在Providentia++项目(是德国联邦运输和数字基础设施部在德国的数字测试领域驾驶”项目。 )中，慕尼黑工业大学（TUM）的研究人员与工业伙伴合作开发了一项技术，以鸟瞰交通状况的方式补充基于车载传感器输入的车辆视角。这提高了道路安全--也适用于自动驾驶。

对自动驾驶的期望是明确的。法雷奥公司德国驾驶高级研究主管约尔格-施雷普费尔（Jörg Schrepfer）说："汽车不仅要在低速行驶时安全，而且要在快速移动的交通中安全行驶。例如，当物体从卡车上掉下来时，汽车的 "自我中心 "视角往往无法及时发现危险碎片。在这种情况下，将很难执行顺利的回避行动。Providentia++项目的研究人员在过去五年半的时间里得到了联邦交通和数字基础设施部（B+MDV）在自动驾驶和网络化驾驶资助项目下的支持，他们开发了一个系统，将交通状况的额外观点传送到车辆中。"

利用架空标志桥和桅杆上的传感器，我们已经在我们的测试路线上创建了一个可靠的实时数字孪生交通状况，并全天候运行。"项目牵头经理TUM的阿洛伊斯-克诺尔（Alois Knoll）教授说："有了这个系统，我们现在可以用外部视角--鸟瞰来补充车辆的视野，并将其他道路使用者的行为纳入决策。

将数字孪生传输到汽车中：尽量减少时间滞后

这远非小事一桩：数字孪生子需要知道传感器站信息被传送到的车辆的确切位置。为了实现这一点，项目合作伙伴法雷奥公司使用了一个IMU-GNSS系统（惯性测量单元-全球导航卫星系统），由一个测量单元、一个卫星导航系统和一个实时运动学套件组成。施雷普费尔解释说："通过这种方式，我们实时创建了一个坐标系，精确到最近的厘米。"

为了同步来自车辆和测量站的数字孪生的信息，研究人员使用了UTC标准，该标准为协调时间提供了一个统一的基础。理想情况下，数字地图会像第二层一样叠加在汽车的视角上。然而，整个系统中的时间滞后（延迟）是无法完全避免的。从传感器的物理检测和数据的处理到无线电传输到车辆，时间都在流逝。数据被打包、编码和传输，然后在车上解码。其他条件也在起作用，如车辆与测试路线上的发射塔的距离以及数据传输网络的交通量。在最近的一次示范运行中，法雷奥与LTE（4G）无线标准合作，这导致了100至400毫秒的延迟。

施雷普费尔说："这些延迟永远不可能被完全消除。然而，智能算法将有所帮助。未来当我们有了5G或6G电信标准的全面覆盖时，结果会更好。"

原型可用于实时数字孪生

Providentia++研究项目已经为在车辆中使用这些数据创造了条件。其目标是创建一个具有实时能力的可扩展和高度可用的交通状况数字孪生体。为此，该团队在慕尼黑郊外的Garching建立了一条3.5公里的测试路线，由七个传感器站组成。该原型的开发是为了在需要时允许系列化实施。

研究人员正在使用分散的数字孪生。这使得测试路线可以扩大或延伸到任何需要的长度。

为了处理每秒数千兆字节的数据量，他们创建了一个数据处理概念，优化了多个CPU和图形卡（GPU）之间的负载分配。

传感器的校准和跟踪算法的开发带来了特殊的编程挑战--这些任务是没有软件的。"我们现在使用的是基于高分辨率路线图（HD地图）的自动校准过程。它以前并不存在，所以我们必须开发它，"来自TUM机器人学、人工智能和实时系统讲座的技术项目负责人文卡特纳拉扬-拉克希纳拉希曼（Venkatnarayanan Lakshminarashiman）解释说。

来自TUM的联合体负责人克诺尔教授对结果非常满意。他说："数字孪生已经准备好进入项目开发阶段。这个概念在24/7的操作中可靠地工作，不仅适用于高速公路，也适用于二级公路和交叉口周围"。