數(shù)字孿生城市

1、數(shù)字孿生城市前言當(dāng)前，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)為代表的數(shù)字浪潮席卷全球，物理世界和與之對(duì)應(yīng)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(wù)物理世界而存在，物理世界因?yàn)閿?shù)字世界變得高效有序，數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)運(yùn)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(shè)與發(fā)展。數(shù)字孿生因感知控制技術(shù)而起，因綜合技術(shù)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(shù)取得重大突破的背景下，建設(shè)新型智慧城市的一條新興技術(shù)路徑，是城市智能化、運(yùn)營可持續(xù)化的前沿先進(jìn)模式， 也是一個(gè)吸引高端智力資源共同參與，從局部應(yīng)用到全局優(yōu)化，持續(xù)迭代更新的城市級(jí)

2、創(chuàng)新平臺(tái)?！霸?網(wǎng)-端”三大層次端側(cè)實(shí)現(xiàn)群智感知、可視可控；網(wǎng)側(cè)實(shí)現(xiàn)泛在高速、天地一體；云測實(shí)現(xiàn)隨需調(diào)度，迭代學(xué)習(xí)技術(shù)角度形成虛實(shí)對(duì)應(yīng)、相互映射、協(xié)同交互的復(fù)雜巨系統(tǒng)，實(shí)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(shè)施和感知體系是前提，支撐孿生城市高效運(yùn)行的智能專網(wǎng)是保障，實(shí)現(xiàn)智能操控的城市大腦是重點(diǎn)建設(shè)重點(diǎn)本頁內(nèi)容來源于：中國信通院數(shù)字孿生城市研究報(bào)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(gòu)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(diǎn)09推進(jìn)

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(bào)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(shè)方式已現(xiàn)疲態(tài)信息技術(shù)加速突破驅(qū)動(dòng)集成創(chuàng)新出現(xiàn)拐點(diǎn)數(shù)字孿生成為城市智能化升級(jí)的重要方向部分城市率先探索實(shí)踐數(shù)字孿生理念我國智慧城市建設(shè)升級(jí)具備現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)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(shè)的復(fù)雜綜合技術(shù)體系，是城市智能運(yùn)行持續(xù)創(chuàng)新的前沿先進(jìn)模式，是物理維度上的實(shí)體城市和信息維度上的虛擬城市同生共存、虛實(shí)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(biāo)識(shí)、自動(dòng)化感知、網(wǎng)絡(luò)化連接、普惠化計(jì)算、智能化控制、平臺(tái)化服務(wù)的信息技術(shù)體系和城市信息空間模型，在數(shù)字空間再

4、造一個(gè)與物理城市匹配對(duì)應(yīng)的數(shù)字城市，全息模擬、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、實(shí)時(shí)診斷、精準(zhǔn)預(yù)測城市物理實(shí)體在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的狀態(tài)， 推動(dòng)城市全要素?cái)?shù)字化和虛擬化、全狀態(tài)實(shí)時(shí)化和可視化、城市運(yùn)行管理協(xié)同化智能化， 實(shí)現(xiàn)物理城市與數(shù)字城市協(xié)同交互、平行運(yùn)轉(zhuǎn)。數(shù)字孿生城市的內(nèi)涵特征-與新型智慧城市關(guān)系新型智慧城市建設(shè)以提升城市治理和服務(wù)水平為目標(biāo)，以為人民服務(wù)為核心，以推動(dòng)新一代信息技術(shù)與城市治理和公共服務(wù)深度融合為途徑，包括無處不在的惠民服務(wù)、透明高效的在線政府、精細(xì)精準(zhǔn)的城市治理、融合創(chuàng)新的數(shù)字經(jīng)濟(jì)、自主可控的安全體系等五大核心要素，分級(jí)分類、標(biāo)桿引領(lǐng)、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)籌、改革創(chuàng)新、安全護(hù)航，注重城鄉(xiāng)一體，打破信息藩籬?？傮w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(guān)鍵是建設(shè)實(shí)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(shù)取得重大突破的背景下，新型智慧城市建設(shè)的一條新興技術(shù)路徑，是城市智能化、運(yùn)營可持續(xù)化的前沿先進(jìn)模式，也是一個(gè)吸引高端智力資源共同參與，從局部應(yīng)用到全局優(yōu)化，持續(xù)迭代更新的城市級(jí)創(chuàng)新平臺(tái)。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(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市道路、橋梁、井蓋、燈蓋、建筑等基礎(chǔ)設(shè)施的全面數(shù)字化建模，以及對(duì)城市運(yùn)行狀態(tài)的充分感知、動(dòng)態(tài)監(jiān)測，形成虛擬城市在信息維度上對(duì)實(shí)體城市的精準(zhǔn)信息

6、表達(dá)和映射精準(zhǔn)映射城市基礎(chǔ)設(shè)施、各類部件建設(shè)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(shí)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(shè)以及民眾的各類活動(dòng)，不僅在實(shí)體空間，而且在虛擬空間得到極大擴(kuò)充，虛實(shí)融合、虛實(shí)協(xié)同將定義城市未來發(fā)展新模式。虛實(shí)交互孿生城市針對(duì)物理城市建立相對(duì)應(yīng)的虛擬模型，并以軟件的方式模擬城市人、事、物在真實(shí)環(huán)境下的行為，通過云端和邊緣計(jì)算，軟性指引和操控城市的交通信號(hào)控制、電熱能源調(diào)度、重大項(xiàng)目周期管理、基礎(chǔ)設(shè)施選址建設(shè)。軟件定義通過在“數(shù)字孿生城市”上規(guī)劃設(shè)計(jì)、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(xiǎn)進(jìn)行

7、智能預(yù)警，并提供合理可行的對(duì)策建議，以未來視角智能干預(yù)城市原有發(fā)展軌跡和運(yùn)行，進(jìn)而指引和優(yōu)化實(shí)體城市的規(guī)劃、管理、改善市民服務(wù)供給，賦予城市生活“智慧”。智能干預(yù)數(shù)字孿生城市的內(nèi)涵特征-數(shù)字孿生城市的價(jià)值數(shù)字孿生城市的核心價(jià)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(dòng)決策，虛實(shí)充分融合交織的數(shù)字孿生城市體，使得城市運(yùn)行、管理、服務(wù)由實(shí)入虛，可以在虛擬空間的建模，仿真，演化，操控，同時(shí)由虛入實(shí)，改變、促進(jìn)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(shè)和治理新模式。建設(shè)方面對(duì)一張白

8、紙零起步的城區(qū)，與物理城市同步規(guī)劃建設(shè)數(shù)字城市，規(guī)劃階段即開始建模，建設(shè)階段不斷導(dǎo)入數(shù)據(jù)，運(yùn)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(duì)已建成并運(yùn)行多年的城市，通過后天物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施的全面部署和對(duì)城市進(jìn)行數(shù)字建模，同樣可以構(gòu)建數(shù)字孿生城市。治理方面數(shù)字城市與物理城市兩個(gè)主體虛實(shí)互動(dòng)，孿生并行，以虛控實(shí)。通過數(shù)字空間的信息關(guān)聯(lián)，可增進(jìn)現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體交互，實(shí)現(xiàn)情景交融式服務(wù)，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(gòu)-運(yùn)行機(jī)理數(shù)字孿生城市的總體架構(gòu)-總體框架數(shù)字孿生城市的總體架構(gòu)-運(yùn)行機(jī)理數(shù)字孿生城市的總體架構(gòu)-運(yùn)行機(jī)理全域終端數(shù)字化標(biāo)識(shí)數(shù)字化標(biāo)識(shí)是萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)，是數(shù)字孿生城市構(gòu)建

9、的前提條件，是數(shù)字空間中用于區(qū)分實(shí)體身份的基礎(chǔ)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(shí)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(gòu)建的基礎(chǔ)，為深度學(xué)習(xí)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(jì)算能力高性能的協(xié)同計(jì)算是數(shù)字孿生城市構(gòu)建的效率保障，為深度學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)機(jī)器智能平臺(tái)深度學(xué)習(xí)的機(jī)器智能平臺(tái)是數(shù)字孿生城市構(gòu)建的運(yùn)行決策保障，為深度學(xué)習(xí)自我優(yōu)化功能提供“算法”要素（人工智能三要素之一）。實(shí)時(shí)映

10、射的孿生模型平臺(tái)實(shí)時(shí)映射的孿生模型平臺(tái)是構(gòu)建數(shù)字孿生城市綜合信息載體平臺(tái)，是城市統(tǒng)一“展示窗口”“決策中心”。智能操控現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用體系智能操控現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用體系是構(gòu)建數(shù)字孿生城市的“總控開關(guān)”“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(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、精準(zhǔn)、定位、可視化展示，仿真、驗(yàn)證、回溯，協(xié)同、聯(lián)動(dòng)等。城市的運(yùn)行狀態(tài)將與以往大為不同，可以肯定的是，未來科學(xué)發(fā)現(xiàn)和智慧應(yīng)用將會(huì)不斷涌現(xiàn)，使我們的生活充滿了驚喜體驗(yàn)。典型場景ABC“規(guī)建管”協(xié)同管控，助力一張藍(lán)圖干到底虛實(shí)互動(dòng)以虛控實(shí)，支撐城市一盤棋治理情景交融以人為本，升級(jí)個(gè)性主動(dòng)服務(wù)體驗(yàn)“規(guī)建管”協(xié)同管控，助力一張藍(lán)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(chǔ)設(shè)施之一，最典型的應(yīng)用場景首推“規(guī)建管”全生命周期的協(xié)同管控，實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃布局仿真可計(jì)算、城市建設(shè)運(yùn)行全程可操控、城市管理服務(wù)要素資源可調(diào)配，全面提升城市規(guī)劃、建設(shè)、管理的一體化運(yùn)作水平，真正實(shí)現(xiàn)城市“一張藍(lán)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(shè)計(jì)階段建設(shè)階段運(yùn)行管理基于數(shù)字模型摸清城市家底、把握運(yùn)行脈搏，推動(dòng)規(guī)劃有的放矢提前布局?；跀?shù)字模型進(jìn)行數(shù)值模擬、空間分析和可視化表達(dá)，構(gòu)建工程勘察信息數(shù)據(jù)庫通過全面整合導(dǎo)入城鄉(xiāng)、土地、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、市政等多方規(guī)劃數(shù)據(jù)，在數(shù)字孿生空間實(shí)現(xiàn)合并疊加基于數(shù)字模型對(duì)設(shè)計(jì)方案

12、進(jìn)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(shè)計(jì)，提升質(zhì)量和效率基于數(shù)字模型對(duì)工程項(xiàng)目從圖紙、施工到竣工交付全過程進(jìn)行監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、集成和可視化施工管理基于數(shù)字模型和標(biāo)識(shí)體系、感知體系以及各類智能設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施、地下空間、能源系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境、道路交通等運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測和統(tǒng)一呈現(xiàn)虛實(shí)互動(dòng)以虛控實(shí)，支撐城市一盤棋治理數(shù)字孿生城市可實(shí)時(shí)展示城市運(yùn)行全貌，助力形成城市一盤棋集中治理模式，立足城市運(yùn)行監(jiān)測、管理、處理、決策等治理領(lǐng)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(tái)（數(shù)字孿生城市模型平臺(tái)），實(shí)現(xiàn)跨層級(jí)、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務(wù)的城市治理協(xié)同，形成全程在線

13、、高效便捷，精準(zhǔn)監(jiān)測、高效處置，主動(dòng)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(dòng)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(chǔ)設(shè)施動(dòng)態(tài)管理控制自動(dòng)駕駛無人機(jī)巡檢情景交融以人為本，升級(jí)個(gè)性主動(dòng)服務(wù)體驗(yàn)在數(shù)字孿生城市中，所有的服務(wù)場景都將在網(wǎng)絡(luò)空間擁有對(duì)應(yīng)的虛擬場景映射，服務(wù)內(nèi)容也將從實(shí)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(zhǔn)、家庭結(jié)構(gòu)、日常消費(fèi)、生活習(xí)慣等，洞察提取居民行為特征，在“數(shù)字空間”上，預(yù)測人口結(jié)構(gòu)和遷徙軌跡、推演未來的設(shè)施布局、評(píng)估商業(yè)項(xiàng)目影響等，以智能人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)主頁提醒、智能服務(wù)推送等形式，實(shí)現(xiàn)城市居民政務(wù)服務(wù)、教育文化、

14、診療健康、交通出行等服務(wù)的快速響應(yīng)，個(gè)性化服務(wù)，形成具有巨大影響力和重塑力的數(shù)字孿生服務(wù)體系。全生命周期式智慧醫(yī)療服務(wù)虛擬政務(wù)大廳實(shí)現(xiàn)全線上政務(wù)服務(wù)個(gè)人生活體征全面洞察個(gè)性化的虛擬制造服務(wù)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(duì)城市的人事物進(jìn)行前瞻性預(yù)判，進(jìn)而通過智能交互，實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)各類主體的適應(yīng)性變化和城市的最優(yōu)化運(yùn)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(shí)現(xiàn)對(duì)城市規(guī)律的識(shí)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(gòu)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(yùn)行多源異構(gòu)城市模型數(shù)據(jù)匯聚中心CIM 數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)數(shù)字孿生城市前提：全域布局的智能設(shè)施當(dāng)前城市在感知業(yè)務(wù)領(lǐng)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(duì)不同的應(yīng)用場景，統(tǒng)籌感知體系建設(shè)，統(tǒng)一采集匯聚，實(shí)現(xiàn)城市動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)整合與共享，形成全域覆蓋、動(dòng)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(shí)現(xiàn)物理城市在數(shù)字城市的精準(zhǔn)映射。全域布局智能設(shè)施空間布局標(biāo)識(shí)體系和編碼設(shè)計(jì)物聯(lián)設(shè)備連接管理平臺(tái)數(shù)字孿生城市支撐：高效運(yùn)行的智能專網(wǎng) 提出網(wǎng)絡(luò)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(jìn) 5G 網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商用、推進(jìn)有線網(wǎng)絡(luò)萬兆接入、智能專網(wǎng)須全程全網(wǎng)支持 IPv6、智能專網(wǎng)應(yīng)制定相應(yīng)級(jí)別網(wǎng)域保護(hù)要求 網(wǎng)絡(luò)延伸增強(qiáng)一部分是政務(wù)外網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)的補(bǔ)充和延伸另有部分是出于對(duì)政務(wù)外網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)在某些功能或特性方面的增強(qiáng)高效運(yùn)行的智能專網(wǎng)為支撐數(shù)字孿生城市的高效運(yùn)行，滿足城市各類智能化運(yùn)行場景需求，保障城市全域空間布局的智能化設(shè)施感知信息流動(dòng)，須建設(shè)地上地下全通達(dá)、 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(shí)融合孿生并行的運(yùn)行模式需求。數(shù)字孿生城市重點(diǎn)：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(shí)記錄呈現(xiàn)城市動(dòng)態(tài)，盡可能預(yù)見到政策干預(yù)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的影響，充分考慮各種規(guī)避行為、時(shí)間延遲和信息損失等問題，將“自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化”功能融入城市管理過程之中，最終達(dá)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(yùn)用人工智能和深度學(xué)習(xí)的技術(shù)來治理城市。PART 1大腦凸顯自主學(xué)習(xí)與集中調(diào)度城市全要素?cái)?shù)據(jù)治理、城市信息模型和人工智能支撐下的大腦平臺(tái)，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(gòu)建數(shù)字