由東京工業大學工程學院 Kei Sakaguchi 教授和維吉尼亞理工大學 Walid Saad 教授領導的研究小組共同實現了智慧行動數位孿生，可以在網路空間中即時複製物理空間的交通狀況。

使用這個數位孿生，他們成功示範了集自動駕駛和遠端操作於一體的混合自動駕駛系統。該研究是發表在日記中IEEE 智慧汽車彙刊。

雖然在網路空間複製實體物件和系統的數位孿生技術在製造和建築等領域快速發展，但直到現在才應用於動態移動領域。

在這項研究中，東京工業大學大岡山校區的智慧移動教育與研究領域被用來建構智慧移動數位孿生。此外，還利用該數位孿生開發了結合自動駕駛和遠端控制的混合自動駕駛演示系統。

在演示中，數位孿生能夠識別更安全、更有效率的路線自動駕駛汽車即時並將這些資訊傳遞回車輛。這證實了融合本地自主和遠端指導的混合自動駕駛是可行的。

這項研究實現了基於車輛自身感測器的本地路徑規劃和基於數位孿生更廣泛的環境視圖的全局路徑規劃的整合。這是透過 V2X 通訊實現的，同時提高了交通安全和效率。

數位孿生，在物理空間中再現物體和系統網路空間製造業、建築業等第二產業快速發展。近年來，它已應用於醫療、教育、電子商務等第三產業，目前正向農業、漁業等第一產業延伸。

數位孿生的優勢不僅包括利用電腦視覺技術在網路空間進行視覺化，還包括透過感測器和物聯網技術進行即時監控、利用模擬和人工智慧進行預測、基於預測的最優控制和異常避免。

建構數位孿生的難度因物件或系統的動態而異。在動態性較低的製造和建築領域，數位孿生的實施相對容易，但在動態性較高的移動領域，實現數位孿生一直具有挑戰性。

在此背景下，東京工業大學和維吉尼亞理工大學自2022年以來一直致力於一項受日本國家資訊通信技術研究所（NICT）和美國國家科學基金會（NSF）委託的聯合研究計畫。

該計畫名為“研究和開發IoFDT（聯合數位孿生互聯網）無線邊緣運算服務平台，實現社會5.0”，旨在建立智慧行動數位孿生，並成功實現了全球首個混合自動駕駛和遠端駕駛。孿生。

東京工業大學與超級智慧社會促進聯盟成員合作，自2019年以來一直在大岡山校區建立智慧移動教育與研究場。

該場地配備了兩輛能夠進行4/5級自動駕駛的自動駕駛汽車和四個用於下一代ITS（智慧交通系統）的路邊單元（RSU）。RSU配備了LiDAR和攝影機等感測器、支援760 MHz、5.7 GHz和60 GHz的V2X（車輛到一切）通訊、邊緣運算（MEC）以及到雲端的回程網絡，從而實現基礎設施協調的安全駕駛支援。

智慧移動數位孿生在網路空間中即時再現這些實體移動場，允許在數位孿生上進行即時碰撞預測和路線規劃，從而實現安全駕駛支援。

智慧型移動數位孿生的系統配置如圖1所示。1.由實體空間的自動駕駛車輛和RSU、邊緣和雲端伺服器、編排整個網路的虛擬化平台、網路空間自動駕駛運行的ROS（機器人作業系統）和Autoware軟體套件、Ookayama等靜態資訊組成點雲地圖/3D 模型、Unity 等3D 視覺化軟體以及在這些基礎架構上運行的動態智慧行動應用程式。

自動駕駛車輛和 RSU 中的邊緣伺服器使用雷射雷達和攝影機等感測器來檢測周圍的交通參與者，如車輛、自行車和行人，建立本地化的數位孿生。多輛車輛和 RSU 檢測到的資訊在雲端聚合並疊加在點雲/3D 地圖上，以建立整個現場的廣域數位孿生。

透過合併此局域和廣域數位孿生（具有任意層數）的分層結構，可以適應具有不同要求的各種智慧移動用例，例如避免碰撞和交付最佳化。

圖 2 顯示了 Ookayama 智慧移動數位孿生的範例。底部顯示物理空間中車輛和 RSU 的照片，而頂部顯示疊加在網路空間 3D 地圖上的車輛（藍色）和行人（粉紅色）的即時資訊。

中間部分顯示疊加在點雲上的偵測結果以及光達和其他感測器的偵測範圍。可以看出，多個 RSU 的檢測結果融合在一起。儘管本地數位孿生有大約 10 毫秒的延遲，全域數位孿生有 100 毫秒的延遲，但實體孿生和數位孿生幾乎是即時同步的。

混合自動駕駛將自動駕駛車輛基於本地環境觀測的路徑規劃與數位孿生透過 V2X 通訊提供的基於全球環境觀測的路徑規劃相結合。這可以同時提高交通安全和效率。

圖3所示為混合動力自動駕駛展示系統。在展示系統中，在網路空間建立自動駕駛車輛的數位孿生體，在網路空間的全局數位孿生體上進行路徑規劃，將最佳化後的路徑發送回實體空間的自動駕駛車輛，車輛執行自動駕駛操作。選定的路徑及其感測器進行駕駛。

這種混合動力自動駕駛系統的實際應用在全球尚屬首次。雖然自動駕駛的視野僅限於車輛周圍的環境，但與人類駕駛類似，全局數位孿生可以觀察車輛周圍的路況。即時的並以鳥瞰視角，即時選擇更安全、更有效率的路線。

在演示實驗過程中，自動駕駛汽車利用網路空間中的全球數位孿生檢測到了其路線上停放的車輛和許多行人，使其能夠改變到更安全、更有效率的周圍道路，並將這種變化反饋到物理上。

更多資訊：Kui Wang 等人，基於智慧移動數位孿生的自動車輛導航系統：概念驗證，IEEE 智慧汽車彙刊（2024）。DOI：10.1109/TIV.2024.3368109