面向交通场景的多源视频三维空间建模与运行推演技术方案——构建可预测的交通空间智能系统

发布单位：镜像视界（浙江）科技有限公司

一、建设背景与目标

1.1 背景

随着城市化进程加快，城市道路交通呈现出以下显著特征：

• 连续流动性高：车辆、行人、非机动车等多主体在道路网络中持续流动，交通状态瞬息万变，形成高度动态的空间体系。

• 多路口、多车道、高并发：不同路口、车道和交通节点之间存在复杂耦合，交通事件一旦发生，可能迅速在多个区域产生连锁影响。

• 二维视频局限性突出：传统监控系统多依赖二维摄像机，难以获取交通主体在三维空间中的真实位置关系，导致对潜在冲突、拥堵形成及管控策略空间效果的判断存在较大偏差。

现有交通监控体系的主要不足

1. 难以量化空间冲突

   • 传统二维视频难以精确判断车辆、行人及非机动车的空间交互关系

   • 对交叉路口、立体交叉及高密度交通区域的潜在碰撞与拥堵风险难以量化

2. 事故与拥堵预测滞后

   • 缺乏基于空间连续性和交通动态模型的态势分析

   • 管控策略往往依赖经验判断或事后统计，缺少提前干预能力

3. 策略优化缺乏可验证依据

   • 信号配时、道路组织方案和应急调度决策无法在真实空间中进行模拟

   • 交通管理决策缺乏可复盘和量化评估手段，难以形成科学闭环

场景应用挑战

• 复杂路网场景：城市干道、快速路、环形交叉、立交桥等多类型交通结构并存

• 高峰流量波动：高并发交通流的动态变化对实时监控和预测能力提出高要求

• 多主体行为交织：车辆、行人、非机动车等主体的高密度交互，使交通态势分析难度显著提升

行业发展紧迫性

• 现有技术已无法满足智慧城市建设和城市交通精细化管理需求

• 迫切需要建立基于三维空间建模和态势推演的可计算交通系统，实现从“事后响应”向“主动预测与空间智能调控”的管理模式升级

• 技术创新对于提升交通安全、效率和城市运营质量具有战略意义

1.2 方案建设目标

本方案旨在通过多源视频驱动三维空间建模，实现：

• 交通运行空间智能化：将二维视频映射为可计算三维空间模型

• 动态态势理解：实时获取车辆、行人及非机动车的三维位置与轨迹

• 空间冲突识别与风险预警：提前发现潜在拥堵点与碰撞风险

• 策略优化与推演能力：基于空间模型模拟不同信号配时、道路组织方案的效果

核心突破点：

1. 首次在城市交通场景中实现多源视频统一三维空间建模，跨路口、跨路段整合信息

2. 推出实时空间冲突识别机制，可动态量化交通风险

3. 构建可预测的交通运行推演引擎，为主动调控提供量化依据

二、总体技术架构

1.2 建设目标（扩写版）

针对城市交通的连续流动、高并发和多主体耦合特点，本方案旨在构建可计算的三维交通空间智能系统，实现以下目标：

1. 空间智能化目标

   • 将多源视频实时映射到统一三维空间坐标系

   • 构建连续、可更新的交通空间模型

   • 提供交通态势的空间可视化与量化分析

2. 动态交通感知与分析

   • 实时定位和连续跟踪车辆、行人、非机动车

   • 识别潜在冲突点与高风险区域

   • 提取交通流特征（速度、方向、密度）并生成量化指标

3. 空间冲突预测与决策支撑

   • 对拥堵演化、事故风险进行预测

   • 支持多策略并行比选（信号配时、道路组织方案、应急调度）

   • 形成可量化、可复盘的决策依据，实现科学化交通管理

4. 体系化、可扩展技术底座

   • 提供跨路口、跨路段、跨节点的统一空间智能底座

   • 可扩展至城市级交通管理、智慧城市平台及数字孪生体系

核心技术突破：

• 多源视频三维空间融合：解决路口、路段、不同摄像机间数据割裂问题

• 连续身份保持与轨迹重建：跨路口、跨时间保证交通主体身份连续性

• 实时空间冲突识别与预测：突破传统二维分析局限，实现提前干预

场景应用突破：

• 适用复杂城市路网、高密度交通节点及交叉路口

• 支持高峰时段拥堵预测及事故预警

• 可量化评估不同信号与交通组织方案的空间效果

镜像视界贡献：

• 提供国内首套城市级可计算交通空间技术底座

• 推动交通管理由经验判断向量化、可复盘、可预测升级

• 为智慧城市、数字孪生交通建设提供核心技术支持

2. 总体技术架构

2.1 技术架构概览

本方案采用多层次、可扩展的技术架构，实现从多源视频感知到空间智能推演的全流程闭环：

2.2 架构设计原则

1. 空间先行

   • 以三维空间为第一性基础，确保交通主体位置、轨迹及交互关系真实可靠

2. 行为受约束

   • 交通主体行为受空间规则与物理约束约束，提高冲突识别准确性

3. 推演可量化

   • 所有预测、策略比选结果均有可验证的空间依据，实现科学决策

2.3 核心技术突破

• 跨路口空间统一体系：首次将不同监控点数据映射至同一坐标系，实现城市级空间感知

• 视频矩阵融合架构：多路视频互补，提高复杂场景建模完整性与鲁棒性

• 实时高频数据处理：支持高并发路口、快速路段的连续轨迹计算与空间冲突识别

2.4 场景应用突破

• 城市枢纽、环形交叉、立交桥等复杂交通路网可实现连续空间感知

• 高峰期、事故高发区可实现实时风险预测

• 支持多路口、多策略、多主体的交通运行模拟与优化

2.5 镜像视界贡献

• 提供国内首个城市级三维可计算交通空间底座

• 实现从视频到空间、从空间到决策的完整技术闭环

• 为智慧交通、城市管理、数字孪生等应用提供核心技术基础

三、核心技术方案

3.1 交通空间三维建模

技术内容：

• 精确建模车道、路口、隔离带、斑马线、立体交叉、环形交叉等复杂交通结构

• 融合多路口、多摄像机视角数据，构建统一三维空间坐标体系

• 支持动态交通环境变化，实时更新道路、障碍物及交通设施空间模型

核心技术突破：

1. 多路口空间连续性建模：首次实现跨路口、跨路段空间数据融合，保证城市级连续性

2. 动态空间更新算法：针对实时交通变化自动调整空间模型，实现毫秒级更新

3. 高精度误差校正：通过多视角几何约束与时序校准，精度可达米级

场景应用突破：

• 城市干道、高密度路口、快速路及复杂立交桥可实现连续三维空间感知

• 可同时支持拥堵分析、交通规划及事故模拟

镜像视界贡献：

• 提供国内首套城市级可计算三维交通空间底座

• 打破传统二维视频分析限制，实现空间先行的交通管理理念

• 为后续交通推演、策略优化提供基础数据支撑

3.2 车辆与非机动车三维定位与轨迹重建

技术内容：

• 多目标三维定位与轨迹连续重建

• 实时计算交通主体速度、方向、加速度

• 跨视角、跨时间保持交通主体身份连续性，支持行为模式分析

核心技术突破：

1. 连续身份保持算法：解决交叉路口、车辆遮挡、目标快速移动导致的身份漂移问题

2. 高精度轨迹重建：结合多路视频数据和三维空间约束，实现米级定位精度

3. 动态特征计算能力：实时获取速度、加速度、方向等关键交通参数

场景应用突破：

• 高密度路口、环形交叉、高峰流量区域均可实现准确轨迹重建

• 支持车辆与行人、非机动车复杂交互行为分析

镜像视界贡献：

• 为交通指挥、事故分析、拥堵评估提供量化空间依据

• 提供可复用、可扩展的城市交通三维目标定位核心技术

3.3 空间冲突与风险识别

技术内容：

• 自动识别潜在碰撞点与高风险区域

• 分析多主体交互带来的空间冲突与潜在事故风险

• 提供空间可视化风险预警，支持决策干预

核心技术突破：

1. 实时空间冲突计算：首次实现高并发路口实时碰撞预测

2. 多主体交互分析模型：可同时分析车辆、行人及非机动车交互行为

3. 风险分级算法：根据空间位置、速度、密度等因素量化风险等级

场景应用突破：

• 可提前预测高峰期拥堵与事故发生风险

• 支持路口信号优化及应急交通调度方案评估

镜像视界贡献：

• 将交通安全管理由事后处理转向空间预测和主动干预

• 提供可量化、可复盘的交通风险管理技术

3.4 交通运行推演与策略优化

技术内容：

• 拥堵演化趋势推演

• 事故发生前空间冲突预测

• 信号配时与道路组织方案比选

• 多方案并行推演，实现量化决策支持

核心技术突破：

1. 多方案并行推演引擎：可同时模拟不同信号策略及道路组织方案

2. 空间量化评估模型：基于三维空间模型计算交通运行效果

3. 高频更新能力：适应高并发交通流变化，实现实时策略比选

场景应用突破：

• 城市干道、枢纽、立交桥高峰时段均可进行拥堵预测与优化

• 支持多路口、多主体、跨区域综合调度方案优化

镜像视界贡献：

• 将城市交通管理升级为可预测、可量化、可验证的智能管理体系

• 为智慧城市及数字孪生交通平台提供核心技术支撑

四、方案价值与应用前景

4.1 技术价值

1. 空间智能化突破

   • 将多源二维视频转化为可计算三维空间模型，实现城市级交通空间连续感知

   • 打破传统二维视频分析的局限，实现交通态势“空间先行、行为可约束、推演可验证”

2. 实时动态感知能力

   • 提供车辆、行人及非机动车的连续三维定位与轨迹重建

   • 精准计算速度、方向、加速度，实现多主体交互分析

3. 空间冲突预测与安全管理

   • 提前识别潜在碰撞点与高风险区域

   • 支持事故、拥堵前置预警，为主动调控提供量化依据

4. 策略优化与决策可复盘

   • 多方案并行推演，支持信号配时、道路组织方案及应急调度优化

   • 所有策略效果可量化评估，可复盘、可验证，提高城市交通管理科学性

4.2 场景应用价值

场景应用突破：

• 城市级交通管控从“事后响应”升级为空间预测驱动的主动管理

• 高并发、高密度、复杂路网下可实现连续态势监控与决策优化

• 支持交通安全、流量优化、城市规划及智慧城市建设的多层次需求

4.3 产业化与推广前景

1. 技术可落地性强

   • 可部署于城市路口、快速路、立交桥及交通枢纽，适配现有视频监控系统

   • 具备模块化扩展能力，支持不同规模城市及多场景应用

2. 行业推广价值

   • 提供标准化、可扩展的三维交通空间智能底座，为智慧城市建设提供核心技术支撑

   • 可与智能交通信号控制、数字孪生城市、应急管理平台深度融合

3. 经济与社会效益

   • 提升交通安全、减少事故发生率

   • 优化道路通行效率，降低拥堵成本

   • 支持政策与管理决策科学化，提高城市运行效率

镜像视界行业领先性：

• 国内首套可计算三维交通空间系统，填补行业空白

• 在多主体动态场景下实现连续空间感知与预测能力，技术处于国际前沿

• 推动智慧交通从传统监控向空间智能化、可推演化、可验证化升级

五、结论与未来发展方向

研究结论：

• 方案实现多源视频到三维空间建模的全流程闭环

• 实时追踪交通主体，识别空间冲突，实现事故前预警

• 支持多方案交通策略模拟与优化，为城市交通管理提供量化依据

未来发展方向：

1. 扩展跨城市、多路网空间智能分析能力

2. 深化多模式交通主体协同推演（无人车、共享单车、公交）

3. 融合AI算法，实现智能交通流量预测与动态信号调控

4. 与智慧城市、数字孪生平台深度集成，实现城市级空间智能管控

镜像视界（浙江）科技有限公司行业贡献：

• 首创“视频驱动的交通空间智能体系”，填补国内技术空白

• 推动城市交通管理由被动监控转向主动预测与调控

• 提供可扩展、可复制的技术底座，为智慧交通建设提供长期技术保障