2022-11-04 13:10

交通元宇宙的星辰大海——助力综合立体交通

1.6万

引言


“交通”一词由来最早可追溯于《易经·泰卦》的“天地交而万物通”,本意是因为有天地的阴阳交合,才有万物的生养畅通。后人逐渐用“交通”表达“互为贯通,交往,勾结”之意,陶渊明在《桃花源记》中写道“阡陌交通,鸡犬相闻”,其中的往来通达之意延续至今。现代人理解“交通”一词主要也是指从事旅客和货物运输及语言和图文传递的行业,包括运输和邮电两个方面,在国民经济中属于第三产业。运输行业包括铁路、公路、水路、空路、管道五种方式,而邮电包括邮政和电信两方面内容。

据《史记》记载,河南省南阳市方城县的“夏路”是中国历史上最早的公路,素有“中国历史上第一条公路”的美誉。而始建于公元前212年(秦始皇三十五年)的“秦直道”,从现今的陕西省咸阳市淳化县-内蒙古包头市的孟家湾村,长七百多公里,路面宽20-60米,则是专为军事用途修建的国防大道。而俗语常说的“条条大路通罗马”的罗马大道,则是在公元前500年开始,随罗马共和国及罗马帝国版图的扩大而修建和延伸,成为罗马军队、官员及平民带来便捷的交通路径,更促进陆上通讯及贸易。

我在上一篇文章《交通元宇宙的星辰大海(一)——促进高质量发展》中主要讲解了元宇宙赋能交通领域的意义,而在本文中我将详细讲解元宇宙在铁路、公路、航空、水运和管道等交通,以及在建设中国综合立体交通中的应用。


一、元宇宙助力中国综合立体交通建设


建设现代化高质量综合立体交通网络是中国交通发展国家战略,是通过国土空间规划的立体化指引,统筹铁路、公路、水运、民航、管道、邮政等基础设施规划建设,以多中心、网络化为主要形态,实现多层次、资源配置优化、立体互联、高韧性的立体交通网络。主要由城市群交通网、农村交通基础网、交通枢纽中心构成。

城市群交通网是由干线铁路、城际铁路、市域(郊)铁路、城市轨道交通等铁路交通;城市快速路、主次干路、支路级配和结构合理的城市公路网;城市步行道和非机动车道;城市停车设施,充电、加氢、加气、加油和公交等站点设施构成。农村交通基础网,主要由四级公路和村组硬化路组成,同时在资源丰富和人口相对密集的贫困地区建设铁路交通。新建、改建农村公路超过147万公里,新增通客车的村超过3.3万个,具备条件的乡镇和村全部通硬化路、通客车,快递网点基本覆盖全部乡镇、村实现直接通邮。在具备旅游、农业作业、应急救援等条件的地区建设通用机场建设。交通枢纽中心则依靠类似京津冀、长三角、粤港澳大湾区等大型城市群的国际海港枢纽、航空枢纽、铁路枢纽和邮政枢纽等疏运体系构成。

交通元宇宙的价值在于将在更广域的时间和空间范围内通过建立数字化交通基础设施,实现立体交通基础设施融合。时间范围是指在交通基础设施的设计、建造、运维等全生命周期;空间范围则包括:代表建筑属性的BIM、地理属性的GIS信息、测绘信息、地质信息等;更广域是指相对传统交通基础设施建设以设计、承建等相关单位为主要信息域而言,更加广阔的数据贯通和融合,理论上应该包括:国土面积、空域、海域等相关交通参与主体共同维护的数据空间。


1、元宇宙助力铁路交通基础设施建设


从2008年8月1日,京津城际高速铁路正式开通运营,中国高铁历经12年的发展,到2020年运营总里程突破3.8万公里,位居世界第一。但同时,有10万公里铁路里程依然是普通铁路。一直以来,中国铁路基础设施建设就是客货并重、新建改建并举、高速普速协调发展,老旧开放式普通铁路与全封闭高速铁路长期共存局面。由于中国中西部铁路网覆盖水平仍然很低,资源聚集区、脱贫地区对普速铁路建设需求旺盛,开发性铁路,支线和干线辅助铁路的优化建设也是未来铁路发展重点。未来中国铁路建设是以高铁“八纵八横”为骨干网络,普速铁路为补充的协同建设思路,需要充分考虑经济性、效率、全局统筹的运输需求,避免重复建设和资源浪费。

但区域经济差异化、运输需求差异化、国土地理空间差异化、铁路技术差异化等,都增加了铁路运营网络统一协调发展困难。基于元宇宙的则是通过广域物理空间映射、多维逻辑空间关联,将空间、时间、需求、经济、产业、技术等综合判断因素,整合在统一的铁路交通网络中。通过虚拟空间的模拟和仿真,寻找最优线路和技术。


2、元宇宙助力公路交通基础设施建设


目前,中国以国道、省道为主体,“五纵七横”覆盖国土全境的干线公路网络基本建成,中国公路基础设施建设从里程优先向质量优先转型。例如:繁忙拥挤的干线公路需要实施不间断的扩容改造,需要增加并行线、联络线以及待贯通路段建设;低等级公路的提质升级,农村道路的硬化、拓宽;口岸、枢纽、产业园区、旅游景区专线覆盖。

高质量的干线公路扩容与改造需要精确分析道路流量,需要动态安排、调度保障道路的连续性。支线与村组“毛细”公路修建、升级、硬化和拓宽,需要准确分析当地人口和产业格局,不能干扰正常农业生产活动。专线公路的修建则需要根据口岸、枢纽、产业园区、旅游景区的产业活动的大数据跟踪分析确定最佳路线,避免重复建设、资源浪费。公路的高质量建设离不开对多维度数据的综合分析,利用元宇宙的多维空间特性,将经济活动、产业结构、人口变化等多元社会属性与公路现状、技术条件等公路建设属性一起放到一个广域空间实现综合评估与分析,利用网络数字孪生技术,可仿真模拟时间维度的道路建设变化,从而助力道路的高质量建设。


3、元宇宙助力航空交通基础设施建设


截至2020年,中国境内运输机场共有241个,拥有9814条境内航线,辐射面积已覆盖境内主要省市自治区。未来航空交通基础设施建设将主要集中在进一步推动区域机场群协同发展,建设京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝等世界级机场群;加强枢纽机场改扩建,提供枢纽机场综合保障能力;精细化机场布局,建设支线机场和专业货运枢纽机场,提升综合性机场货运能力和利用率;大力发展通用航空与低空旅游、应急救援、医疗救护、警务航空等跨行业的融合性产业等方向。

由于中国的空域管理仍处于军航管理体制,民航局并没有空域的管理权,而对比美国民航空域开放约为70%-80%的占比,中国大约只有20%-30%的空域是开放给民航使用的,所以空域资源紧张和核心机场的高负荷运行,一直是中国民航交通运营瓶颈的根源。

通过元宇宙,主要可以在航空基础设施建设的规划和空域精确化管理方面提供新型技术支持。由于航空基础设施建设的发展已经不再局限于航空领域本身,机场群、枢纽中心、产业聚集地、旅游经济以及救灾、应急等特殊场景,都需要综合人口、社会、经济和地理气候等多维要素综合判断,利用元宇宙在多维空间中差异化信息的包容性和海量数据资源,可为航空基础设施建设提供有效数据支撑,避免重复建设和资源浪费。由于中国民航可用空域占比较低,为进一步优化航路航线,加强军民精确化空中交通管理,进一步细化和缩小RVSM(Reduced Vertical Separation Minimum),在保障空中交通安全垂直距离基础上,提高航路带宽,缓解空域瓶颈,提高管理效率。元宇宙利用在空、地资源整合、数字孪生建模和3D成像方面的优势,为“所见即所得”的空中交通管理提供数据、视觉、操作的精确化、透视化支撑。


4、元宇宙助力水运交通基础设施建设


截至2020年,中国内河航道通航总里程12.77万公里,内河货运量达到38.15亿吨,位居世界第一;海运船队运力规模达3.1亿吨,位居世界第二位;港口货物吞吐量完成145.5亿吨,港口集装箱吞吐量完成2.6亿标箱,均居世界第一。总体上看,目前中国的内河运输通航里程趋于饱和,海洋运输欠缺集群化、专业化和功能性码头的建设。未来中国海洋运输发展重点在打造集合沿海区域资源整合和共享、功能化、服务化、一体化的世界级港口群;重点能源、矿产、粮食等专业化港口和航道,以及相关仓储和铁路、管道等其他载具的转运、接驳设施建设。内河运输发展则将以航道扩容、升级和畅通保障为发展方向,完善内河高等级航道网络,提高航道网出海能力,建设支流航道和库湖区航道、内河旅游航道、便民码头等。

打造沿海区域资源整合和共享的港口群,需要集成沿海产业结构和经济资源数据;建设功能化、服务化、一体化的专业码头和相关辅助配套设施,涉及接卸、仓储、转运等多维交通资源和服务的融合;内河航道的扩容升级需要在广域的国土空间内动态监控航道状态;提高内河航运在旅游、便民等的功能性服务需要融合当地旅游与人文数据。

元宇宙为水运交通基础设施提供了港口、内河航道、内湖、海洋资源等地理资源映射,由点、线、面构成的内外连接的水运数字化网络;提供了区域经济、社会文化、人口结构等逻辑资源映射的区域数字化社会网络;提供了智能仓储、智能物流、旅游等服务资源映射的数字化服务网络;从而构成物理、逻辑、服务三位一体的水运数字化基础设施。


5、元宇宙助力管道交通基础设施建设


截至2020年底,中国油气长输管线总里程达到16.5万公里,其中原油管线为3.1万公里,成品油管线3.2万公里,天然气管道10.2万公里,初步建成西油东送、北油南下、海油上岸,西气东输、川气出川、北气南下的油气管道运输网络。同时,中国也是一个油气进口大国,2020年,中国原油进口54238.6万吨,天然气进口量10166.1万吨,持续增加,还需要保障东北、西北、西南和海上四大油气进口通道高效和畅通。老旧管道的完善与维护,智能管道的互联互通,支线管道与“毛细”管道市县全覆盖,也将是未来管道交通基础设施的建设重点。

随着碳达峰、碳中和任务的加紧实施,清洁能源的占比逐步升高,管道运输作为高效、绿色的运输方式,将由横跨境内境外、陆地海洋,由北至南、由西至东的能源主干大动脉和密布城乡的支线、“毛细”管道网络组成,具有跨地理位置与城乡建设差异化特性。基于元宇宙的地理空间、气候空间、城乡建设空间的网络数字孪生,将为管线的环评、选址、铺设、运营提供前期的模拟和评估;基于元宇宙的VR、AR等3D成像设备为管线的日常维护提供穿透式的安全检查和风险告警。

6、元宇宙网络数字孪生实现交通数字化运维


交通系统是公认的复杂系统工程,其中建设阶段涉及通道、载具、隧道、桥梁、电气、控制调度、环测等多个子系统和建设方。例如:全世界能独立完成高铁修建的国家不超过5个。虽然在交通建设阶段可根据项目计划、设计图纸、设计标准、产品标准等方式统一协调建设状态,保障项目质量和工期,但在运营阶段则存在通道、载具、隧道、桥梁、电气、控制调度等多个运营状态动态同步难的现实问题。

2017年,德国铁路股份公司(Deutsche Bahn AG,简称DB),就开始实施“数字化维护”计划,积极推进数字孪生战略在铁路运营中的使用。其中,DB Systel、DB Systemtechnik 以及Digital Rail Germany团队创建了“数字列车孪生”项目,通过在机车制造厂、机车维修工厂、轨道养护单位、调度控制单位、运输服务单位等多个运营参与方之间构建全数字化运维模式的机车历史状态、机车实时状态、轨道基础设施状态、调度控制状态、维修状态、运输服务状态等数字孪生,实现铁路全时空维度下的运维新模式。

元宇宙的数字孪生是在更大范围内的网络内建立虚实共生关系,而在为交通运营建立网络数字孪生则是数字化交通基础设施建设的必要步骤。交通网络数字孪生将不同地理空间的环境数据,铁道、桥梁、隧道、机车等动态数据实例化,建立基于海量实例化的交通数字孪生体,从基础设施的全生命周期和全时空范围内监测交通运输的安全运营,实现统一协调的全数字化运维模式。


7、元宇宙实现多维交通数字空间融合


截至2020年底,中国铁路运营里程达14.6万公里,其中高速铁路运营里程3.8万公里;公路通车总里程达519.81万公里,其中高速公路通车里程16.10万公里;中国境内运输机场(不含香港、澳门和台湾地区)共有241个,拥有9814条境内航线;中国内河航道通航总里程12.77万公里;中国油气长输管线包括国内管线和国外管线,总里程达到16.5万公里。这是一个分散在960万陆地平方公里和300万海洋国土面积,横跨天地之间的密集交通网络。

作为国家统筹综合交通通道规划建设需求,为了强化国土空间规划对基础设施规划建设的约束和规范,节约利用通道线位资源、岸线资源、土地资源、空域资源、水域资源,促进交通通道由单一向综合、由平面向立体发展,减少对空间的分割,提高国土空间利用效率,交通基础设施的融合势在必行。

由于铁路、公路、航空、水运、管道等交通基础设施属于物理实体,这里的融合是指数字空间的融合。在元宇宙中的通过交通枢纽元实现多种运输方式的相互协同、深度融合;实现铁路、公路等线性基础设施的线位统筹和断面空间整合;实现综合交通通道与通信、能源、水利等基础设施整合,提高通道资源利用效率;实现综合交通枢纽及邮政快递枢纽统一规划、统一设计、统一建设、协同管理;实现综合客运枢纽各种运输方式集中布局,实现空间共享、立体或同台换乘,打造全天候、一体化的换乘环境;实现综合货运枢纽多式联运换装设施与集疏运体系建设,统筹转运、口岸、保税、邮政快递等功能,提升多式联运效率与物流综合服务水平。


二、元宇宙实现出行即服务


交通服务是将交通资源整合包装为产品向最终客户提供价值持续输出的过程。主要包括:货运服务和客运服务两大类。根据中国国家统计局数据显示,2020全年中国货物运输总量463亿吨,其中铁路44.6亿吨,公路342.6亿吨,水运76.2亿吨,民航676.6万吨。2020年全年营业客运总量96.65亿人次,其中铁路22.03亿人次,公路68.94亿人次,水运1.50亿人次,民航4.18亿人次。从数据上不难看出在中国,公路运输无论货运还是客运都是人们的首选。分析原因,除去大宗商品运输外,在更多的货运、客运场景中,公路运输的便捷性、舒适性和实时性优势更加明显。

在中国未来综合立体交通网规划中,货运服务发展方向是追求绿色、高效、低成本和“门到门”,即:通过优化运输结构,推进枢纽中心、港口等集疏运铁路、物流园区及大型工矿企业铁路建设,推进大宗货物及中长距离货物公路运输向更环保和低成本的铁路和水运迁移;推进电商物流、冷链物流、大件运输、危险品物流等专业化物流服务发展,促进城际干线运输和城市末端配送有机衔接,鼓励发展集约化配送服务;同时推动铁水、公铁、公水、空陆等联运发展,通过发挥铁路、水运低成本优势、航空运输高效优势和公路运输“门到门”优势,形成交通融合优势互补的现代物流网络。

在中国未来综合立体交通网规划中,客运服务发展方向是快速化、便捷化、舒适化。寄:通过以高铁、航空为代表的大容量、高效率区际快速客运服务,提升主要通道旅客运输能力;提高铁路、航空的干支线衔接能力,提升旅客运输的便捷性;通过机场、车站、港口的服务能力和品质,提升旅客出行的舒适性;提高城市群内轨道交通通勤化水平,推广城际道路客运公交化运行模式,打造旅客联程运输。通过推进城乡客运服务一体化,提升公共服务均等化水平,保障城乡居民行有所乘。

在新业态、新技术影响下的交通运输“出行即服务”的专业化、场景化发展趋势中,交通运输与旅游融合发展、互联网+运输服务发展是最为典型的场景。即:通过推动旅游专列、旅游风景道、旅游航道、自驾车房车营地、游艇旅游、低空飞行旅游等发展,完善客运枢纽、高速公路服务区等交通设施旅游服务功能;通过发展AI、大数据、云计算、区块链、元宇宙等新型互联网技术,打造基于用户终端感知的服务系统,实现出行即服务目标。


1、元宇宙助力资源融合


出行即服务的基础是交通资源的融合,主要包括:交通基础设施网、运输服务网、信息网、能源网等资源网络的融合。由于交通网构成的复杂性,呈现资源的多维属性,例如:交通基础设施是以载具、运输服务网是以客户、能源网则是以能源等维度为建设核心,多维交通资源的融合难度大。

元宇宙是一种多维的数字空间,虽然在物理世界的多维属性很难直接融合,但在数字空间内,利用互联网的宽度可将没有直接物理关系的现实实体,映射和关联在一个纯数字空间内。

交通基础设施网跨域融合,其中公路、铁路、水运、航空、管道等主干设施,桥梁、隧道、码头、机场、油气站等辅助设施,都将被元宇宙赋予物理实体的数字映射。数字映射除保存原有物理实体的功能和性能属性外,还将保留其时空属性。利用大量跨域物理区域的设备传感器,各种交通基础设施将在元宇宙中实现状态融合。辅助设施与主干设施的状态融合,主干设施之间的状态融合使交通资源的使用协同调度成为可能。

交通基础设施网与运输服务网融合,运输服务网络中的货物、载具、承运商、客户等上层参与者,将在元宇宙中实现与交通基础设施、装备、标准、信息与管理的有机衔接,实现交通运输网动态运行管理与智能服务,实现全供应链、客运链的便捷运输服务网,实现空中、水上、地面与地下融合协同的多式联运网络,完善供应链与客运链服务体系。

交通基础设施网与信息网融合,元宇宙是在传统交通信息化的基础上,更强调数字化融通。即:通过交通基础设施与信息基础设施在载运工具、通信技术、智能物联、交通管理等跨标准、跨行业的协议适配与兼容,实现在元宇宙环境下的交通资源协同调度、安全监控、车路互联等。交通基础设施网与信息网融合是智能交通出行的必要条件,用户可通过在元宇宙的数字化订阅,享受物理世界的交通服务。

交通基础设施网与能源网融合,能源网是交通基础设施的辅助设施,同时也是决定交通运输资源绿色、环保、高效、可用的前提。交通能源网包括各类型能源生产、传输、调度和终端能源补充站点等设施。由于交通能源的主要包括:煤炭、油气、电力等,传输特点、设施不尽相同,智能复合能源补充难度大。在元宇宙中,则能源设施纳入元宇宙网络,利用数字空间的数据完整和动态调整特性将煤炭、油气、电力等各种能源设施与交通基础设施实现共联、共享,提高能源利用效率,减少能源资源消耗。对于能源生产与消耗的地域差异性,在元宇宙中可以实现复合能源补充,例如:油气转换电力、煤炭转换电力等动态调整。


2、元宇宙实现点对点交通服务组合


交通资源是实现“出行即服务”的底层网络,交通服务是实现“出行即服务”的上层应用。出行即服务提现的典型特征是一站式联程、个性化、多样化、随叫随到和智能化。传统公共交通服务供给方就是交通资源的提供方,例如:铁路服务、航空服务、船运服务等。服务与资源形成紧密捆绑,优势是从服务到资源是无缝衔接,资源状态与服务状态实时动态同步;劣势是服务范围窄,跨行业联程服务组合困难、服务体验差,服务商业化程度低。进入互联网2.0时代,虽然出现大量平台商在交通服务供给方之上包装出互联网出行服务,方便旅客便捷订购,例如:携程、艺龙为代表的在线票务服务公司。但此类服务本质上只是票务服务而非出行服务,即:只解决票务订购问题,并不关注用户出行体验。

元宇宙为一站式联程联运的新型交通服务需求,提供点对点的服务组合,利用交通基础设施网与运输服务网融合、交通基础设施网与信息网融合、交通基础设施网与能源网融合等,形成在广域空间内的多维交通资源融合,从而实现交通服务的广泛化、扁平化和普世化。由于交通资源在元宇宙网络中实现了多维互联互通,使交通服务有机会实现完全的商业化,个人、企业、政府机构都可以通过对交通资源申领、包装赋予更为人性化的交通出行体验。

在元宇宙环境中建立的智慧交通、智慧物流服务,具备以个性化、多样化、实时性的运输服务创新特点,对传统交通服务将产生颠覆性的影响力,元宇宙交通产业链的生态圈将使服务型新兴业态层出不穷,具体表现为时空的无限性、成本的经济性、市场的精准性、信息的透明性、服务的快捷性、效果的可衡量性、服务双方的互动性、 大规模、个性化。

在元宇宙中点对点的交通服务提供,代表着服务不再具体依赖某个行业、某个技术、某个平台或某个机构。依托元宇宙海量的服务创作,服务商可以直接点对点调用一切可使用的底层交通资源,可以一对一为客户提供个人化的交通服务。服务商的关注重点将从资源整合、资源调度向客户体验最优化转移。

元宇宙下交通服务是客户需求拉动、技术引领、服务导向、市场驱动的高质量服务,是从供给型、建设型服务升级而来的需求型、服务型服务,是从内生型、封闭式发展升级而来的外生型、开放式服务。元宇宙交通服务推动交通运输向一站式联程联运转变,推动大众化、标准化交通服务向个性化、多样化交通服务转变。


3、元宇宙跨行业服务提供


传统交通服务往往是一种单一维度视角的产物,即:“拥有才提供”。在这里“拥有”是一种绝对的占有,对交通资源的绝对控制,只有在绝对控制资源的前提下才能产生相关服务。所以,服务的范围只被限定在有限的资源所达中。铁路局拥有铁道运力资源、航空公司拥有航班才能卖票,服务与资源的捆绑限制了服务的多维视角,从而降低了客户的出行、货运体验。

进入互联网3.0时代后,交通运输垂直行业出现大量服务型共享平台,例如:滴滴、摩拜、货拉拉等。虽然他们通过专注在某个垂直交通行业来提升客户体验,但这些客户体验仍然是依靠平台自建交通资源实现,所以成本高、覆盖行业少,这也是这类型平台长期亏损的原因。

“出行即服务”既要求服务到资源的无缝、高效衔接,又要求低成本、优质的服务体验,以及一站式联程联运,这些在传统单一交通服务商模式下难以解决。在元宇宙的交通世界中,拥有包罗万象的交通资源和海量创作的交通服务,资源的互补性、服务的互补性通过元宇宙多维视角进行跨行业组合,包括:交通资源组合和交通服务组合。

交通资源组合从其单一功能角度观察,各种载具之间存在功能互斥性,例如:高铁的普及从功能上看势必降低飞机航班出行的人次。但从资源的多维角度看,却又存在互补性。在资源的合理布局和调度下,在成本、低碳、效率、舒适度等多维视角下,飞机+高铁+汽车联程组合是长距离出行最佳方式。但在传统交通服务的规划中,飞机+高铁+汽车的资源并不能互联互通,无法匹配最佳出行方式。在元宇宙中由于每项资源都通过交通枢纽元实现点对点的资源组合、调度和使用,无疑为智能化的联程服务提供了底层功能支撑。

交通服务组合从其单一功能角度观察,各种载具服务的主要功能都是运输,客户体验近似,客户会选择价格最便宜的运输服务。但从客户的多维角度看,每个人的出行目的不尽相同,但出行本质上都是一种时间和空间转移的过程,在时空运动的背景下每个人可以追求的工作或生活需求却是是千差万别的。根据统计,2020年北京平均单程通勤时间为47分钟,上海是42分钟,上班族一天平均有1个半小时在路途中度过。在这种时空运动背景下的睡觉、看视频、听故事、听课、玩游戏等,都属于跨行业交叉服务,属于交通服务的附属服务,但在传统交通服务模式下并不具备跨行业服务的组合能力。在元宇宙的数字化空间中,除交通服务外,还有大量娱乐、游戏、教育、休闲等服务,是覆盖人类全部现实和虚拟的数字化生活空间,通过元宇宙的服务组合,将为跨行业的服务组合提供上层应用支撑。

参考文献


[1] 国务院.“十四五”现代综合交通运输体系发展规划. http://www.gov.cn/zhengce/content/2022-01/18/content_5669049.htm.

[2] 中共中央、国务院.国家综合立体交通网规划纲要. http://www.gov.cn/zhengce/2021-02/24/content_5588654.htm.

[3] 中共中央、国务院.交通强国建设纲要. http://www.gov.cn/zhengce/2019-09/19/content_5431432.htm

本文链接:https://www.8btc.com/article/6785938
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