基于改进YOLOv11-OBB-SVDD的数字孪生智能车系统设计

张苏楠; 寇元超; 王喆; 张力元; 李禹昊

doi:10.37188/CJLCD.2026-0052

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基于改进YOLOv11-OBB-SVDD的数字孪生智能车系统设计

图像处理 | 更新时间：2026-09-12

- 基于改进YOLOv11-OBB-SVDD的数字孪生智能车系统设计
- Design of digital twin smart car system based on improved YOLOv11-OBB-SVDD
- 液晶与显示 2026年41卷第6期页码：854-865
- 作者机构：
  
  太原工业学院工程训练中心，山西太原 030008
- 作者简介：
  
  张苏楠，男，博士，副教授，2020年于太原理工大学获得博士学位，主要从事数字孪生与机器视觉方面的研究。E-mail： zhangsn@tit.edu.cn
- 基金信息：
  
  山西省基础研究计划项目(202303021222303);山西省高等学校科技创新项目(2023L362)
- DOI：10.37188/CJLCD.2026-0052
  中图分类号： TP273
- CSTR：32172.14.CJLCD.2026-0052
- 收稿：2026-03-23，
  
  修回：2026-05-06，
  
  纸质出版：2026-06-06
- 稿件说明：
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张苏楠, 寇元超, 王喆, 等. 基于改进YOLOv11-OBB-SVDD的数字孪生智能车系统设计[J]. 液晶与显示, 2026,41(6):854-865.

ZHANG Sunan, KOU Yuanchao, WANG Zhe, et al. Design of digital twin smart car system based on improved YOLOv11-OBB-SVDD[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(6): 854-865.
张苏楠, 寇元超, 王喆, 等. 基于改进YOLOv11-OBB-SVDD的数字孪生智能车系统设计[J]. 液晶与显示, 2026,41(6):854-865. DOI： 10.37188/CJLCD.2026-0052. CSTR： 32172.14.CJLCD.2026-0052.

ZHANG Sunan, KOU Yuanchao, WANG Zhe, et al. Design of digital twin smart car system based on improved YOLOv11-OBB-SVDD[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(6): 854-865. DOI： 10.37188/CJLCD.2026-0052. CSTR： 32172.14.CJLCD.2026-0052.

摘要

随着智能驾驶和数字孪生技术的快速发展，构建高效、实时的车路协同系统成为研究热点。为此，本文设计了基于改进YOLOv11-OBB-SVDD的数字孪生智能车系统。该系统由物理智能车、虚拟智能车、智能可视化服务、孪生数据和动态实时连接5部分组成。首先，物理智能车搭载视觉传感器实时采集赛道图像，实现自主路径识别；在赛道上方部署工业相机感知智能车在赛道中图像。然后，建立与物理智能车一致的虚拟模型实现虚实映射，利用YOLOv11-OBB检测物理智能车的位置与车身偏转角度；为提高对尺寸较小智能车的检测性能，采用基于频率感知特征融合（FreqFusion）的特征融合方法对模型进行改进。最后，虚拟智能车通过位置与车身偏转角度结合赛道信息，利用支持向量数据描述（SVDD）算法检测车辆偏离赛道风险；通过动态实时连接向物理智能车发送控制信号，智能可视化服务提供智能车可视化动态监控，孪生数据汇聚数字孪生智能车系统多维多尺度数据。实验结果表明，提出的改进YOLOv11-OBB对物理智能车的检测精确率、召回率、IOU阈值为0.5时的平均精度均值分别达到了94.4%、93.0%、92.2%；SVDD检测智能车正常行驶与偏离赛道风险的准确率、查准率、查全率分别达到94.5%、95.4%、93.5%。整个系统实时性高，可以准确实现智能车自主循迹与数字孪生各模块的功能。

Abstract

With the rapid development of intelligent driving and digital twin technology， the efficient and real-time vehicle-road cooperative system has become a research focus. A digital twin smart car system based on improved YOLOv11-OBB-SVDD is designed in this paper. The system consists of five parts： physical smart car， virtual smart car， intelligent visualization service， twin data and dynamic real-time connection. Firstly， a physical smart car is equiped with visual sensors to capture track images in real time for autonomous path recognition； an industrial camera is mounted above the track to perceive the images of the smart car in the track. Then， a virtual model consistent with the physical smart car is established to enable bidirectional synchronization between the digital and physical domains. YOLOv11-OBB is used to detect the position of the physical smart car and the deflection angle of the body to realize the virtual-real mapping. To enhance the detection performance of small-sized smart cars in images， a frequency-aware feature fusion（FreqFusion） method is proposed to improve the model and further refine accurate virtual-to-real mapping. Finally， the virtual twin unit integrates vehicle coordinates， deflection angles and track topological information， and leverages Support Vector Data Description（SVDD） to identify track departure risks. Real-time communication links transmit corresponding control commands back to the physical intelligent vehicle. At the same time， the intelligent visualization service provides the visual dynamic monitoring of the smart car， and the multi-dimensional and multi-scale data of the digital twin smart car system are aggregated by twin data. Experimental results indicate that the proposed improvement of YOLOv11-OBB has achieved an average accuracy of 94.4%， 93.0%， and 92.2% respectively for the detection accuracy， recall rate， and mean average precision when the IOU threshold is 0.5 for the physical smart car. The SVDD-based anomaly detection system achieves an accuracy of 94.5%， a precision of 95.4%， and a recall of 93.5% in identifying both normal driving behavior and track deviation risks in smart car. The entire system operates smoothly and can accurately implement the functions of smart car autonomous tracking and digital twin modules.

关键词

Keywords

references

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