在Providentia++項(xiàng)目(是德國(guó)聯(lián)邦運(yùn)輸和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施部在德國(guó)的數(shù)字測(cè)試領(lǐng)域駕駛”項(xiàng)目。 )中，慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的研究人員與工業(yè)伙伴合作開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)技術(shù)，以鳥(niǎo)瞰交通狀況的方式補(bǔ)充基于車載傳感器輸入的車輛視角。這提高了道路安全--也適用于自動(dòng)駕駛。

對(duì)自動(dòng)駕駛的期望是明確的。法雷奧公司德國(guó)駕駛高級(jí)研究主管約爾格-施雷普費(fèi)爾（J?rg Schrepfer）說(shuō)："汽車不僅要在低速行駛時(shí)安全，而且要在快速移動(dòng)的交通中安全行駛。例如，當(dāng)物體從卡車上掉下來(lái)時(shí)，汽車的 "自我中心 "視角往往無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)碎片。在這種情況下，將很難執(zhí)行順利的回避行動(dòng)。Providentia++項(xiàng)目的研究人員在過(guò)去五年半的時(shí)間里得到了聯(lián)邦交通和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施部（B+MDV）在自動(dòng)駕駛和網(wǎng)絡(luò)化駕駛資助項(xiàng)目下的支持，他們開(kāi)發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)，將交通狀況的額外觀點(diǎn)傳送到車輛中。"

利用架空標(biāo)志橋和桅桿上的傳感器，我們已經(jīng)在我們的測(cè)試路線上創(chuàng)建了一個(gè)可靠的實(shí)時(shí)數(shù)字孿生交通狀況，并全天候運(yùn)行。"項(xiàng)目牽頭經(jīng)理TUM的阿洛伊斯-克諾爾（Alois Knoll）教授說(shuō)："有了這個(gè)系統(tǒng)，我們現(xiàn)在可以用外部視角--鳥(niǎo)瞰來(lái)補(bǔ)充車輛的視野，并將其他道路使用者的行為納入決策。

將數(shù)字孿生傳輸?shù)狡囍校罕M量減少時(shí)間滯后

這遠(yuǎn)非小事一樁：數(shù)字孿生子需要知道傳感器站信息被傳送到的車輛的確切位置。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，項(xiàng)目合作伙伴法雷奧公司使用了一個(gè)IMU-GNSS系統(tǒng)（慣性測(cè)量單元-全球導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)），由一個(gè)測(cè)量單元、一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和一個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)套件組成。施雷普費(fèi)爾解釋說(shuō)："通過(guò)這種方式，我們實(shí)時(shí)創(chuàng)建了一個(gè)坐標(biāo)系，精確到最近的厘米。"

為了同步來(lái)自車輛和測(cè)量站的數(shù)字孿生的信息，研究人員使用了UTC標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)為協(xié)調(diào)時(shí)間提供了一個(gè)統(tǒng)一的基礎(chǔ)。理想情況下，數(shù)字地圖會(huì)像第二層一樣疊加在汽車的視角上。然而，整個(gè)系統(tǒng)中的時(shí)間滯后（延遲）是無(wú)法完全避免的。從傳感器的物理檢測(cè)和數(shù)據(jù)的處理到無(wú)線電傳輸?shù)杰囕v，時(shí)間都在流逝。數(shù)據(jù)被打包、編碼和傳輸，然后在車上解碼。其他條件也在起作用，如車輛與測(cè)試路線上的發(fā)射塔的距離以及數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的交通量。在最近的一次示范運(yùn)行中，法雷奧與LTE（4G）無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)合作，這導(dǎo)致了100至400毫秒的延遲。

施雷普費(fèi)爾說(shuō)："這些延遲永遠(yuǎn)不可能被完全消除。然而，智能算法將有所幫助。未來(lái)當(dāng)我們有了5G或6G電信標(biāo)準(zhǔn)的全面覆蓋時(shí)，結(jié)果會(huì)更好。"

原型可用于實(shí)時(shí)數(shù)字孿生

Providentia++研究項(xiàng)目已經(jīng)為在車輛中使用這些數(shù)據(jù)創(chuàng)造了條件。其目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)具有實(shí)時(shí)能力的可擴(kuò)展和高度可用的交通狀況數(shù)字孿生體。為此，該團(tuán)隊(duì)在慕尼黑郊外的Garching建立了一條3.5公里的測(cè)試路線，由七個(gè)傳感器站組成。該原型的開(kāi)發(fā)是為了在需要時(shí)允許系列化實(shí)施。

研究人員正在使用分散的數(shù)字孿生。這使得測(cè)試路線可以擴(kuò)大或延伸到任何需要的長(zhǎng)度。

為了處理每秒數(shù)千兆字節(jié)的數(shù)據(jù)量，他們創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)據(jù)處理概念，優(yōu)化了多個(gè)CPU和圖形卡（GPU）之間的負(fù)載分配。

傳感器的校準(zhǔn)和跟蹤算法的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了特殊的編程挑戰(zhàn)--這些任務(wù)是沒(méi)有軟件的。"我們現(xiàn)在使用的是基于高分辨率路線圖（HD地圖）的自動(dòng)校準(zhǔn)過(guò)程。它以前并不存在，所以我們必須開(kāi)發(fā)它，"來(lái)自TUM機(jī)器人學(xué)、人工智能和實(shí)時(shí)系統(tǒng)講座的技術(shù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人文卡特納拉揚(yáng)-拉克希納拉希曼（Venkatnarayanan Lakshminarashiman）解釋說(shuō)。

來(lái)自TUM的聯(lián)合體負(fù)責(zé)人克諾爾教授對(duì)結(jié)果非常滿意。他說(shuō)："數(shù)字孿生已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)入項(xiàng)目開(kāi)發(fā)階段。這個(gè)概念在24/7的操作中可靠地工作，不僅適用于高速公路，也適用于二級(jí)公路和交叉口周圍"。