數(shù)字孿生城市

1、數(shù)字孿生城市前言當前，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術為代表的數(shù)字浪潮席卷全球，物理世界和與之對應的數(shù)字世界正形成兩大體系平行發(fā)展、 相互作用。數(shù)字世界為了服務物理世界而存在，物理世界因為數(shù)字世界變得高效有序，數(shù)字孿生技術應運而生，從制造業(yè)逐步延伸拓展至城市空間，深刻影響著城市規(guī)劃、建設與發(fā)展。數(shù)字孿生因感知控制技術而起，因綜合技術集成創(chuàng)新而興。數(shù)字孿生城市是在城市累積數(shù)據(jù)從量變到質(zhì)變，在感知建模、人工智能等信息技術取得重大突破的背景下，建設新型智慧城市的一條新興技術路徑，是城市智能化、運營可持續(xù)化的前沿先進模式， 也是一個吸引高端智力資源共同參與，從局部應用到全局優(yōu)化，持續(xù)迭代更新的城市級

2、創(chuàng)新平臺?！霸?網(wǎng)-端”三大層次端側(cè)實現(xiàn)群智感知、可視可控；網(wǎng)側(cè)實現(xiàn)泛在高速、天地一體；云測實現(xiàn)隨需調(diào)度，迭代學習技術角度形成虛實對應、相互映射、協(xié)同交互的復雜巨系統(tǒng)，實現(xiàn)孿生城市的“六化發(fā)展”城市發(fā)展基于多源數(shù)據(jù)融合的城市信息模型是核心，城市全域部署的智能設施和感知體系是前提，支撐孿生城市高效運行的智能專網(wǎng)是保障，實現(xiàn)智能操控的城市大腦是重點建設重點本頁內(nèi)容來源于：中國信通院數(shù)字孿生城市研究報告（2018）目錄01數(shù)字孿生城市出現(xiàn)背景02數(shù)字孿生城市內(nèi)涵特征03數(shù)字孿生城市總體架構04數(shù)字孿生城市典型場景05數(shù)字孿生城市核心06數(shù)字孿生城市前提07數(shù)字孿生城市支撐08數(shù)字孿生城市重點09推進

3、數(shù)字孿生城市建議本頁內(nèi)容來源于：中國信通院數(shù)字孿生城市研究報告（2018）數(shù)字孿生城市出現(xiàn)的背景傳統(tǒng)條塊化智慧城市建設方式已現(xiàn)疲態(tài)信息技術加速突破驅(qū)動集成創(chuàng)新出現(xiàn)拐點數(shù)字孿生成為城市智能化升級的重要方向部分城市率先探索實踐數(shù)字孿生理念我國智慧城市建設升級具備現(xiàn)實基礎數(shù)字孿生城市的內(nèi)涵特征-內(nèi)涵數(shù)字孿生城市是支撐新型智慧城市建設的復雜綜合技術體系，是城市智能運行持續(xù)創(chuàng)新的前沿先進模式，是物理維度上的實體城市和信息維度上的虛擬城市同生共存、虛實交融的城市未來發(fā)展形態(tài)。數(shù)字孿生城市基于數(shù)字化標識、自動化感知、網(wǎng)絡化連接、普惠化計算、智能化控制、平臺化服務的信息技術體系和城市信息空間模型，在數(shù)字空間再

4、造一個與物理城市匹配對應的數(shù)字城市，全息模擬、動態(tài)監(jiān)控、實時診斷、精準預測城市物理實體在現(xiàn)實環(huán)境中的狀態(tài)， 推動城市全要素數(shù)字化和虛擬化、全狀態(tài)實時化和可視化、城市運行管理協(xié)同化智能化， 實現(xiàn)物理城市與數(shù)字城市協(xié)同交互、平行運轉(zhuǎn)。數(shù)字孿生城市的內(nèi)涵特征-與新型智慧城市關系新型智慧城市建設以提升城市治理和服務水平為目標，以為人民服務為核心，以推動新一代信息技術與城市治理和公共服務深度融合為途徑，包括無處不在的惠民服務、透明高效的在線政府、精細精準的城市治理、融合創(chuàng)新的數(shù)字經(jīng)濟、自主可控的安全體系等五大核心要素，分級分類、標桿引領、標準統(tǒng)籌、改革創(chuàng)新、安全護航，注重城鄉(xiāng)一體，打破信息藩籬。總體原則

5、統(tǒng)籌全局融合共享政企協(xié)同多元互促多規(guī)合一四化同步核心是以人為本本質(zhì)是改革創(chuàng)新關鍵是建設實效數(shù)字孿生城市是在城市累積數(shù)據(jù)從量變到質(zhì)變，在感知建模、人工智能等信息技術取得重大突破的背景下，新型智慧城市建設的一條新興技術路徑，是城市智能化、運營可持續(xù)化的前沿先進模式，也是一個吸引高端智力資源共同參與，從局部應用到全局優(yōu)化，持續(xù)迭代更新的城市級創(chuàng)新平臺。數(shù)字孿生城市的內(nèi)涵特征-數(shù)字孿生城市的特征數(shù)字孿生城市通過空天、地面、地下、河道等各層面的傳感器布設，實現(xiàn)對城市道路、橋梁、井蓋、燈蓋、建筑等基礎設施的全面數(shù)字化建模，以及對城市運行狀態(tài)的充分感知、動態(tài)監(jiān)測，形成虛擬城市在信息維度上對實體城市的精準信息

6、表達和映射精準映射城市基礎設施、各類部件建設即有痕跡，城市居民、來訪人員上網(wǎng)聯(lián)系即有信息。未來數(shù)字孿生城市中，在城市實體空間可觀察各類痕跡，在城市虛擬空間可搜索各類信息，城市規(guī)劃、建設以及民眾的各類活動，不僅在實體空間，而且在虛擬空間得到極大擴充，虛實融合、虛實協(xié)同將定義城市未來發(fā)展新模式。虛實交互孿生城市針對物理城市建立相對應的虛擬模型，并以軟件的方式模擬城市人、事、物在真實環(huán)境下的行為，通過云端和邊緣計算，軟性指引和操控城市的交通信號控制、電熱能源調(diào)度、重大項目周期管理、基礎設施選址建設。軟件定義通過在“數(shù)字孿生城市”上規(guī)劃設計、模擬仿真等，將城市可能產(chǎn)生的不良影響、矛盾沖突、潛在危險進行

7、智能預警，并提供合理可行的對策建議，以未來視角智能干預城市原有發(fā)展軌跡和運行，進而指引和優(yōu)化實體城市的規(guī)劃、管理、改善市民服務供給，賦予城市生活“智慧”。智能干預數(shù)字孿生城市的內(nèi)涵特征-數(shù)字孿生城市的價值數(shù)字孿生城市的核心價值，在于通過建立基于高度集成的數(shù)據(jù)閉環(huán)賦能新體系，生成城市全域數(shù)字虛擬映像空間，并利用數(shù)字化仿真，虛擬化交互，積木式組裝拼接，形成軟件定義城市，數(shù)據(jù)驅(qū)動決策，虛實充分融合交織的數(shù)字孿生城市體，使得城市運行、管理、服務由實入虛，可以在虛擬空間的建模，仿真，演化，操控，同時由虛入實，改變、促進物理空間中城市資源要素的優(yōu)化配置，開辟新型智慧城市的建設和治理新模式。建設方面對一張白

8、紙零起步的城區(qū)，與物理城市同步規(guī)劃建設數(shù)字城市，規(guī)劃階段即開始建模，建設階段不斷導入數(shù)據(jù)，運營階段則依托數(shù)字城市模型和全量數(shù)據(jù)管理物理城市。對已建成并運行多年的城市，通過后天物聯(lián)網(wǎng)設施的全面部署和對城市進行數(shù)字建模，同樣可以構建數(shù)字孿生城市。治理方面數(shù)字城市與物理城市兩個主體虛實互動，孿生并行，以虛控實。通過數(shù)字空間的信息關聯(lián)，可增進現(xiàn)實世界的實體交互，實現(xiàn)情景交融式服務，真正做到信息隨心至、萬物觸手及。數(shù)字孿生城市的總體架構-運行機理數(shù)字孿生城市的總體架構-總體框架數(shù)字孿生城市的總體架構-運行機理數(shù)字孿生城市的總體架構-運行機理全域終端數(shù)字化標識數(shù)字化標識是萬物互聯(lián)的基礎，是數(shù)字孿生城市構建

9、的前提條件，是數(shù)字空間中用于區(qū)分實體身份的基礎信息。一體化感知監(jiān)測體系一體化感知監(jiān)測體系是萬物感知、萬物互聯(lián)、萬物智能的通道、入口和“神經(jīng)系統(tǒng)”，是數(shù)字孿生城市實現(xiàn)物理世界到虛擬世界轉(zhuǎn)化的“連接器”。 全域全量的數(shù)據(jù)資源全域全量的城市數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生城市構建的基礎，為深度學習自我優(yōu)化功能提供“數(shù)據(jù)”要素（人工智能三要素之一）。高性能的協(xié)同計算能力高性能的協(xié)同計算是數(shù)字孿生城市構建的效率保障，為深度學習自我優(yōu)化功能提供“算力”要素（人工智能三要素之一）。 深度學習機器智能平臺深度學習的機器智能平臺是數(shù)字孿生城市構建的運行決策保障，為深度學習自我優(yōu)化功能提供“算法”要素（人工智能三要素之一）。實時映

10、射的孿生模型平臺實時映射的孿生模型平臺是構建數(shù)字孿生城市綜合信息載體平臺，是城市統(tǒng)一“展示窗口”“決策中心”。智能操控現(xiàn)實的應用體系智能操控現(xiàn)實的應用體系是構建數(shù)字孿生城市的“總控開關”“指揮中心”。數(shù)字孿生城市的典型場景數(shù)字孿生模式下，提供了一種能力，包括實時、動態(tài)、精準、定位、可視化展示，仿真、驗證、回溯，協(xié)同、聯(lián)動等。城市的運行狀態(tài)將與以往大為不同，可以肯定的是，未來科學發(fā)現(xiàn)和智慧應用將會不斷涌現(xiàn)，使我們的生活充滿了驚喜體驗。典型場景ABC“規(guī)建管”協(xié)同管控，助力一張藍圖干到底虛實互動以虛控實，支撐城市一盤棋治理情景交融以人為本，升級個性主動服務體驗“規(guī)建管”協(xié)同管控，助力一張藍圖干到底

11、數(shù)字孿生城市模式下，加載了數(shù)據(jù)和軟件的城市信息模型成為城市最重要的基礎設施之一，最典型的應用場景首推“規(guī)建管”全生命周期的協(xié)同管控，實現(xiàn)城市規(guī)劃布局仿真可計算、城市建設運行全程可操控、城市管理服務要素資源可調(diào)配，全面提升城市規(guī)劃、建設、管理的一體化運作水平，真正實現(xiàn)城市“一張藍圖繪到底、建到底和管到底”。規(guī)劃前期勘察階段規(guī)劃階段設計階段建設階段運行管理基于數(shù)字模型摸清城市家底、把握運行脈搏，推動規(guī)劃有的放矢提前布局。基于數(shù)字模型進行數(shù)值模擬、空間分析和可視化表達，構建工程勘察信息數(shù)據(jù)庫通過全面整合導入城鄉(xiāng)、土地、生態(tài)環(huán)境保護、市政等多方規(guī)劃數(shù)據(jù)，在數(shù)字孿生空間實現(xiàn)合并疊加基于數(shù)字模型對設計方案

12、進行性能和功能模擬、優(yōu)化、審查和數(shù)字化成果交付，開展集成協(xié)同設計，提升質(zhì)量和效率基于數(shù)字模型對工程項目從圖紙、施工到竣工交付全過程進行監(jiān)管，實現(xiàn)動態(tài)、集成和可視化施工管理基于數(shù)字模型和標識體系、感知體系以及各類智能設施，實現(xiàn)對城市基礎設施、地下空間、能源系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境、道路交通等運行狀況的實時監(jiān)測和統(tǒng)一呈現(xiàn)虛實互動以虛控實，支撐城市一盤棋治理數(shù)字孿生城市可實時展示城市運行全貌，助力形成城市一盤棋集中治理模式，立足城市運行監(jiān)測、管理、處理、決策等治理領域，建立物理世界與虛擬世界的數(shù)據(jù)映射和數(shù)字展示平臺（數(shù)字孿生城市模型平臺），實現(xiàn)跨層級、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務的城市治理協(xié)同，形成全程在線

13、、高效便捷，精準監(jiān)測、高效處置，主動發(fā)現(xiàn)、智能處置的城市智能治理體系。城市公共資源自動優(yōu)化配置城市異常問題的自我發(fā)現(xiàn)“城市大腦”智能仿真控制交通城市基礎設施動態(tài)管理控制自動駕駛無人機巡檢情景交融以人為本，升級個性主動服務體驗在數(shù)字孿生城市中，所有的服務場景都將在網(wǎng)絡空間擁有對應的虛擬場景映射，服務內(nèi)容也將從實體向數(shù)字化轉(zhuǎn)變。數(shù)字孿生城市將全面采集城市居民的日常出行軌跡、收入水準、家庭結(jié)構、日常消費、生活習慣等，洞察提取居民行為特征，在“數(shù)字空間”上，預測人口結(jié)構和遷徙軌跡、推演未來的設施布局、評估商業(yè)項目影響等，以智能人機交互、網(wǎng)絡主頁提醒、智能服務推送等形式，實現(xiàn)城市居民政務服務、教育文化、

14、診療健康、交通出行等服務的快速響應，個性化服務，形成具有巨大影響力和重塑力的數(shù)字孿生服務體系。全生命周期式智慧醫(yī)療服務虛擬政務大廳實現(xiàn)全線上政務服務個人生活體征全面洞察個性化的虛擬制造服務數(shù)字孿生城市核心：高精度城市信息模型數(shù)字孿生城市可一定程度上對城市的人事物進行前瞻性預判，進而通過智能交互，實現(xiàn)城市內(nèi)各類主體的適應性變化和城市的最優(yōu)化運作。其核心是高精度、多耦合的城市信息模型。通過加載其上的全量全域數(shù)據(jù)，在城市系統(tǒng)內(nèi)匯集交融，產(chǎn)生新的涌現(xiàn)，實現(xiàn)對城市規(guī)律的識別，為改善和優(yōu)化城市系統(tǒng)提供有效的指引城市初始建模的方法空中城市 3D 模型地面高精度 3D模型室內(nèi) 3D 模型城市信息模型的構成城市

15、三維地理信息模型BIM 建筑信息模型數(shù)據(jù)CIM 城市信息模型模型與數(shù)據(jù)的協(xié)同運行多源異構城市模型數(shù)據(jù)匯聚中心CIM 數(shù)據(jù)發(fā)布服務數(shù)字孿生城市前提：全域布局的智能設施當前城市在感知業(yè)務領域，處于各自為政、條塊分割、煙囪林立、 信息孤島的狀態(tài)，數(shù)字孿生城市將針對不同的應用場景，統(tǒng)籌感知體系建設，統(tǒng)一采集匯聚，實現(xiàn)城市動態(tài)數(shù)據(jù)整合與共享，形成全域覆蓋、動靜結(jié)合、三維立體的規(guī)范化、智能化、全聯(lián)接的感知布局，實現(xiàn)物理城市在數(shù)字城市的精準映射。全域布局智能設施空間布局標識體系和編碼設計物聯(lián)設備連接管理平臺數(shù)字孿生城市支撐：高效運行的智能專網(wǎng) 提出網(wǎng)絡新需求 融合接入、融合指揮、城市感知、專網(wǎng)專用、資源共享

16、、物理隔離 接入智能專網(wǎng)推進 5G 網(wǎng)絡的大規(guī)模商用、推進有線網(wǎng)絡萬兆接入、智能專網(wǎng)須全程全網(wǎng)支持 IPv6、智能專網(wǎng)應制定相應級別網(wǎng)域保護要求 網(wǎng)絡延伸增強一部分是政務外網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)的補充和延伸另有部分是出于對政務外網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)在某些功能或特性方面的增強高效運行的智能專網(wǎng)為支撐數(shù)字孿生城市的高效運行，滿足城市各類智能化運行場景需求，保障城市全域空間布局的智能化設施感知信息流動，須建設地上地下全通達、 有線無線全接入、萬物互聯(lián)全感知的城市智能專網(wǎng)，才能滿足數(shù)字城市與物理城市虛實融合孿生并行的運行模式需求。數(shù)字孿生城市重點：智能操控的城市大腦數(shù)字孿生城市通過城市大腦，匯聚與交融不同來源的數(shù)據(jù)，如實記錄呈現(xiàn)城市動態(tài)，盡可能預見到政策干預對各個子系統(tǒng)的影響，充分考慮各種規(guī)避行為、時間延遲和信息損失等問題，將“自學習、自優(yōu)化”功能融入城市管理過程之中，最終達到增加城市系統(tǒng)整體福利的理想效果。數(shù)字孿生模式下城市大腦緊密圍繞城市信息模型（CIM）和疊加在模型上的多元數(shù)據(jù)集合，充分運用人工智能和深度學習的技術來治理城市。PART 1大腦凸顯自主學習與集中調(diào)度城市全要素數(shù)據(jù)治理、城市信息模型和人工智能支撐下的大腦平臺，組成了數(shù)字孿生城市大腦。全域數(shù)據(jù)治理、城市信息模型、人工智能賦能PART 2一體三翼構建數(shù)字