一种基于流数据的交通流数字孪生方法及装置

本发明属于智能交通领域，具体涉及一种基于流数据的交通流数字孪生方法及装置。

背景技术：

1、在物联网、云计算、大数据和移动互联网等新一代信息技术的快速发展背景下，交通领域的信息化和智能化建设得到了强大的技术支持，为缓减当前交通压力提供了良好的解决方案。智能交通系统(intelligent transportation system，its)通过部署大量数据实时采集设备，对整体交通进行实时的监测控制和合理高效的管理调度，在一定程度上提高了交通系统的安全性和运行效率。

2、实时交通的还原与车辆轨迹的可视化显示是智能交通系统中的重要一环。它通过各种数据源对道路运行状态进行实时感知和分析，反映路面的交通流量、拥堵情况、事故等指标。通过实时交通的还原与车辆轨迹的显示，可以有效地提高道路运行效率，降低道路安全风险，优化资源分配，改善出行体验。

3、然而，现有的智慧交通管理系统在车辆数据可视化以及对车辆轨迹的还原方面往往存在准确性和实时性较差的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种基于流数据的交通流数字孪生方法及装置。

2、本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了一种基于流数据的交通流数字孪生方法，所述方法包括：

4、基于现实道路建立虚拟显示空间；

5、根据接收的初始车辆数据建立现实时间轴和虚拟时间轴；所述初始车辆数据包括初始检测的参考车辆的现实检测位置和现实检测时间t0；所述现实时间轴是以所述初始车辆数据的现实检测时间t0为起点建立的；所述虚拟时间轴是以接收所述初始车辆数据的接收时间t0为起点建立的；所述虚拟时间轴是所述虚拟显示空间的时间轴；

6、根据t0和t0之间的差值，得到所述现实时间轴和所述虚拟时间轴之间的时延偏差δt；

7、实时接收目标车辆数据；所述目标车辆数据包括目标车辆的现实检测位置和现实检测时间；所述目标车辆为所述参考车辆或行驶于所述参考车辆之后的车辆；

8、根据实时接收的目标车辆数据和所述时延偏差δt，在所述虚拟显示空间中显示所述目标车辆的运动轨迹。

9、可选地，所述方法还包括：

10、每当接收到目标车辆数据，判断tn+δt>tc是否成立；其中，tn是该目标车辆数据的现实检测时间，tc是接收该目标车辆数据的接收时间；

11、若tn+δt>tc成立，继续执行所述根据实时接收的目标车辆数据和所述时延偏差δt，在所述虚拟显示空间中显示所述目标车辆的运动轨迹的步骤；

12、若tn+δt>tc不成立，丢弃该目标车辆数据，等待接收下次的目标车辆数据。

13、可选地，根据实时接收的目标车辆数据和所述时延偏差δt，在所述虚拟显示空间中显示所述目标车辆的运动轨迹，包括：

14、对于未曾在所述虚拟显示空间中存在过的目标车辆，根据当前接收的目标车辆数据初始化该目标车辆的运动速度，并根据初始化的运动速度在所述虚拟显示空间中显示该目标车辆的运动轨迹；

15、对于已经在所述虚拟显示空间中存在的目标车辆，根据实时接收的目标车辆数据和所述时延偏差δt实时更新该目标车辆的运动速度，并根据更新后的运动速度在所述虚拟显示空间中显示该目标车辆的运动轨迹。

16、可选地，所述目标车辆为行驶于所述参考车辆之后的车辆；

17、所述根据当前接收的目标车辆数据初始化该目标车辆的运动速度，包括：

18、根据当前接收的目标车辆数据和所述时延偏差δt初始化该目标车辆的运动速度。

19、可选地，根据当前接收的目标车辆数据和所述时延偏差δt初始化该目标车辆的运动速度，包括：

20、

21、其中，v′0表示该目标车辆在所述虚拟显示空间中的初始化的运动速度；t′1表示当前接收的目标车辆数据的现实检测时间；x′1表示当前接收的目标车辆数据的现实检测位置；tc表示当前接收的目标车辆数据的接收时间；x′0表示在tc时该目标车辆在所述虚拟显示空间中所在的位置。

22、可选地，所述目标车辆为所述参考车辆，所述根据当前接收的目标车辆数据初始化该目标车辆的运动速度，包括：

23、

24、其中，v0表示所述参考车辆在所述虚拟显示空间中的初始化的运动速度；t1表示当前接收的目标车辆数据的现实检测时间；x1表示当前接收的目标车辆数据的现实检测位置；t0表示所述现实时间轴的起点时间；x0表示在t0时所述参考车辆在所述现实道路上所在的位置。

25、可选地，根据实时接收的目标车辆数据和所述时延偏差δt实时更新该目标车辆的运动速度，包括：

26、

27、其中，v表示所述目标车辆更新后的运动速度，xn表示实时接收的目标车辆数据的现实检测位置，tn表示实时接收的目标车辆数据的现实检测时间，tc表示实时接收的目标车辆数据的接收时间，x表示在tc时所述目标车辆在所述虚拟显示空间中所在的位置。

28、可选地，所述方法还包括：

29、对于已经在所述虚拟显示空间中存在的目标车辆，若在规定时间间隔内未收到其下一次的目标车辆数据，则利用预设的速度预测模型预测该目标车辆的运动速度，并根据预测的运动速度在所述虚拟显示空间中显示所述目标车辆的运动轨迹。

30、第二方面，本发明提供了一种基于流数据的交通流数字孪生装置，所述装置包括：

31、虚拟显示空间模块，包括基于现实道路建立的虚拟显示空间；

32、双时间轴模块，包括根据接收的初始车辆数据建立现实时间轴和虚拟时间轴；所述初始车辆数据包括初始检测的参考车辆的现实检测位置和现实检测时间t0；所述现实时间轴是以所述初始车辆数据的现实检测时间t0为起点建立的；所述虚拟时间轴是以接收所述初始车辆数据的接收时间t0为起点建立的；所述虚拟时间轴是所述虚拟显示空间的时间轴；

33、时延偏差模块，用于根据t0和t0之间的差值，得到所述现实时间轴和所述虚拟时间轴之间的时延偏差δt；

34、数据接收模块，用于实时接收目标车辆数据；所述目标车辆数据包括目标车辆的现实检测位置和现实检测时间；所述目标车辆为所述参考车辆或行驶于所述参考车辆之后的车辆；

35、运动轨迹显示模块，用于根据实时接收的目标车辆数据和所述时延偏差δt，在所述虚拟显示空间中显示所述目标车辆的运动轨迹。

36、可选地，所述装置还包括判断模块，用于每当接收到目标车辆数据，判断tn+δt>tc是否成立；其中，tn是该目标车辆数据的现实检测时间，tc是接收该目标车辆数据的接收时间；

37、若tn+δt>tc成立，继续执行所述根据实时接收的目标车辆数据和所述时延偏差δt，在所述虚拟显示空间中显示所述目标车辆的运动轨迹的步骤；

38、若tn+δt>tc不成立，丢弃该目标车辆数据，等待接收下次的目标车辆数据。

39、可选地，所述运动轨迹显示模块包括：

40、初始化模块，对于未曾在所述虚拟显示空间中存在过的目标车辆，根据当前接收的目标车辆数据初始化该目标车辆的运动速度，并根据初始化的运动速度在所述虚拟显示空间中显示所述目标车辆的运动轨迹；

41、更新模块，对于已经在所述虚拟显示空间中存在的目标车辆，根据实时接收的目标车辆数据和所述时延偏差δt实时更新该目标车辆的运动速度，并根据更新后的运动速度在所述虚拟显示空间中显示该目标车辆的运动轨迹。

42、可选地，所述目标车辆为行驶于所述参考车辆之后的车辆，所述初始化模块，根据当前接收的目标车辆数据初始化该目标车辆的运动速度，包括：

43、根据当前接收的目标车辆数据和所述时延偏差δt初始化该目标车辆的运动速度。

44、可选地，所述初始化模块，根据当前接收的目标车辆数据和所述时延偏差δt初始化该目标车辆的运动速度包括：

45、

46、其中，v′0表示该目标车辆在所述虚拟显示空间中的初始化的运动速度；t′1表示当前接收的目标车辆数据的现实检测时间；x′1表示当前接收的目标车辆数据的现实检测位置；tc表示当前接收的目标车辆数据的接收时间；x′0表示在tc时该目标车辆在所述虚拟显示空间中所在的位置。

47、可选地，所述目标车辆为所述参考车辆，所述初始化模块，根据当前接收的目标车辆数据初始化所述目标车辆的运动速度，包括：

48、

49、其中，v0表示所述参考车辆在所述虚拟显示空间中的初始化的运动速度；t1表示当前接收的目标车辆数据的现实检测时间；x1表示当前接收的目标车辆数据的现实检测位置；t0表示所述现实时间轴的起点时间；x0表示在t0时所述参考车辆在所述现实道路上所在的位置。

50、可选地，所述更新模块，根据实时接收的目标车辆数据和所述时延偏差δt实时更新该目标车辆的运动速度，包括：

51、

52、其中，v表示所述目标车辆更新后的运动速度，xn表示实时接收的目标车辆数据的现实检测位置，tn表示实时接收的目标车辆数据的现实检测时间，tc表示实时接收的目标车辆数据的接收时间，x表示在tc时所述目标车辆在所述虚拟显示空间中所在的位置。

53、可选地，所述装置还包括：

54、运动速度预测模块，用于对于已经在所述虚拟显示空间中存在的目标车辆，若在规定时间间隔内未收到其下一次的目标车辆数据，则利用预设的速度预测模型预测该目标车辆的运动速度，并根据预测的运动速度在所述虚拟显示空间中显示所述目标车辆的运动轨迹。

55、本发明提供的一种基于流数据的交通流数字孪生方法，通过基于现实道路建立虚拟显示空间，根据接收的初始车辆数据建立现实时间轴和虚拟时间轴；初始车辆数据包括初始检测的参考车辆的现实检测位置和现实检测时间t0；现实时间轴是以初始车辆数据的现实检测时间t0为起点建立的；虚拟时间轴是以接收初始车辆数据的接收时间t0为起点建立的；虚拟时间轴是虚拟显示空间的时间轴。根据t0和t0之间的差值，得到现实时间轴和虚拟时间轴之间的时延偏差δt。实时接收目标车辆数据；目标车辆数据包括目标车辆的现实检测位置和现实检测时间；目标车辆为参考车辆或行驶于参考车辆之后的车辆。根据实时接收的目标车辆数据和时延偏差δt，在虚拟显示空间中显示目标车辆的运动轨迹。

56、在本方案中，通过根据接收的初始车辆数据的现实检测时间t0为起点建立现实时间轴，根据接收初始车辆数据的接收时间t0为起点建立虚拟时间轴，并根据t0和t0之间的差值，得到现实时间轴和虚拟时间轴之间时延偏差δt，从而避免了车辆数据在网络传输过程中随机性，和因网络传输具有的不可控性和抖动性对虚拟显示空间中目标车辆的运动轨迹的显示造成的影响，然后在实时接收目标车辆数据后，根据实时接收的目标车辆数据和时延偏差，在虚拟显示空间中显示目标车辆的运动轨迹，保证了实时交通的还原与车辆轨迹的可视化显示的实时性、准确性以及稳定性。

57、以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。