技术进行了智慧港口设计、规划、修建和运维全生命周期管理的数字李生应用探索，重点对港口内集装箱、地形地貌、环境特征等全要素进行1:1孪生体构建和实时数据驱动，提供不同类型港口业务仿真与分析。1.2

行业发展数字孪生与智慧公路◼

运行监测系统-

仿基于雷视一体的车流数字孪生重点车辆监控事件监测（交通事件）◼

智慧管控系统-

控隧道风机群效能调控系统恶劣天气检测处置机电设备维修◼

智慧决策系统-

优机电设备故障诊断隧道交通流分析隧道意外事件分析◼

应急处置系统-

预应急指挥调度应急预案管理预案仿真推演雷视融合识别重型货车、油罐车、大巴车等危化品车辆，基于数字孪生隧道对特殊车辆进行全程跟踪，实时复现车辆轨迹，监管车辆违法行为。对设备故障的自动检测、及时报警、故障预警和故障分析，对设备资产进行全生命周期的精细化、透明化、可视化管理。公路数字孪生：感知→跟踪→预警→处置1.3

需求分析类别里程（公里）说明公路总里程15.9

万公里位居全国前列，路网密度全国领先高速公路里程约5500公里实现“县城通”

全覆盖，10

万人口以上城镇

100%通达普通国省道里程约

1.4

万公里一级公路占比

79.2%，占比全国第一农村公路里程约

14

万公里基本实现规划发展村庄双车道四级公路全覆盖指标里程数据说明内河航道通航总里程2.4

万公里约占全国

1/5，里程和密度均居全国之首等级航道里程约8800

公里约占全国

1/7，为全国内河航道等级化水平最高的省份之一三级及以上干线航道里程约2700

公里通达全省

87%

以上县（市、区），是“水运江苏”

的核心骨架二级及以上高等级航道里程约1100

公里路网规模大、设施种类多、数据孤岛严重、管养效率航道环境复杂、通航安全风险高、应急响应慢、养护成本高111.3

需求分析大规模路网、航道的泛在服务不足服务难立体空间下的精细管理不足管理难复杂场景下的精准决策不足决策难地下管线航道隧道船闸通航建筑物精准化触达车道级服务船舶导航服务叠加分析水淹分析缓冲区分析等高线分析数字孪生是实现公路水路精细管理、精心服务、精准决策的重要手段。便携过闸服务互通枢纽总体思路022.1

总体框架GPU服务器工具提供，数据支撑云资源调度·····基础引擎二三维数据管理物联数据接入统一服务门户三维数据处理数据治理场景搭建场景美化数据轻量化语义化数据处理建模矢量数据制作倾斜模型原始影像三维中心线操作数据采集水下多波束采集低空航摄采集车载激光雷达采集·····（使用底座工具）BIM手工建模三维连续表面模型空三加密成果检查三维单体模型 ·····硬件支持 云渲染计算资源池数

据建模

数字底座孪生底座看板孪生应用航道立体可视化监测伴随式三维导航助航服务·····公路驾驶舱展示公路资产管理公路规划建设管理公路养护管理安全应急管理出行服务管理公路业务应用水路业务应用数字孪生底座全流域可视化调度·····交互式养护巡查船闸运营管控应用集成，统一管理利用底座，治理模型模型积累，统一管理应用建设单位底座建设单位数据建设单位孪生应用：集成至底座产出特色应用成果服务业务需求P14数字底座：省统一建设产出共性工具WebGL、高渲染两端两引擎数字孪生开发数据建模：利用底座工具产出模型构建成果积累复用成果底座统一管理应用场景033.1

公路数字孪生应用大屏端三维模型展示P基16于先进的游戏引擎和多源行业数据融合成果，实现路网管控运维、应急调度指挥、精细养护管理和综合决策分析的“一屏统1管6

”。3.1

公路数字孪生应用17公路驾驶舱江苏省普通公路决策分析针对公路业务数据相对分散、无法快速获取全局视图与精准数据支撑的痛点，基于人工智能技术，通过数据整合与智能问数，实现一图统览关键指标，秒级查询关心数据，例如通过自然语言直接提问“昨天事故高发路段是哪里？AI智能助手即可秒级返回结P果17，同时还能辅助分析原因，大幅提升辅助决策效率。可对接桥梁健康监测、路侧视频监控等场景数据。3.1

公路数字孪生应用18公路驾驶舱江苏省普通公路决策分析以桥梁健康监测为例，将针对当前桥梁健康监测存在的无法直观看到预警所在位置的问题，通过与省桥梁结构监测平台对接，将桥梁健康监测数据对应到桥梁三维模型上，实现从传统二维平面呈现到三维立体展示升级，精准展示预警位置，为桥梁精细化管P理1注8

入动能。3.1

公路数字孪生应用19公路规划建设管理针对传统或表格难以直划道路与现状有路网的空间易产生冲突或等问题，基于化实现规划道里程分类统计更加直观的可二维图纸观表达规地形、已关系，容衔接失误三维数字路绘制、等，实现视化决策。江苏省普通公路决策分析江苏省普通公路决策分析针对传统二维图纸或表格难以直观表达规划道路与现状地形、已有路网的空间关系，容易产生冲突或衔接失误等问题，基于三P维19数字化实现规划道路绘制、里程分类统计等，实现更加直观的可视化决策。3.1

公路数字孪生应用20公路资产管理江苏省普通公路决策分析针对公路资产管理存在的信息分散、查询不便、档案碎片化痛点，基于三维可视化技术，通过信息挂接、全周期档案关联与空间可视化统计，实现资产从分散到集中、从平面到立体的数字化管理，达到高效检索、直观感知与精准分析的效果，为运维决策提P供20全息支撑。3.1

公路数字孪生应用21公路养护管理公路养护管理针对当前养护大中修管理数据与空间脱节，历史数据未有效积累的问题，基于三维数字化和人工智能技术，实现养护大中修剖面图纸快速转化为效果图，将效果图以及业务系统数据同时挂接到三维模型上，助力资产全寿命周期信息沉淀，提升养护决策科P学2性1。3.1

公路数字孪生应用22出行服务管理务设施状态摸滞后等数字化，实现视频监流量、情况的，通过了解大服务区行服务针对当前服管理存在的运行不准、异常发现问题，基于三维和人工智能技术服务区、停车区控、车流量、人充电情况、停车精细化映射管理AI智能助手快速流量期间，哪些即将饱和，为出提供支撑。江苏省普通公路决策分析针对当前服务设施管理存在的运行状态摸不准、异常发现滞后等问题，基于三维数字化和人工智能技术，实现服务区、停车区视频监控、车流量、人流量、充电情况、停车情况的精细化映射管理，通过AI智能助手快速了解大流量期间，哪些服务区即将饱P和2，2

为出行服务提供支撑。3.2

水路数字孪生应用航道立体可视监测解决现有航道运行监测集成度不高，

综合研判难问题，

构建航道水上、水下、空中的监测、预警、预报一张图

，

实现 “问题图上说、资产图上看

、

方案图上做、业务图上管“。3.2

水路数字孪生应用全流域可视化调度面向全流域，

接入数字船闸、数字锚地、数字服务区、数字港口，

建设船闸统一调度、泊位智能管理、应急指挥调度、调度信息服务等功能，

实现在船闸集控中心的全航段平时、应急一图统管。⚫船闸统一调度过闸登记、自动排挡、过闸收费、退费排挡、过闸确认、优先过闸...⚫泊位智能管理停泊区设置、禁停区设置、泊位容量监测、停泊航行诱导...⚫应急调度指挥应急预案、应急处置、数字孪生回溯、应急归档评估...⚫调度信息服务多闸统一缴费、停泊信息服务...3.2

水路数字孪生应用全流域可视化调度船舶登记调度计划开闸阀门船舶进闸关闸阀门船舶出闸3.2

水路数字孪生应用基于BIM+GIS模型，将建设数据、养护数据、运营数据集中管控、展示与应用，实现养护作业、养护问题、养护数据快速查询等养。交互式养护巡检建设船闸、护岸构件级模型，打通建设期和运营期的基础属性、监测数据、评价数据、决策数据、预警数据，形成设备资产的数字化管理与决策分析能力，为科学合理精细养护提供决策依据。3.2

水路数字孪生应用运行设施实时监测人工对运行设施核查形成设施诊断分析交互式养护巡检综合利用智能感知、演化分析、数据模型等技术，结合人工核查，实现船闸闸门、阀门、泵站等核心运转件服役寿命的可视化化、智能化分析，为船闸养护（小修、大