摘要
本文介绍了基于智能移动数字孪生的自主车辆导航系统：概念验证。在过去二十年中，数字孪生（DTs）推动了各个工业领域的重大进步。随着自动驾驶和车路协同（V2X）技术的快速发展，将DTs集成到车机平台有望进一步改变智能移动系统。本文提出了一种新的智能移动DT（SMDT）平台，用于控制下一代无线网络下的互联和自动驾驶汽车（CAVs）。特别地，所提出的平台使得云服务能够利用DTs的能力来推动自动驾驶体验。为了改进交通效率和道路安全性措施，本文设计了一种利用可用DT信息的新型导航系统。SMDT平台和导航系统采用最先进的产品（例如CAVs和路侧单元（RSUs））以及新兴的技术（例如云端和蜂窝V2X（C-V2X））。此外，还进行了概念验证（PoC）实验来验证系统性能。SMDT的性能从两个角度进行评估：（i）所提出的导航系统对交通效率和安全性的回报；（ii）SMDT平台的延迟和可靠性。本文通过基于SUMO的大规模交通仿真进行实验，结果表明，所提出的SMDT可以减少平均出行时间和由交通事故导致的拥堵概率。此外，结果记录了DT建模和路线规划服务的峰值延迟分别为155.15ms和810.59ms，这验证了本文所提出的设计符合3GPP对新兴V2X用例的要求，并且达到了所提出设计的目标。
主要贡献
本文的主要贡献总结如下：
1）架构设计和用例：本文开发了SMDT平台的新型系统架构，专门用于解决安全性和鲁棒性方面的问题。该架构集成了RSUs、CAVs和中心云之间的云端和边缘计算。然后，本文引入了一个CAV导航系统作为SMDT平台的用例；
2）全面系统设计和实现：本文详细阐明核心软件和硬件的复杂性，以及用于在真实自动驾驶环境中实现SMDT平台的关键技术；
3）PoC演示：本文对SMDT的路线规划服务进行现场试验，以验证系统功能。此外，本文还评估了通信可靠性和延迟，这是基于第三代合作伙伴计划（3GPP）所提出的用于SSMS和信息共享V2X用例的标准；
4）大规模交通仿真：本文开发了一种交通仿真解决方案，以研究在使用所提出的CAV导航系统时，所提出的SMDT平台在交通效率和安全性方面的优势。
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总结
本项研究提出了一个SMDT平台，其为CAV用户提供云服务。通过设计，该系统集成了云端和边缘计算，用于建立交通DT。基于SMDT平台，本文设计了一种CAV导航系统，其可以利用实时交通数据并且为CAVs规划路线，帮助它们规避动态交通事件，提高出行效率和道路安全性。在智能移动领域中，本文已经证明了所设计的基于SMDT的CAV导航系统可以实现对交通事件响应的有效且实时导航。今后工作将致力于在全市范围内扩展该平台，加入高级的预测算法用于增强交通建模，并且探索其在智能城市框架内的集成。
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