数字孪生赋能智慧城市的核心价值和关键技术

严紫阳

文章内容来源于“数字孪生技术应用白皮书”
一、核心价值
1.  促进多源数据互通融合
汇聚城市多源异构数据，包含由地理矢量数据、模型数据、BIM数据等为主的基础数据，以及城市各业务涉及的的专题数据，形成可复用的、庞大的数据资产库，解决数据碎片化、数据不完整、格式不一致、数据孤岛等问题，通过精准的“数据反哺”，为数据驱动城市运行提供基础。
2. 建设城市全生命周期管理体系
同构构建城市规划、建设、管理、运营全生命周期管理体系，实现一张蓝图绘到底、干到底、管到底：一张蓝图绘到底，支撑多规合一的规建业务，实现多要素的静态场景和图层的管理；一张蓝图干到底，支持动态引入制定模型，实现城市-系统同步更新，多精度场景贴近现实；一张蓝图管到底，支撑城市综合管理业务，实现数据驱动静态场景、动态场景，映射现实世界。在这一蓝图的基础上，围绕人民群众最关心的问题，开展城市治理，像“绣花”般精细，像钉钉子般务实卖力，形成有效的超大城市的治理体系靠的是精细化管理水平。
3. 打造多方建设的创新模式
城市本身是一个知识集成、技术集成、数据集成、算法集成、工具集成、应用集成的复杂巨系统，因此必须有强有力的产业生态紧密协作，对零散的应用平台进行集成和省级，通过政府、企业、社会合作构建产业生态，打造集约化平台，用科技产业发展带动技术进步，推动整个社会参与城市治理服务、数字经济发展，实现公共资源高效配置，城市事件精准处置。
二、 关键技术
1.  多源数据融合技术
以GIS数据、IOT数据、BIM数据、公共专题数据、行业专题数据、互联网数据等海量异构多维时空数据为数据源，利用机器学习、深度学习算法，对时空大数据进行自动识别、数据挖掘及三维重建，能够为数据赋予空间特性及用途，构建涵盖地上地下、室内室外、二三位一体化的全息、高清的数字空间。同时，构建时空数据库，为数据设计统一定义、存储、索引及服务机制，形成TB级数据集、分布式集群管理，实现数据统一接入、交换和高效共享，构建全要素数据体系，为城市提供完整统一的三维数字底板。数字孪生系统包含全要素场景衍生数据（DEM、DOM、矢量、倾斜摄影、BIM、激光点云、人工模型等）、行业数据（城市、交通、航空、码头、医疗、工地、能源、生态、水务等）、物联感知数据（智能手机、可穿戴设备、传感器等）等多种数据。
2. 多尺度建模技术
以应用场景为导向，基于不同精度标准还原较大规模城市及区域场景，能够实现大规模环境下的多尺度建模。融合倾斜摄影、激光点云数据、GIS基础数据、IOT数据及其他业务数据，匹配不同尺度与不同颗粒度数据，生成多尺度数据融合标准，以此标准为依据，自定义不同层级呈现的数据主题，完成人、事、地、物全要素的多尺度建模，实现物理空间与数字空间的分层次映射。同时基于深度学习技术，对点云进行语义分割，进行多种场景下的事件检测、事件相关元素以及事件间的关系抽取，再进一步做单体的语义建模，形成三维语义模型，将模型赋予灵魂。
3. 三维可视化技术
三维场景高效可视化技术是基于游戏引擎、3DGIS技术、混合现实技术，多层次实时渲染复杂三维场景，从宏观的城市场景到精细局部的微观细节，支持三维场景全域可远观、可漫游，观察距离从32千米到1米，实现对空间地理数据的可视化表达，对物理场景进行1:1还原，实现地上地下一体化、室内室外一体化、静态动态一体化。地上地下一体化基于地形挖开和侧面剖切的方式，对地下空间进行展示浏览的可视化功能，支持将地下地质模型、水体模型等上升到地表独立进行可视化查看，使地上地下三维场景既可以一体化展示，也可以独立化展示。室内室外一体化基于游戏引擎的流式关卡加载技术，快速高效地试下由室外至室内的一体化浏览。静态动态一体化在大范围静态三维场景下，支持人流、车流等各类智能交通体的动态模型可视化。
三、应用场景
1.  城市综合治理
数字孪生城市通过对各类城市基础设施、电力系统、生态环境等元素的模拟，建立起物理世界和数字世界的映射和交互平台，打破传统智慧城建设领域中条块化的建设和管理模式，为城市综合治理提供城市运行全貌的实时监测和展示中心。在此基础上形成跨区域、跨层级、跨部门的城市协同管理新思路，充分利用政务网络、数据交换平台和现代信息技术手段，发挥信息系统的监测甄别能力、业务操作引导能力、信息透明能力、协同支持能力和决策支持能力，实现城市问题的快速发现、精准定位和智能决策，提高城市公共资源的管理和配置效率，为决策者提供城市全局态势的感知工具和智慧调度平台。
2. 城市规划建设
城市信息模型通过对城市物理空间中的地形、建筑、基础设施等对象进行数字化表达，并以三维空间模型为载体关联城市中各类社会经济和物联感知设备的监测数据，以此为基础为城市规划和建设提供有机综合平台，实现城市规划建设工作的“数据化、信息化、流程化”。统一的城市信息模型将原本分散的不同层级的总体规划，城乡规划等业务系统进行整合，为国土空间规划的融合统一提供信息化智恒，实现信息化层面上的“多规合一”，强化国土空间规划对各专项规划的知道约束作用，解决各级各类空间规划在支撑城镇化快速发展过程中出现的部分内容重叠冲突，审批流程复杂、周期过长，地方规划朝令夕改等问题。通过在城市信息模型上模拟仿真和虚拟规划，提前验证规划方案的可靠性和合理性，在早期阶段对城市规划方案进行比选和验证，以更低的成本对城市规划进行定性和定量的分析和评估，实现对城市开发建设的规划、设计、施工、运维和管理的综合管控，保证城市规划方案实现土地综合效益的最大化。
3. 城市交通管理
基于数字孪生城市的数字空间，结合大数据采集的交通信息和高精度地图，对城市交通进行模型建设和仿真模拟，对城市路网提出分析评价和优化，从而解决城市道路的通行问题。可在数字孪生空间中依据交通行为特征和规则，判断推演交通流的变化情况，对交通管理形成科学预判。宏观上，数字孪生可实现交通态势协同感知、红绿灯动态配时、交通流量统计、路口拥堵报警的功能，通过将城市中的物理基础设施、信息基础设施、社会基础设施和商业基础设施连接起来，对数据进行手机、清洗、存储和标准化，基于融合数据建模实现城市交通的智能预测和决策，赋能智慧交通、智慧城市。微观上，数字孪生可实现交通突发事件的监测和报警，为驾驶车辆提供道路基础设施静态信息及运营动态信息，保障和提升驾驶汽车安全性。

鼎爵汽车

这么强,支持楼主，佩服