数字城市响应相关国家政策大力发展数字孪生平台的建设

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一、前言

        中共中央、国务院在对《河北雄安新区规划纲要》的批复文件中要求坚持“数字城市与现实城市同步规划、同步建设”的发展模式，打造出展现多维城市空间的数字平台，数字孪生平台逐步变成创新型智慧城市建设的核心创新性要素之一，变成支撑城市大脑，推动数字城市建设的核心基础。

二、数字孪生与智慧城市

       数字孪生技术来源于军工领域，近些年在工业制造的发展中获得深入探究与应用，疫情期间，中国航空制造技术研究院就运用了数字孪生技术快速研发制造出全自动口罩机。数字孪生技术的功能在不断地向各个行业拓展，建筑领域基于BIM模型实现规划设计、施工、运维等全流程服务；市政领域基于数字孪生技术实现城市规划布局、交通堵塞管理等，各类应用正在为数字孪生城市建设开启大门。

       智慧城市数字孪生平台的核心是在互联网数字化空间重塑一个与现实物理城市相对应的数字城市，依据模拟实体与城市物理空间实体的相互对应、关联协同，使数字孪生城市与物理城市平行运转，实现城市全要素数字化、智能化、虚拟化、可视化。

       数字孪生平台是创新型智慧城市构架的核心构成部分，依据实现城市全要素数字化、智能化表述，将城市物联网、大数据等抽象性的信息和功能展现于城市三维空间，集数字化建模、联动控制、模拟仿真、孪生共智等功能于一体，为安防轨迹跟踪、交通堵塞模拟、市政管网监管等城市智慧应用提供生动的可视化信息交互界面和一比一的精准模拟仿真功能支撑。

三、数字孪生平台演进

1、全域感知，由虚映实

       数字孪生平台的初始阶段以城市数字化基础设施为主体，基于报警终端、传感终端、控制终端等收集的城市信息，依据数字化、智能化建模形成模拟映射。传统式的城市要素聚集于二维平面，达不到智慧化要求，数字孪生平台的核心内容即实现要素三维化，包含城市建筑、道路、管网等基础设施，可以实现精准到室内的数字化、智能化建模。另外，依据城市运转管理需求，数字孪生平台还同步承载着人口信息、气象信息、视频监控信息等数据，变成城市大数据的集中展现载体。目前，北京、上海、广州、深圳、嘉兴、成都等多地尝试了城市三维模型，大到上海市建立的全域数字化、智能化城市花园，小到城市CBD片区，三维数字孪生平台已经变成创新型智慧城市（智慧园区）的建设发展趋势。

2、要素联动，由虚控实

       数字孪生平台快速发展的第二个环节是实现数字目标与其物理目标之间的实时交互，数字孪生平台的操控指令可以利用传输网络、感知控制设备传输到物理实体，从而实现对物理目标的操控。第二个环节的要素联动主要依托于市政、公共交通、建筑等各项配套设施的感知终端，按照业务需求和终端功能，提供配套设施健康监测、远程控制、故障告警等管理和服务能力，实现统筹管理和业务闭环联动。目前数字孪生平台已开展了依托于业务需求的设施设备管理功能开发，包含车辆、人员等轨迹追踪，管线、桥梁等的状态感知，违法停车、垃圾满溢等市容监管，为城市安全文明建设提供技术支持。

3、模拟仿真，由虚演实

       数字孪生平台快速发展的第三个环节是实现对物理世界的模拟仿真和动态预测，同步生成优化解决方案，在数字世界演练城市运转态势。模拟仿真的实现借助于对物理世界运转机理的认知，利用对自然现象、物理规律、人群活动等的建模，为城市规划、管理、治理、服务等提供科学性的决策支持。数字城市模拟仿真的立足点是让城市建设及快速发展少走弯路，是数字孪生价值的真正体现。目前暂未出现对整个城市进行模拟仿真的产品，但公共交通等细分领域已逐渐开展有关研究，百度、51World、之江实验室等企业及科研机构正在开展面对无人驾驶应用的实际交通路况模拟仿真。

4、自主研判，虚实共智

       数字孪生平台快速发展的第四个环节是城市细节的不断深入，与人工智能等技术实现深度融合与应用。泛在感知的颗粒度决定了数字孪生的精细化水平，伴随着数字孪生平台的建设快速发展，将逐渐从粗颗粒的规模性设施设备感知，快速发展为精细化的以个人等实体为单位的信息感知，不断完善数据来源，提高城市运转管理的精密度。包含计算机视觉、自然语言处理、生物特征识别、知识图谱等在内的人工智能技术更进一步应用，从历史数据中学习、分析、识别、总结并发现城市运转规律，依托于城市发展时空轨迹，演练未来演变趋向，赋能城市智能化运转管理，成为数字孪生平台快速发展的高级形态。

四、数字孪生典型应用场景

1、城市建设管理

       运用数字孪生技术复刻城市建设项目，为城市“一砖一瓦”赋予数据属性，已在雄安新区、深圳坂田园区、东莞松山湖园区等多地的城市级、园区级建设项目中得到应用。城市建设管理的数字孪生应用以GIS、BIM等技术为基础，打造出多维城市数字孪生平台，涵盖项目规划、设计、审批、施工、验收、运维等建设运作的项目生命周期，提供可视化的交互设计环境，实时呈现施工进度，并为认证、审查、分析、管理等提供直观性的判定根据，提升了城市建设管理流程中检测风险、预知风险的能力。

2、城市智慧交通

       智慧交通数字孪生应用，运用对交通信息的结构性处理，创建城市交通数字孪生模型，实现车辆、道路、行人、信号指示灯等交通实体数字化。运用仿真模拟大量的交通事故案例、气候环境场景，训练无人驾驶算法、信号指示灯控制系统等智慧交通领域核心技术，实现高精密的智能交通场景检测认证，推动无人驾驶性能的提升和道路通行量的最大化。

3、城市现代化综合治理

       城市现代化综合治理的数字孪生应用以“雪亮工程”、警用地理信息系统（PGIS）等资源为基础，实现精准到小区、楼宇甚至于室内的公共安全场景动态性监测。数字孪生平台成为了多元复杂信息融合的载体，充分聚集人口、车辆、能耗等数据，在高精密监控摄像头、边缘计算、人工智能等技术设备的支持下，实现流动人口智能化监管，异常人员出入告警，违法集聚、传销窝点清查等功能的集成化，支持公安、消防、物业、居民等多主体联动，提升城市基层治理的精细化水准。

五、结语

       数字孪生平台已经成为了继城市大脑之后，创新型智慧城市规划布局的关键构成之一，是城市大数据聚集、融合、应用必不可少的载体。目前已经掀起了数字孪生平台建设的浪潮，不容忽视的是，基于技术、规范的不成熟，各地区、各区块的单独建设很有可能存有彼此不兼容的“孤岛”问题，致使数字孪生平台的建设滞留在试点示范阶段。所以，数字孪生平台需要更进一步攻克技术桎梏，健全标准规范，才能真正的成为赋能智慧城市的基础设施。