视频孪生技术赋能公路水路交通基础设施数字化转型的路径与实践

随着数字中国和交通强国战略的深入推进，公路水路交通基础设施正经历着前所未有的数字化变革。在这一进程中，由智汇云舟首倡的视频孪生技术作为数字孪生与视频融合感知的创新结合，正成为推动交通行业数字化转型的核心驱动力。

本文系统梳理了视频孪生技术的内涵与发展现状，深入分析了其在公路水路数字化转型升级中的关键应用场景，包括智慧收费站、智能隧道管理、数字航道建设等典型实践案例，并探讨了技术实施路径与面临的挑战。

同时，结合财政部与交通运输部最新政策导向，展望了视频孪生技术在构建智能化、网络化、协同化现代交通基础设施体系中的未来发展趋势，为行业数字化转型提供理论参考和实践指南。

视频孪生技术概述与发展现状

视频孪生技术作为数字孪生领域的重要分支，正日益成为交通基础设施数字化转型的核心使能技术。这一技术通过将实时视频数据与三维数字孪生模型深度融合，构建起物理世界与数字空间之间的双向映射与交互通道，实现了交通场景的"虚实共生、以虚控实"新范式。从技术本质上看，视频孪生超越了传统视频监控的二维平面局限，创造性地将计算机视觉、三维地理信息系统(3DGIS)、物联网感知、人工智能分析等多种技术有机结合，形成了具有空间位置智能(LI)的新型数字化解决方案。

视频孪生技术的核心架构通常包含四个关键层次：感知层、数据层、平台层和应用层。感知层通过部署高清摄像头、雷达、激光扫描等设备，实现对物理世界的全要素、全天候数据采集；数据层对多源异构数据进行清洗、融合和时空对齐处理；平台层则构建三维数字底座和视频融合引擎，支持大规模场景的实时渲染与交互；应用层面向不同业务场景开发智能化功能模块，形成闭环管理。以智汇云舟公司提出的"1+1+1+N"总体框架为例，该框架通过建设1个时空大数据库、1个视频孪生时空承载底座、1个数据中台和1个综合态势一张图，支撑N个业务应用场景落地，充分体现了视频孪生系统的完整性和扩展性。

当前视频孪生技术在交通领域的应用成熟度已显著提升。在公路场景中，该技术已成功应用于广深高速、北京大兴国际机场高速路、北京东六环隧道等标杆项目，实现了从单一功能向系统化解决方案的跨越。数字孪生公路系统已覆盖收费站、桥梁、隧道、干线、城市十字路口等多种场景，支持游戏级渲染引擎和数百种车辆模型，大大提升了交通管理的直观性和精准度。水路交通方面，平陆运河项目打造的"数字孪生智慧运河"系统，通过BIM+GIS+物联网融合技术，实现了对134.2公里运河建设全过程的三维数字化映射与智能管控，为内河航运数字化转型树立了新标杆。

视频孪生技术之所以能够在交通基础设施领域快速推广，主要得益于其独特的价值优势。相比传统管理方式，视频孪生提供了三维空间中的精准位置服务，解决了传统监控"位置分布不明确、画面分散不直观"的痛点；通过多源数据融合和AI分析，实现了从被动响应到主动预警的转变，大幅提升了应急响应效率；同时，基于数字孪生的仿真推演能力，为交通规划、运营管理和服务创新提供了科学决策支持。交通运输部首批数字化转型升级案例显示，采用视频孪生等数字技术的项目平均实现了通行效率提升20%、突发事件应急响应效率提升30%的显著效果。

随着《关于支持引导公路水路交通基础设施数字化转型升级的通知》等政策的深入实施，视频孪生技术将在未来3年内迎来更广阔的应用空间。根据规划，到2027年我国将推动85%左右的繁忙国家高速公路、25%左右的繁忙普通国道和70%左右的重要国家高等级航道实现数字化转型升级，这为视频孪生技术的规模化应用提供了巨大市场机遇。同时，人工智能、5G、边缘计算等关联技术的持续突破，也将进一步拓展视频孪生的能力边界，推动交通基础设施管理向更加智能化、精准化和协同化的方向发展。

政策背景与行业转型需求分析

• 交通数字化政策导向近年来呈现出加速推进的明显趋势，为视频孪生技术的应用提供了强有力的制度保障。2024年上半年，交通运输部与财政部联合印发的《关于支持引导公路水路交通基础设施数字化转型升级的通知》（以下简称《通知》）及工作实施细则，标志着我国交通基础设施数字化转型进入系统性推进阶段这一政策明确提出了"通过3年左右时间，支持30个左右的示范区域，打造一批线网一体化的示范通道及网络"的发展目标，具体量化指标包括推动85%左右的繁忙国家高速公路、25%左右的繁忙普通国道和70%左右的重要国家高等级航道实现数字化转型升级1312。从政策框架看，《通知》从智慧扩容、安全增效、协同创新和体制机制四个维度构建了完整的数字化转型体系，为视频孪生技术的场景化落地提供了明确指引。
• 财政支持机制是这一政策的重要创新点。财政部将按照"奖补结合"方式安排资金，并实行区域差异化支持策略，东部、中部、西部地区奖补比例分别为40%、50%、60%。这种梯度支持设计既考虑了地区发展差异，又强化了政策引导作用，有利于调动各地推进交通基础设施数字化转型的积极性。值得注意的是，政策特别强调"注重体制机制创新，充分发挥政府和市场各类主体比较优势"，鼓励构建多元主体参与的投入运营机制和跨部门跨地区跨层级的合作机制。这种市场化导向的政策思路，为视频孪生技术提供商参与交通数字化转型创造了良好的制度环境。
• 行业面临的核心挑战与转型需求是推动视频孪生技术应用的内在动力。传统交通基础设施管理普遍存在"重硬轻软"的倾向，软件系统建设滞后，难以适应数字化时代的管理要求。公路水路运营中常见的痛点包括：监控视频分散割裂、位置信息不直观；突发事件响应依赖人工研判，效率低下；养护管理缺乏数据支撑，决策科学性不足；不同业务系统间数据孤岛现象严重，协同效率不高等。以港口管理为例，传统干散货码头普遍存在"运营管理粗放、作业效率低、安全风险高、自动化及智能化程度低"等问题2，亟需通过数字化转型实现提质增效。
• 四大转型任务构成了当前公路水路数字化升级的核心内容，也为视频孪生技术应用划定了重点方向：一是围绕公共服务升级，推动基础设施智慧扩容，重点提升通行效率；二是围绕行业管理提升，推动基础设施安全增效，提高应急响应能力；三是围绕协同创新发展，推动跨领域产业融合，探索车路云一体化等新模式；四是推动体制机制创新，完善数字化管理全流程。这四大任务相互关联、层层递进，共同构成了一个完整的数字化转型闭环。视频孪生技术凭借其"时空位置智能"的核心能力，能够在每个任务领域发挥独特价值。例如，在智慧扩容方面，通过三维视频融合实现交通态势全景研判；在安全增效方面，基于精准空间位置的风险预警显著提升响应速度；在产业融合方面，为车路协同提供高精度环境感知；在机制创新方面，支撑数据要素的跨部门共享与应用。

交通运输部发布的首批28个数字化典型案例充分反映了行业转型的最新成果与趋势。这些案例选自全国161个申报项目，涵盖高速公路、普通公路、农村公路、航道、港口码头等多个领域。分析这些案例可以发现，视频孪生及相关技术已成为项目实施的共性选择。例如，苏州市张家港港务集团的《干散货码头绿色智慧全要素管理和全流程无人化作业系统》案例，通过构建全要素智慧管理系统，实现了"人、货、场、车、船、机"全要素的可视化、全定位、能追溯、可监管，使港口生产运营管理由"模糊定性"向"准确定量"变革。这一案例的成功入选，验证了视频孪生技术在港口数字化转型中的实用价值。

从长远发展视角看，公路水路交通基础设施数字化转型不仅是技术层面的升级，更是行业发展模式的深刻变革。随着数字经济的深入发展，交通基础设施将逐步从单纯的物理实体向"物理实体+数字孪生"的并行体系演进。这一转变要求行业各方转变思维，将数据作为核心生产要素，将数字化能力作为核心竞争力，构建适应数字经济时代的新型交通基础设施管理体系。视频孪生技术作为连接物理世界与数字空间的关键纽带，将在这一转型过程中扮演越来越重要的角色，其应用深度和广度有望持续扩展，最终成为交通基础设施数字化、智能化、网络化发展的标准配置。

公路数字化中的视频孪生应用实践

公路基础设施数字化转型已成为交通强国建设的重要突破口，而视频孪生技术在这一进程中展现出极高的应用价值与广泛的适用性。通过将实时视频流与三维数字场景深度融合，视频孪生为公路"建、管、养、运、服"全生命周期管理提供了可视化、智能化的创新解决方案，有效解决了传统管理模式中存在的"看不见、管不全、响应慢"等痛点问题。从实际应用效果看，视频孪生技术不仅改变了公路管理的外在形态，更深层次地重构了管理流程和业务模式，推动公路基础设施从被动响应向主动预防、从经验决策向数据决策、从分散管理向协同治理的根本性转变。

智慧收费站场景

• 收费站数字孪生系统是视频孪生技术在公路领域最为成熟的应用之一。传统收费站管理面临车流监测不精准、异常事件发现滞后、交易纠纷难追溯等挑战，而视频孪生技术通过构建三维实景模型与实时视频的融合展示平台，实现了收费站业务的全方位升级。在实际应用中，系统通过AI智能识别、雷达等多源数据融合，对车辆、行驶轨迹、缴费状态等进行实时3D孪生展示，使管理人员能够从空间维度综合掌控收费站交通态势。以智汇云舟实施的方案为例，其"缴费状态孪生预警"功能采用计算摄影学技术，通过前端视频AI感知信息以及ETC设备实时采集路段车辆信息，基于三维实景模型对车辆车牌、品牌、颜色、车辆类型、速度、缴费状态等进行实时孪生展示，并对异常车辆采用特殊图标标注，形成收费站自由流交易全景图，显著提升了收费系统的智能化、可视化运营水平。
• 特情处理效率提升是智慧收费站建设的突出成效。传统模式下，收费争议处理需要人工调阅多个摄像头录像，耗时长且效率低下。而视频孪生平台通过车辆轨迹的全三维重现，实现了异常事件的快速定位与回溯，将处理时间从原来的平均15分钟缩短至3分钟以内。同时，系统还能对"闯关车"、"跟车逃费"等违规行为进行自动识别和预警，并与路网监控中心联动，构建起全方位的收费稽核防线。

智能隧道管理场景

• 隧道运营安全一直是公路管理的重点难点，视频孪生技术为这一领域带来了突破性的解决方案。传统隧道监控系统存在画面分散、位置感缺失、多系统联动困难等问题，而基于视频孪生的智能隧道管理系统通过三维视频融合技术，将交通管理、信号、消防、照明、报警、风机、应急等相关业务子系统数据在隧道真实三维场景中实时呈现，实现了子系统间的智能联动与统一管控。智汇云舟的方案通过矫正拼接处理视频图像并与真实地理信息场景融合，构建出隧道三维视频融合画面，解决了传统监控视频位置分布不明确、画面分散不直观等问题，实现了融合路段实时态势的实景连续感知。
• 隧道应急处置效能的提升尤为显著。当视频孪生系统检测到隧道内异常停车时，可自动驱离或联动附近巡逻人员处理；在日常管理中，机器人可对隧道设备进行自动化养护巡检，大幅降低人工巡检的安全风险和工作强度。实际运营数据显示，采用视频孪生系统的隧道，突发事件平均响应时间缩短了40%，设备巡检效率提高了60%，综合运维成本降低了25%以上。

路网监测与应急指挥场景

• 路网运行监测是视频孪生技术大显身手的又一重要领域。面对复杂路网环境下海量监控视频和数据，传统二维平面展示方式难以满足宏观态势把握与微观精准研判的双重需求。视频孪生平台通过"一张图"模式，实现了交通实景态势、交通车流态势、设备物资分布、设备运行状态、异常告警事件的统一时空管理，使管理人员能够实景三维直观展示交通运行态势，快速定位拥堵节点，精准研判现场态势。针对重点交通路段，系统采用多路监控视频全景拼接的方式，基于城市三维场景融合成一张图，将监测管控范围从一条线扩大到一个区域，实现点到线到面的全程监控，全景立体实时动态地掌控道路实景态势。
• 应急指挥调度能力得到质的飞跃。通过整合城市管理资源，融合通信指挥平台，视频孪生系统有效整合接处警平台、地理信息系统、视频监控、视频会商等技术平台，实现各业务应用的互联互通，使调度资源、警员状态、现场态势能够直观可视化掌控，协同调度多方交管资源1。在重大活动保障场景中，系统可规划警力部署和警卫路线，实现全程的监控和保障，利用视频加密解密技术，确保警卫保障过程的保密与安全。实际应用表明，基于视频孪生的应急指挥系统可将突发事件处置效率提升30%以上，资源调度时间缩短50%，充分验证了技术应用的实用价值。

表：视频孪生在公路数字化中的主要应用场景及成效

水路交通数字化中的视频孪生创新应用

水路交通数字化转型相较于公路系统具有其独特性和复杂性，视频孪生技术在内河航运、港口码头等场景的应用呈现出差异化特征与创新模式。水路运输受水文气象条件影响大、作业环节多、安全风险高，传统管理方式难以满足现代航运发展需求。而视频孪生技术通过构建"水陆空"一体化的三维实景监控网络，结合船舶自动识别系统(AIS)、水文传感器、智能摄像头等多源数据融合，为水路交通数字化升级提供了全景可视化、智能预警和协同调度的创新解决方案。从实际应用效果看，视频孪生不仅提升了水路运输的安全性和效率，更通过数字化手段重构了航运管理模式，推动水运系统向智能化、绿色化、协同化方向发展。

数字孪生航道建设

• 平陆运河项目作为新中国成立以来首条通江达海的运河工程，其"数字孪生智慧运河"系统为内河航道数字化树立了标杆。截至2025年3月，平陆运河累计完成投资突破500亿元，在建设调度指挥中心，巨幅屏幕上显示的"数字孪生智慧运河"系统连接着134.2公里的运河施工现场、4400多台(套)大型机械设备和近5000套监测设备，实现了"一图总览，一脑智控"的智能化管理。这一系统依托项目感知网、传输网、无人机、遥感卫星等技术，实现对施工现场和工序的全面感知，并通过自适应数据更新机制，根据环境变化和运营需求自动调整数据采集频率和精度，解决了数据采集与实时更新的技术难点。
• 数字孪生航道技术架构具有高度创新性和可复制性。平陆运河项目采用"BIM+GIS+物联网"融合技术，构建了覆盖项目工序流程、基础设施状态监测、车辆设备的三维数字底座，以"一模贯通"实现运河建设的全要素数字化映射。这种技术模式对于河南等内陆省份的水运振兴具有重要借鉴意义。
• 航道运维与应急管理能力通过视频孪生技术得到全面提升。平陆运河数字孪生平台构建了内河航运风险知识图谱，开发VR应急推演系统，可模拟船舶火灾、沉船搜救等突发事件处置流程，大幅提升应急响应能力。在实际运行中，系统通过整合航道视频监控、船舶AIS信号、水文气象等实时数据，在三维场景中直观展示航道通航状况、船舶动态、设备运行状态等信息，一旦发现异常可立即定位并启动相应预案。这种基于数字孪生的主动防控模式，将传统被动响应转变为事前预警和事中快速处置，有效降低了航运安全风险。

船岸协同与多式联运

• 船岸云一体化是水路交通数字化的重要发展方向。《关于支持引导公路水路交通基础设施数字化转型升级的通知》明确提出要实施船岸云一体化试点，加强复杂场景感知，推进自主协同控制、调度组织优化、辅助驾驶等应用建设。视频孪生技术在这一领域具有独特优势，通过构建船舶与岸基系统的三维数字化协同平台，可实现航行环境实时感知、航行态势智能分析、航行风险预警提示等功能，大幅提升航运安全性和经济性。
• 多式联运智能调度是视频孪生技术拓展应用的重要场景。借鉴平陆运河"一脑智控"的集约化决策模式，可构建省级水运资源调度平台，整合航道、港口、铁路、公路数据，实现"水—铁—公"时刻表协同。视频孪生系统通过三维可视化方式展示多式联运全链条资源分布和运行状态，基于AI算法优化运输路径和转运方案，显著提高物流效率和资源利用率。例如，在集装箱多式联运场景中，系统可自动识别集装箱号、尺寸和类型，跟踪其在船舶、码头、铁路和公路运输中的全程动态，实现无缝衔接和精准调度。
• 船舶智能监管是视频孪生技术在水路安全领域的关键应用。通过整合AIS、视频监控、雷达等数据，系统可在三维场景中实时展示船舶位置、航速、航向等信息，对偏离航线、超速、危险接近等异常行为自动预警。针对危险品运输船舶，还可实现全程跟踪和特殊监管，确保运输安全。卓视智通开发的"云瞳-危化品车辆运输监管系统"虽然主要面向公路运输，但其技术原理和功能设计同样适用于水路危险品运输监管，体现了视频孪生技术在特殊运输安全管理中的通用价值。

水路交通数字化中的视频孪生应用正处于快速发展阶段，随着平陆运河等标杆项目的示范效应持续释放，以及《通知》政策的深入实施，预计未来三年内将有更多创新应用场景涌现。特别是在内河航运网络智能化、港口自动化、多式联运协同化等领域，视频孪生技术将发挥越来越重要的作用，推动我国水路交通基础设施数字化水平整体跃升。

视频孪生技术赋能公路水路交通基础设施数字化转型是一场深刻的产业变革，将重构交通基础设施的形态、管理模式和服务方式。面对这一历史性机遇，行业各方应保持战略定力，坚持创新驱动，加强协同合作，共同推动交通基础设施数字化、网络化、智能化发展，为交通强国建设提供坚实支撑。随着技术的不断进步和应用的持续深入，视频孪生必将成为未来交通基础设施的标准配置和核心能力，创造更大的经济价值和社会效益。