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我国数字孪生城市发展呈现六大趋势

发布时间:2022-07-18 09:46        来源:赛迪智库        作者:许旭 王婧 鲁金萍

随着数字技术广泛应用,集成感知控制、数据集成、建模分析、人机交互等多种技术的数字孪生技术逐渐走入城市场景。数字孪生城市是数字孪生技术在城市发展中的应用,通过数据全域标识、状态精准感知、数据实时分析、模型科学决策和智能精准执行等手段,解决城市规划、建设、管理中的复杂性和不确定性问题,洞悉城市复杂运行规律、内在关联和影响机理,优化城市治理模式。

数字孪生城市建设受到党中央、国务院的高度重视,国家“十四五”规划纲要、国家信息化规划、数字经济发展规划等政策文件均提出要探索建设数字孪生城市。国家发改委、住建部、工信部、自然资源部等部门密集出台《关于开展城市信息模型(CIM)基础平台建设的指导意见》《关于全面推进实景三维中国建设的通知》《城市信息模型(CIM)基础平台技术导则》等政策。上海、浙江、海南等省市相继在数字孪生城市顶层设计、城市统一数据底板建设、应用场景试点等层面进行了许多尝试。截至目前,全国共有16个省市在“十四五”规划纲要中提出要建设数字孪生城市。在政策红利、技术演进、需求升级等多重力量激发下,数字孪生城市建设将加速步入“技术集成创新、底座泛在互联、数据融合突破、平台模型建构、典型场景拓展、运营协同专业”的落地实施阶段。

01 数字孪生技术加速集成迭代,综合性技术赋能体系逐步完善

随着数字孪生城市加快建设实施,物联感知、新型测绘、BIM/CIM建模、协同计算等相关基础技术加速创新应用。物联感知技术持续迭代更新,传感器、RFID、ZigBee、NB-IoT、Sigfox等核心技术推动智能化、网络化发展,为上层应用提供强大底层技术支撑。新型测绘技术助推三维GIS在城市多源异构数据融合、全空间数据建模、空间分析等方面进行了创新。如国产MapGIS软件全面支持城市“全空间”“二三维”“动静态”等类型数据接入,实现了多源异构数据与服务全面融合。语义化三维建模方面,泰瑞数创公司自主研发语义化地理实体自动生产工艺,利用倾斜摄影、激光扫描等新型测绘手段,自动化构建全要素、全空间、语义化的地理实体数据,达到每小时自动提取至少3000栋单体语义模型。

下一步,数字孪生技术应用将加速走向成熟,综合性技术赋能体系逐步完善。一是数字标识、网络连接、边缘计算、智能控制、平台服务等信息技术逐步提升,城市信息采集更加精准快速,数据处理整合水平和信息交互能力更加优化提升。二是新型测绘技术、地理信息技术、3D建模技术、仿真推演技术等测绘地理信息技术更加成熟,将为城市三维模型构建提供更强支撑力。

02 城市数字孪生底座加速搭建,泛在标识、泛在感知、泛在连接、泛在计算的格局基本形成

新技术增量投资和传统基础设施数字化改造统筹推进,信息基础设施全面升级,空中、地面、地下、河道等城市感知设施逐步推进,基础网络覆盖范围、联接效率全面提高,高效能运算中心、市政数字化设施、公共服务智能化设施等进一步完善,数字孪生城市底座加快搭建。雄安新区坚持数字城市与现实城市同步规划、同步建设,适度超前布局智能基础设施,打造统一的数字孪生城市底座。北京市提出探索建设虚实交互的城市数字孪生底座。上海市开展城市数字底座赋能工程,加快推进数字基础设施试点建设,探索建立基于数字孪生城市的运行感知新功能。

下一步,在新基建布局推动下,泛在标识、泛在感知、泛在连接、泛在计算的数字孪生底座格局进一步凸显。一是立体化全方位广义时空感知网将全面铺设,城市端新型测绘设施和感知设施更加广泛,遥感传感器、社会感知、物理感知等全空间、多维度、多物理量的物联感知体系逐步完善,“端、边、网、云”贯通的自治化分布式体系初步实现。二是互联网、大数据、人工智能等技术与传统基础设施深度融合,智能融合基础设施推动城市向数字化、网络化、智能化转变。

03 数据资源进一步汇聚共享,多源数据集成融合、关联分析、开发应用将成为重点

城市数据无法有效共享始终是智慧城市建设的最大掣肘。数字孪生城市通过搭建城市大数据平台,加强多源异构数据采集、融合、处理,助推城市楼宇、公共空间、地下管网等“一张图”数字化管理和城市运行一网统管。《全空间三维模型数据格式及服务接口规范》发布实施,为全空间三维模型数据提供统一的存储和管理,有效支持全空间数据的一体化组织、可视化、分析与共享服务。雄安新区携手京东科技打造了雄安新区块数据平台,使数据信息从底层就能实现实时汇聚与多模态应用。重庆市城市信息模型(CIM)平台构建了城市立体时空底座,接入资源调查、规划管控、工程建设、物联感知和公共专题等数据,推动部门间数据共享和业务协同。

下一步,各地将加快数字孪生城市数据底板建设工作,通过标准制定、制度创新等方式,进一步整合汇聚时空信息、行业运行、物联网感知等数据,推动多源异构数据深度融合和处理,健全数据共享与开放机制,构建以城市管理对象为单位的关系数据模型,破解数据碎片化问题,为各部门提供有价值的数据服务。

04 孪生中枢功能不断拓展,城市全过程、全要素数字化、可视化持续推进

当前,各地陆续提出建设数字孪生平台,数字孪生中枢功能不断拓展,多维建模、时空计算、模拟仿真、可视化等核心应用取得积极突破。上海市孪生平台集成提供城市全要素数字化表达、动态三维呈现、智能决策支持、模拟仿真推演。云南省着力构建平台三维数据渲染与分析展示能力。浙江省着力打造标识感知、协同计算、模拟仿真、深度学习等数字能力。山东省基于平台构建善感知、会思考、有温度的智慧生态体系。

下一步,城市数字孪生平台功能进一步完善,全面感知、虚实交互、智能决策、精准控制能力不断提升,逐步实现数字空间对城市物理空间和社会空间的全要素表达、全过程呈现、全周期可溯。一是平台仿真推演和城市数字孪生运行一致性更加契合。实体映射、镜像模型、仿真分析、虚拟融合、综合渲染等功能更加完善,平台逐步实现物理空间、社会空间与数字空间全要素连接,动态模拟与仿真预测能力进一步强化。二是平台自主学习优化、智能精准执行和科学智能决策能力更加优化,基于深度学习和计算推演城市运行状态更加精准,初步实现数字城市反向操控物理城市,全面提升城市监控、诊断、预测和管理水平。

05 典型应用场景进一步明确,城市运行、园区管理、基层治理、节能减碳等领域应用将持续深化

近年来,数字孪生技术在城市管理、市政交通、智慧医疗、智能建筑、智慧家居等领域均有良好的应用场景。各地纷纷在数字孪生城市应用方面开展有益尝试。如北京、上海、浙江、河南等地在市政交通、城市管理、公共安全等领域开展数字孪生城市(园区)应用试点。广州“穗智管”城市运行管理中枢通过对城市运行体征和事件进行运行监测、预测预警、协同联动、决策支持、指挥调度,实现“一网统管、全城智治”。江苏某机场高速打造了“数字孪生收费站”,成为高速收费环节下的创新应用。同济医院建立全面感知、泛化连接、智能进化、数字孪生的智慧医疗中心,提供最具“AI范”的智慧医疗服务。传统优势企业、科技企业加速开发数字孪生城市相关平台、解决方案。例如,京东科技搭建雄安新区块数据平台驾驶舱,夯实雄安新区数字孪生城市“数据底座”。阿里云发布数字孪生城市公共云版本,让更多企业、机构运用数字孪生技术实现创新。海纳云推出数字孪生三维可视化平台,集成全域孪生、全域感知、数字模板、实时渲染、快速交付等能力,为客户提供可视化管理解决方案。

下一步,在政策、技术、产业共同推动下,数字孪生应用场景将加速由单点、局部向城市全域、整体拓展,通过建立复杂精确的城市级数字仿真模型,持续深化数字孪生技术在城市运行、基层治理、市政交通、公共安全、园区管理、节能减碳等领域的应用,推动实现城市全局规划优化、实时弹性治理、预见预判预防和智能分析服务,助力形成“联动指挥、协同处置、科学决策”的数字化治理模式。

06 运营方式更加注重多方协同运作,共建共享共担的合作机制逐步构建

与传统智慧城市相比,数字孪生城市技术要素更复杂、投资更大、牵动部门更广、涉及行业更多,对系统性、整体性、互动性要求更高,需要在组织架构、管理机制、技术手段、数据模型等层面进行系统建设、持续优化。比如,雄安新区深化行政体制改革,推进“大部门制、扁平化”的组织机构设置,大大促进信息数据、决策意见实时共享,为数字孪生城市高效运转提供机制保障。此外,目前数字孪生城市建设相关基础理论尚不成熟,实践验证尚在探索突破之中,大部分数字孪生城市还处于基础设施布局和垂直应用建设为主导的阶段,距离数字化管理运营还有较大差距。因此,数字孪生城市后续建设运营更要发挥生态合力、稳妥推进,避免“大干快上”造成项目烂尾。

下一步,各地将更加重视探索“多方主体参与、生态协同跟进、专业长效运营”的运营管理模式,建立风险共担、利益共享的合作机制,以保证建设实效、及时规避风险、降低成本。比如,项目建设单位、承建单位、信息化主管部门、行业主管部门、第三方测评机构、专家团队、监理单位、用户等共同参与CIM平台验收。在运营阶段,可通过具有国资背景的专业运营机构运营、产学研用金生态联盟支撑等方式,构建专业持续运营体系。(本文刊于《数字经济》杂志6月期)

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