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基于数字孪生的交通碳排放虚拟仿真平台1

基于数字孪生的交通碳排放虚拟仿真平台

摘要

随着全球气候变化问题日益严峻，交通领域作为碳排放的主要来源之一，其减排工

作已成为各国政府关注的焦点。本文提出了一种基于数字孪生技术的交通碳排放虚拟

仿真平台建设方案，旨在通过高精度建模、实时数据融合和智能仿真分析，为交通碳排

放监测、预测和优化提供科学支撑。报告系统阐述了平台建设的理论基础、技术路线、

实施方案和预期效益，分析了可能面临的风险及应对措施，并提出了相应的保障机制。

研究表明，该平台能够实现交通碳排放的全要素、全周期、全场景数字化管理，为制定

精准减排政策提供决策依据，预计可帮助城市交通系统降低15%20%的碳排放量。本

方案符合国家”双碳”战略目标，对推动交通领域绿色低碳转型具有重要意义。

引言与背景

1.1研究背景与意义

当前，全球气候变化已成为人类面临的最严峻挑战之一。根据政府间气候变化专

门委员会(IPCC)第六次评估报告年全球平均温度较工业化前水平已上升

1.1℃，如不采取有效措施，预计本世纪末升温幅度可能超过3℃。交通运输业作为全

球第二大碳排放源，约占全球能源相关CO2排放量的24%，在中国这一比例更是达到

10%左右。随着城市化进程加快和机动车保有量持续增长，交通碳排放问题日益突出。

数字孪生技术作为物理世界与数字世界深度融合的新兴技术，为解决复杂系统问

题提供了全新思路。将数字孪生应用于交通碳排放领域，构建高精度、动态更新的虚拟

仿真平台，能够突破传统监测方法的局限性，实现碳排放的精准量化、实时追踪和智能

优化。这不仅有助于落实国家”双碳”战略目标，还能为城市交通规划、政策制定和公众

出行提供科学依据，推动交通系统向绿色、低碳、高效方向发展。

1.2国内外研究现状

国际上，欧美发达国家在交通碳排放数字孪生研究方面起步较早。欧盟”Horizon

2020”计划资助的”TRANSFORM”项目，开发了基于数字孪生的城市交通碳排放评估系

统；美国交通部支持的”NextGenerationSimulation”(NGSIM)项目，通过高精度交通流

数据支持碳排放建模；日本东京大学团队构建了基于数字孪生的城市交通能源消耗仿

真平台，实现了车辆级碳排放的实时估算。

国内方面，清华大学、同济大学等高校开展了交通碳排放数字孪生的相关研究。北

京、上海等超大城市已开始探索交通碳排放监测平台建设，但多停留在数据采集和可视

化层面，缺乏深度的仿真分析和优化能力。2022年，交通运输部印发《数字交通发展规

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划纲要》，明确提出要”构建交通数字孪生系统”，为本研究提供了政策支持。总体而言，

现有研究在多源数据融合、动态模型构建、仿真精度提升等方面仍存在不足，亟需系统

性解决方案。

1.3研究目标与内容

本研究旨在构建一个基于数字孪生的交通碳排放虚拟仿真平台，实现以下核心目

标：一是建立交通系统全要素数字化表达，形成高精度、动态更新的交通碳排放数字孪

生体；二是开发多尺度碳排放仿真模型，支持从微观车辆到宏观路网的不同层级分析；

三是构建智能优化决策支持系统，为减排政策制定和效果评估提供科学依据；四是形成

可复制推广的技术方案和标准规范，推动行业应用。

为实现上述目标，研究内容主要包括：交通碳排放机理分析与模型构建、多源异构

数据融合与处理技术、数字孪生平台架构设计、仿真算法开发与优化、应用场景验证与

评估等。通过这些研究，将突破交通碳排放精准量化、动态仿真和智能优化的关键技术

瓶颈，为交通领域碳减排提供系统性解决方案。

研究概述

2.1平台定位与价值

基于数字孪生的交通碳排放虚拟仿真平台定位为”智慧交通碳中和”的核心支撑系

统，具有监测、评估、预测和优化四大功能。平台通过构建与物理交通系统实时映射的

数字孪生体，能够实现碳排放的全要素感知、全过程追踪和全场景仿真，为政府决策、

行业管理和公众服务提供多层次支持。

平台的核心价值体现在三个方面：一是提升决策科学性，通过高精度仿真模拟不同

减排政策的效果，避免政策制定的盲目性；二是增强管理精细化，实现碳排放的空间分

布、时间变化和来源构成的精准识别；三是促进公众参与，通过可视