交通元宇宙的星辰大海（一）——促进高质量发展
发布时间:2024-02-05 | 发布者： 东东工作室 | 浏览次数： 次（原标题：交通元宇宙的星辰大海（一）——促进高质量发展）
引言
由于近期我连续推出《后疫情时代下旅游产业元宇宙》、《元宇宙赋能城市建设发展新逻辑》等系列文章，收到众多读者的好评。为此我继续撰写：《交通元宇宙的星辰大海（一）——促进高质量发展》《交通元宇宙的星辰大海（二）——建设综合立体交通》，为元宇宙赋能交通产业提供思路。
交通是人类文化、军事、经济发展的先决条件，人类每一次的社会和文化进步都与交通密不可分。古希腊遍布整个地中海和黑海的海上交通线连接了亚欧大陆，使之成为地中海地区的贸易中心，成就了古希腊的海洋文明。起自西汉长安，经中亚国家、阿富汗、伊朗、伊拉克、叙利亚等而达地中海，最终到达罗马的“丝绸之路”则被认为是连结亚欧大陆的古代东西方文明的交汇之路。公元8世纪，维京人发现通往英格兰的北海航线，从而开启了对欧洲沿海国家长达300年的劫掠和征服，同时也促进了基督教在北欧国家的扩散。1492年哥伦布发现美洲新大陆航线，开启了“大航海” 时代的繁荣盛世，接踵而至的全球航海大开发则将人类的足迹遍布全球，促进了人类文明大融合。
直至今日，每一次交通技术革命、交通线路的打通都能为人类的经济繁荣，文化沟通起到推动作用。当前，人类正处在互联网3.0时代，AI、大数据、云计算、区块链等新技术层出不穷，人类互为贯通和交往的工具也不只限于物理交通概念，更多向信息领域、虚拟世界延伸。元宇宙是在物理世界与虚拟世界之间，建立起虚实共生的新型社会体系的数字生活空间，将人类的“互为贯通”扩展到虚实交互，虚实通达，最终元宇宙将人类文明扩散到宇宙的星辰大海。
一、物理交通世界现状
1、现实交通世界的构成
在讨论元宇宙之前，我们首先重新审视一下与我们密切相关的现实交通世界。现代人一般理解的交通主要指交通运输。即：利用空运、铁路、公路、水运和管道等，针对人员或物资的物理实体传递，以及支撑运输的基础设施修建、经营和管理。1914年，世界第一条空中美国洛杉矶-旧金山航线开通（559.75公里），人类第一次在太平洋沿岸的两大城市之间实现小时交通圈。中国第一条空中航线是在1920年5月8日由北洋政府交通部航空事业处开通的北京-天津航线。据openflights.org统计，截至2017年1月，全球已拥有超过1万个机场，6万7千条航线。截至2020年中国境内民用机场238座，拥有9814条境内航线。正如下图所示，航线密集处也是全球经济最为活跃的地方。
全球开放空中航线示意图
数据来源：openflights.org
1825年9月27日，英国开通了世界上第一条铁路线，全程21公里的斯托克顿—达林顿铁路，据此人类进入机械交通时代。根据世界银行2016的数据统计，全球铁路总里程数达105万公里。截至2020年12月，中国铁路运营里程达14.6万公里，其中高铁3.8万公里，高铁里程居世界第一。1937年，德国修建了柏林至汉堡的世界上第一条高速公路，该高速公路的修建加快了公路运输的发展，刺激了当时德国国民经济的增长。而当前，中国以高速公路总里程16.1万公里（截至2020年底），排名世界第一。全球海运贸易量从 20 世纪 80 年代开始稳步攀升，2017年达到107.02亿吨。
2、交通与人类技术演进的关系
人类的交通发展与科技技术进步密不可分，不同于“鸡生蛋、蛋生鸡”问题，在人类交通发展史上一定是先掌握交通技术再形成交通体系。一部人类交通发展史其实就是人类科技进步史，我们先后经历了人力、畜力交通时代，蒸汽机交通时代，内燃机交通时代，电气交通时代，信息交通时代。在人类发展历程的绝大部分时间里（从智人算起约25万年），都在使用人力作为交通工具，而马车和牛车的出现大约是在4000年-5000年前。人力、畜力作为交通工具，引领了人类走过的漫长的进化岁月，基本体现了“力所能及”的交通时代。1698年托马斯·塞维利制造出了早期的工业蒸汽机，经过约100百年的持续改良，1807年罗伯特·富尔顿成功地将蒸汽机用于驱动轮船，1814年乔治·斯蒂芬森又将蒸汽机用于驱动火车头，从此人类进入蒸汽机交通时代。蒸汽机作为第一次工业革命的动力引擎，直接推动了交通技术跨入机器时代，帮助人类在大洋、陆地实现“开疆拓土”。
第二次工业革命中内燃机的出现，直接推动交通技术实现海、空、地的高效传输。1879年卡尔·本茨制造出第一台单缸煤气发动机，1886年卡尔·本茨又研制成功了单缸汽油发动机，并安装在一辆三轮车上，这就是第一辆汽车的诞生。以内燃机驱动的汽车，速度更快，更小巧灵活，普及度更高，从诞生之日起就是人类使用最频繁和普及的交通工具。以内燃机作为动力的汽车、火车、轮船、涡轮（扇）喷气飞机、火箭等直至今日，依然是人类交通工具的中坚力量。内燃机交通时代对于人类具有划时代意义，人类彻底突破地球表面，以及近地空间的物理障碍，实现人类在世界范围内的单日到达，并建立起人类海、空、地的立体、高效、安全的交通网络，并实现“所向必所达”。
第二次工业革命中的另一个代表性技术电气系统，也同时深刻影响人类交通发展。1879年5月31日，在柏林的工业博览会上，展出了世界上第一台由外部供电的电力机车（西门子）和第一条窄轨电气化铁路。电气系统驱动的交通工具，几乎与内燃机一同出现，但因为无法解决持续供电行驶问题，电力机车很长一段时间只是和有轨交通绑定。20世纪70年代、80年代石油危机爆发，引发了人们使用再生能源期望，发达国家政府开始通过制定政策和立法推动汽车电动化。1967年，日本成立了日本电动汽车协会以促进电动汽车事业的发展，1971年，日本通产省制定了《电动汽车的开发计划》；1976年7月，美国国会通过了《电动汽车和复合汽车的研究开发和样车试用法令》，以立法、政府资助和财政补贴等手段推动发展电动汽车。1990年，欧洲“城市电动车”协会成立，帮助各城市进行电动汽车可行性的研究和安装必要的设备，并指导电动汽车的运营。2008年，特斯拉全球首辆合法配备锂离子电池的跑车交付客户，这是全球首辆一次充满电行驶320公里以上的全电动汽车，这对于电气交通时代具有里程碑意义。由于电池技术的突飞猛进，交通工具电气化已成为全世界主流趋势。
人类进入第三次工业革命后，由于信息技术大爆发，使交通技术发展发生重大变化，由传统物理实体形态的互为贯通，转变为虚拟世界、数字世界的互为贯通。计算机、互联网、数字通信技术相继出现，成为人类沟通交流、信息共享的主要工具。信息交通时代实现了人类“无所不在”互联互通。由此，现代人的交通世界由交通工具构成的物理实体世界和信息技术构成的虚拟数字世界，两个平行世界组成。元宇宙的出现则代表物理实体世界与虚拟数字世界相互融合和贯通的新型交通世界诞生，人类从此进入虚实共生阶段。
3、我国现代交通的融合需求
截至2020年底，中国铁路运营里程达到14.6万公里，其中高速铁路运营里程3.8万公里，世界排名第一，高速铁路对百万人口以上城市覆盖率超过95%；中国公路通车总里程达519.81万公里，其中高速公路通车里程16.10万公里，居世界第一。2020年中国境内运输机场（不含香港、澳门和台湾地区）共有241个，拥有9814条境内航线，完成旅客吞吐量85,715.9万人次、货邮吞吐量1,607.5万吨，仅次于美国位居世界第二。2020年中国内河航道通航总里程12.77万公里，内河货运量达到38.15亿吨，位居世界第一；海运船队运力规模达3.1亿吨，位居世界第二位；港口货物吞吐量完成145.5亿吨，港口集装箱吞吐量完成2.6亿标箱，均居世界第一。油气长输管线包括国内管线和国外管线，总里程达到16.5万公里，其中原油管线为3.1万公里，成品油管线3.2万公里，天然气管道10.2万公里，已基本形成网。
我国交通运输基础设施网络已日趋完善，截至2020年底，综合交通网络总里程突破600万公里，“十纵十横”综合运输大通道基本贯通，高速铁路对百万人口以上城市覆盖率超过95%，高速公路对20万人口以上城市覆盖率超过98%，民用运输机场覆盖92%左右的地级市，超大特大城市轨道交通加快成网，港珠澳大桥、北京大兴国际机场、上海洋山港自动化码头、京张高速铁路等超大型交通工程建成投运。我国已形成海、陆、空、河、管道立体、综合的交通网络系统。
国家综合立体交通网主骨架布局示意图
来源：中共中央 国务院印发《国家综合立体交通网规划纲要》[2]
但同时，从交通基础设施建设上看存在网络发展不均衡、结构待优化、衔接不够顺畅，重点城市群、都市圈的城际和市域铁路短板明显；从交通服务上看，存在货物多式联运、旅客联程联运比重偏低，定制化、个性化、专业化运输服务产品供给与快速增长的需求矛盾明显；从技术运用上看，智能交通技术应用深度和广度有欠缺，交通运输安全形势仍然严峻，产业链供应链保障能力不足；从环保上看，绿色低碳发展任务艰巨，清洁能源推广应用仍需加快等若干问题。
交通作为国民经济命脉，关系着国家繁荣富强和人民安居乐业，一直以来，交通运输发展目标，就是人民生活与国家战略发展需求。中国经过40余年来的改革开放，经济总量已经迈上100万亿（人民币）台阶，预计在2030年后将超过美国成为全球最大经济体。但也为交通运输提出了更高的要求。
（1）高质量发展需求
运输服务更加高效。提升运输服务质量，提高客运“一站式”、货运“一单制”服务体验，充分实现定制化、个性化、专业化运输服务，解决城市交通拥堵和“停车难”问题，保障农村和边境地区运输服务的通达，实现村落快递服务全覆盖，通向全球的国际运输服务网络更加完善。
技术装备更加先进。5G、物联网、大数据、云计算、人工智能等技术与交通运输深度融合，发展交通运输领域新型基础设施建设，提高数字化程度，开展数据开放共享和平台整合。实现北斗卫星对交通运输领域全覆盖，运输装备标准化率大幅提升。
安全保障更加可靠。保障交通设施耐久可靠、运行安全。实现跨部门、跨领域的安全风险防控体系和应急救援体系；保障粮食、能源、矿石等物资运输安全；保障国际物流供应链安全。
（2）融合发展需求
提高旅客出行、货物运输的高效便捷，实现综合交通网络有机衔接。打通公路省际阻碍，加强干线公路与城市道路有效衔接，推进城镇密集地区道路瓶颈路段升级改造。加强枢纽机场与轨道交通高效衔接，使换乘更加便捷。强化进港区、进园区、进厂区、进规模化农产品基地等集疏运设施建设，加快推动铁路进港口重点港区和大型工矿企业、物流园区、重点物资储备库。实现资源高效利用、生态环境保护和防洪航运安全，建设各种运输方式共享通道资源的过江跨海通道。推动超大特大城市的大型综合客运枢纽间通过轨道交通互连。实现联系紧密的综合货运枢纽间通过联络线或专用通道互连。探索多种运输方式规划建设协同和新型运输方式，实现陆水空多种运输方式相互协同、深度融合。
（3）综合立体交通需求
构建以高速铁路、国家高速公路、民用航空等为主体的快速网，完善以普速铁路、普通国省道、港口航道等为主体的干线网，提高基础网保障能力。节约利用通道线位资源、岸线资源、土地资源、空域资源、水域资源，促进交通通道由单一向综合、由平面向立体发展，减少对空间的分割，提高国土空间利用效率。加强综合交通通道与通信、能源、水利等基础设施统筹，提高通道资源利用效率。推进综合交通枢纽及邮政快递枢纽统一规划、统一设计、统一建设、协同管理。推动新建综合客运枢纽各种运输方式集中布局，实现空间共享、立体或同台换乘，打造全天候、一体化换乘环境。推动既有综合客运枢纽整合交通设施、共享服务功能空间。加快综合货运枢纽多式联运换装设施与集疏运体系建设，统筹转运、口岸、保税、邮政快递等功能，提升多式联运效率与物流综合服务水平。按照站城一体、产城融合、开放共享原则，做好枢纽发展空间预留、用地功能管控、开发时序协调。
二、元宇宙推进交通高质量发展
中国作为一个交通大国，通过对基础设施持续不断的建设，已在公路、铁路、航运、空运等多个领域的里程、吞吐量指标上占据世界领先地位。综合交通网络总里程突破600万公里，“十纵十横”综合运输大通道基本贯通，高速铁路对百万人口以上城市覆盖率超过95%，高速公路对20万人口以上城市覆盖率超过98%，民用运输机场覆盖92%左右的地级市，中国的交通建设思路已从过去的速度优先转变为质量优先。交通高质量发展是通过对高新技术应用、智能化、安全保障方面持续创新和建设，实现运输服务的舒适和高效，绿色低碳环保发展。
随着，大数据、人工智能、区块链、数字孪生、超级计算等新一代信息技术的涌现，以及智能制造、新材料、新能源等新型工业技术的普及，信息技术与工业技术结合形成产业化数字升级，是普遍产业高质量发展的技术路径。例如：利用数字孪生技术在汽车、民用飞行器、船舶等装备动力和传动系统研发应用，利用人工智能加强综合交通网络协调方面应用，利用云计算在城市综合交通协同管控的应用，利用大数据在航运安全管控与应急搜救技术应用等。
而元宇宙的出现，则把这些单一技术及其应用场景，组合在一个跨技术、跨行业的数字世界中，通过对大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通行业深度融合，推进数据资源赋能交通产业发展，实现交通基础设施网、运输服务网、能源网与信息网络的元宇宙虚实共生的大融合，实现在交通安全、交通智能化和绿色环保方面等产业高质量发展。
1、元宇宙促进交通安全保障建设
交通安全保障建设主要指交通安全风险预警、防控响应和救援支撑的建设。主要包括：交通网络的韧性和安全性保障、物资运输安全保障、交通救援支撑、运输装备安全、信息安全防护等多个方面。由于交通安全保障涉及多个不同的细分行业和管理部门，传统的交通安全保障常常是单打独斗，各自为政。例如：企业，铁路、公路、航空、水运、能源、公安、消防等职能部门，根据自身的数据单独构建的交通安全保障系统。
但交通安全整体风险，却是跨企业、行业和政府职能部门的。交通网络系统韧性和安全性就涉及公共安全，多路径、多载具的运输立体通道管理，多自然灾害区域的应急管理，能源口岸或基地运输管理等。而战略物资的供应链运输安全保障则需要联合物资基地、供应链企业、交通管理协同保障。
元宇宙的世界，本质是一套多维互联网世界，它将原有按照区域、功能、职能等水平切分的互联网，整合在多维立体空间内，利用物理实体对象与虚拟对象的映射，实现在数字世界中的虚实通达和协同。元宇宙通过将运输装备和基础设施数字化和虚拟化为交通数字对象，实现运输装备在交通运输中性能变化的实时感知；通过建立交通元宇宙的安全风险对象监测防控体系，强化危险货物运输全过程、全网络动态监测预警；通过交通数字对象的互联共享，构建快速通达、准确无误、无缝衔接、可靠的交通安全保障；通过元宇宙多维立体网络，实现不同部门之间的联动、协同和多主体参与的交通安全管理协调。
利用元宇宙海量的分布式数据存储能力，建立交通工程基础设施和运行质量全寿命周期安全管理体系，通过对工程基础设施的数字孪生，实现数字化的安全评估，长期的性能观测，检测诊断和预防性养护，对自然灾害的模拟，可实现工程基础设施病害防治能力，及时消除安全隐患。
在交通元宇宙的数字环境中，可模拟自然灾害和重大交通事故，物资调度、应急救援、运输等都可在数字孪生中反复推演，从而科学规划物资仓库、应急救援基地、消防救援站等，引导建设现实交通世界的应急装备、应急通信、物资储运、防灾防疫、污染应急处置等配套基础设施，提高交通安全事故的快速修复能力和应对突发事件能力。
通过交通元宇宙连接车联网、船联网等用户载具网络，实现对交通载具实例对象的映射和数字孪生，利用云计算和大数据处理能力，为载具用户提供潜在安全风险提醒和服务。针对潜在自然灾害、重大交通事故等环境风险可在用户载具网络内预警，并提出替代路线和辅助交通服务；对用户载具的性能衰减、安全隐患等自身安全风险，可实时监测和提醒，为用户提供一对一的安全服务。
2、元宇宙提高交通智能化水平
传统的交通智能化是将信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术有效的集成并应用于整个交通运输系统，以实现交通安全性、运输效率、能源和环境保护问题。近年来，随着交通基础设施数字化、网联化推进，卫星通信技术、5G通信技术、高分遥感卫星、人工智能等新型技术的应用，对于交通智能化需求已从传统的信息化系统向智能决策系统转变。
北斗高精度卫星组网、地理信息建模、智能化载具的普及应用为实现智能网联汽车（智能汽车、自动驾驶、车路协同）、智能化通用航空器应用、自动化立体仓库、智能输送分拣和装卸设备提供了技术支撑；全局多方位的交通基础设施感知系统为交通安全风险提供主动预警、多维监测和精准智能管控提供数据支撑；智能调度控制系统的大量应用，提高铁路、空管、公路等调度指挥、协同和运输管理智能化水平。
交通建设是集港口、物资基地、枢纽站等点状物理实体，道路、空域航线、水域航道、能源管线等线性物理实体，以及城市建设和国土资源等面状物理实体为一体的，涉及资源、服务的综合建设体系，最终形成点、线、面等二维交通网络。
而元宇宙将赋予交通资源智能化全新定义。在元宇宙中，通过交通枢纽元可在传统交通网络中，智能连接点、线、面各类交通资源，并赋予这些交通资源多维属性。例如：为港口赋予道路属性、铁路属性等，交通枢纽元是一种具有多维属性的连接件，可为单一功能交通资源赋予其他资源的属性。利用交通枢纽元将在海、空、地的元宇宙建立交通资源的智能控制，例如：通过机场的繁忙程度自动控制周边公路的通行调度，通过物资基地的仓库状态动态安排供应链运输计划等。元宇宙中可以通过交通枢纽元连接更多的交通资源，从而实现智能指令的跨界传递。
交通服务是交通服务商提供给用户的最终产品，传统交通服务是单一供给，例如：铁路、公路、空运等。虽然目前已有部分互联网平台企业，基于上层应用提供了一些出行一体化服务体验，但由于底层跨域资源尚未打通，服务的衔接依然处于人工模式。而基于元宇宙的智能服务，则依靠对底层交通资源的衔接，从操作系统和网络协议层实现对更大范围交通资源的充分利用。元宇宙中的交通服务是一种点对点、无缝衔接、自由组合的服务体验，配合智能化的交通基础设施、交通载具和其他生活服务，为用户提供一体化的生活服务体验。
3、元宇宙助力交通低碳绿色发展
2021年10月24日在《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中，再次明确了2025年实现碳达峰，2060年实现碳中和的世界承诺。并提出了实现目标的具体任务。其中明确了优化交通运输结构，推广节能低碳型交通工具，积极引导低碳出行等交通低碳绿色发展任务。
通过建设综合立体交通网，发展多式联运，提高铁路、水路在综合运输中的承运比重，持续降低运输能耗和二氧化碳排放强度。发展绿色物流，整合运输资源，提高利用效率。通过发展新能源和清洁能源车船，推进铁路电气化、智能交通等方式主动降低交通载具碳排放。通过建设广泛覆盖的公共交通基础设施，加强城市慢行系统与快速道路的分离与接驳规划，缓解城市交通拥堵和环境污染。
元宇宙的优势在于通过无所不在传感器，实时监测交通基础设施涉及的农田、生态功能区、环境敏感区等物理空间，对交通噪声、污染物、二氧化碳等排放问题开展实时动态治理，交通基础设施与环境生态空间可通过元宇宙建立的数字空间实现感知、分析、响应的治理融合。
通过元宇宙建立的多产业交通空间融合，可进一步优化交通运输结构，形成基于距离、货物、时间等时空要素的专辅线互补融合，多载具运输融合、快慢速通道融合、多能源组合运输融合等，实现能源效能最大化，运输清洁化、低碳化、高效化发展。例如：通过元宇宙对数字空间中产业结构、交通基础设施布局、货品形态等多维视角分析，生成多式联运型物流中心的选址、布局和建设规划方案，包括：信息服务区、零担交易与城市配送区、仓储区、堆场区、海关监管区、停车区、综合配套服务区等。
通过元宇宙构建的综合立体交通网具有虚实数据的融合性特征，可以通过虚拟空间在多运输方式和产业布局的条件下，通过融合模拟选择能耗最优的交通网组合方式；通过对载具实例能耗的量化融合分析，选择排碳量最优载具组合；通过对时空价值分析，为用户推荐最绿色的通行路线或方式；通过在元宇宙世界中建立用户碳排放数据，使碳中和、碳达峰任务不只限于供给侧，而是向消费侧传递。
（未完待续）
参考文献
国务院.“十四五”现代综合交通运输体系发展规划. http://www.gov.cn/zhengce/content/2022-01/18/content_5669049.htm.
中共中央、国务院.国家综合立体交通网规划纲要. http://www.gov.cn/zhengce/2021-02/24/content_5588654.htm.
中共中央、国务院.交通强国建设纲要. http://www.gov.cn/zhengce/2019-09/19/content_5431432.htm
本文系未央网专栏作者:黄 锐 发表，内容属作者个人观点，不代表网站观点，未经许可严禁转载，违者必究！转载请标注：东东工作室——交通元宇宙的星辰大海（一）——促进高质量发展