相關(guān)資料表明，過去二十年，中國智慧城市建設(shè)投資巨大，建設(shè)的傳感網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)領(lǐng)先全球，但硬件重復(fù)建設(shè)，多注重單方面的智慧化建設(shè)，信息孤島問題仍在，城市智能化程度不足。今年這場重大疫情也將這些問題暴露在人們眼前，步入夏季，一些城市內(nèi)澇頻現(xiàn)，又浮出了我們智慧城市建設(shè)的短板，更遑論常見的交通擁堵、環(huán)境污染等市民關(guān)注的城市病。
智慧城市建設(shè)弊端的不斷涌現(xiàn)、越來越多互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與理念和城市建設(shè)的不斷融合、現(xiàn)階段新基建的興起，也為數(shù)字孿生在全行業(yè)迎來新一輪爆發(fā)制造契機。數(shù)字孿生的意義就在于讓真實世界很高成本、很難實現(xiàn)的事情，可以在虛擬世界里低成本、快速地去實施。無論是全域規(guī)劃一張圖，還是城市治理一盤棋，數(shù)字孿生都作為新型智慧城市的基礎(chǔ)設(shè)施，以數(shù)字化的虛擬映射來模擬城市全要素和時空全過程，從而打通智慧產(chǎn)業(yè)集群之間的信息互聯(lián)互通，推動新基建大潮下各領(lǐng)域的數(shù)字升級。
一、智慧城市云平臺 數(shù)字孿生城市的核心
數(shù)字孿生城市是跨區(qū)域、跨部門、跨行業(yè)高效協(xié)同全景式的城市管理模式，在數(shù)據(jù)融合方面，與傳統(tǒng)智慧城市相比，數(shù)字孿生城市不僅包括描述城市運行狀態(tài)的城市體征數(shù)據(jù)，也包括基于傾斜攝影、BIM的三維模型數(shù)據(jù)、基于物聯(lián)網(wǎng)的實時感知數(shù)據(jù)等，集成了城市的全量大數(shù)據(jù)。
MapGIS智慧城市云平臺作為全國產(chǎn)化平臺，能夠很好地承擔(dān)數(shù)字孿生城市建設(shè)核心平臺的角色。MapGIS智慧城市云平臺是通過大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)，實時匯集城市各種時空信息并提供智能決策及服務(wù)的時空信息基礎(chǔ)平臺。平臺采用統(tǒng)一的時空基準(zhǔn)，構(gòu)建地下、地表、地上全空間三維可視化場景，并在此之上提供大數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、計算、分析挖掘等服務(wù)，致力于打造一個充分感知、互聯(lián)互通、融合共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、按需服務(wù)的一站式智慧化服務(wù)環(huán)境。面向政府、企業(yè)、公眾提供各類智慧應(yīng)用服務(wù)，提高城市信息資源管理效率、消除部門信息鴻溝，提升居民生活質(zhì)量，為各類用戶提供一個泛在的、精細(xì)化的、多層次的智慧城市服務(wù)體系。
MapGIS智慧城市云平臺采用四層體系架構(gòu)，分別是云基礎(chǔ)設(shè)施（IaaS）、智慧城市時空大數(shù)據(jù)中心（DaaS）、智慧城市云服務(wù)中心（PaaS）、智慧城市云應(yīng)用中心（SaaS），架構(gòu)圖如下所示：
圖 MapGIS智慧城市云平臺系統(tǒng)架構(gòu)圖
云基礎(chǔ)設(shè)施：包括池化的計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源、安全資源，為智慧城市云平臺提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。
智慧城市時空大數(shù)據(jù)中心：通過構(gòu)建基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)庫、公共專題數(shù)據(jù)庫、物聯(lián)網(wǎng)實時感知數(shù)據(jù)庫、互聯(lián)網(wǎng)在線抓取數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的接入、匯聚，處理，管理與更新，數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布，為云服務(wù)中心提供數(shù)據(jù)支撐。
智慧城市云服務(wù)中心：包括能力開放平臺和運維管理中心等。基于豐富的數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)、接口服務(wù)、知識服務(wù)，以及地名地址引擎、知識引擎、業(yè)務(wù)流引擎等服務(wù)能力，構(gòu)建能力開放平臺，面向二次開發(fā)用戶提供不同層次的接口服務(wù)。智慧城市運維管理中心是MapGIS智慧城市云平臺的統(tǒng)一運維管理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)維護(hù)、服務(wù)管理、系統(tǒng)配置和系統(tǒng)監(jiān)控等功能。
智慧城市云應(yīng)用中心：智慧城市云應(yīng)用中心由智慧城市云門戶、智慧城市運行中心和二三維一體化系統(tǒng)構(gòu)成，實現(xiàn)智慧城市云平臺的綜合展現(xiàn)。
二、三大關(guān)鍵技術(shù)，助力城市“智慧大腦”構(gòu)建
當(dāng)前我國城市空間復(fù)雜程度、數(shù)據(jù)體量龐大程度已今非昔比，MapGIS智慧城市云平臺從城市全空間一體化表達(dá)、時空大數(shù)據(jù)分析、智能GIS等三大關(guān)鍵技術(shù)為構(gòu)建城市“智慧大腦”帶來強大支撐。
全空間一體化表達(dá)：時間推演城市運行態(tài)勢
全空間，世界本源完美呈現(xiàn)。MapGIS智慧城市云平臺打通與地理信息緊密結(jié)合的遙感、無人機、點云、傾斜攝影、BIM、VR/AR等技術(shù)環(huán)節(jié)，涵蓋全空間存儲、模型構(gòu)建、高效渲染、全空間三維一體化分析等關(guān)鍵技術(shù)點，實現(xiàn)城市立體空間中所有對象的統(tǒng)一描述和管理，支持城市地上、地下空間的一體化管理、展示和分析應(yīng)用。全空間一體化管理是實現(xiàn)智慧城市“數(shù)字孿生”和智慧化運營管理的核心要素。
圖 全空間一體化三維分析
協(xié)同計算：時空大數(shù)據(jù)高性能分析計算
在大數(shù)據(jù)時代背景下，積極嘗試將MapGIS與大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，基于Hadoop、Spark等分布式計算框架，實現(xiàn)地理大數(shù)據(jù)的高效存儲、計算、分析以及可視化表達(dá)，提供多項大數(shù)據(jù)服務(wù)，所以MapGIS智慧城市云平臺是一個全面接入大數(shù)據(jù)的GIS平臺。
針對城市建設(shè)、管理、運維中所涉及到的海量多源異構(gòu)時空大數(shù)據(jù)，平臺采用大數(shù)據(jù)計算框架，提供矢量大數(shù)據(jù)高性能分析計算、實時數(shù)據(jù)高效接入處理等大數(shù)據(jù)計算能力，可以實現(xiàn)城市千萬級別的點數(shù)據(jù)、百萬級別的區(qū)和線數(shù)據(jù)的秒級響應(yīng)，針對實時傳感器數(shù)據(jù)支持區(qū)域熱力圖、人口遷徙圖、時空立方體等多維度實時展現(xiàn)，為各類決策提供有效支持。
圖 時空大數(shù)據(jù)實時分析
智能GIS深度學(xué)習(xí)：推動城市自我學(xué)習(xí)智慧成長
在即將到來的人工智能時代，MapGIS積極擁抱人工智能新技術(shù)，通過將GIS與機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)技術(shù)深度融合，為空間問題智能化解決提供了新的支撐工具。
MapGIS智慧城市云平臺是全新智能GIS服務(wù)器平臺，基于深度學(xué)習(xí)框架，提供數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與融合、空間分析與預(yù)測、聚類分類與統(tǒng)計等智能化服務(wù)，應(yīng)用于遙感影像變化檢測、建筑物提取、巖性識別、個人畫像描繪與行為推斷、群體運動模式與異常識別等領(lǐng)域。
三、“數(shù)字孿生”的三大典型應(yīng)用場景
與傳統(tǒng)智慧城市建設(shè)相比，以MapGIS智慧城市云平臺為核心構(gòu)建的“數(shù)字孿生城市”體現(xiàn)出四大優(yōu)勢。一是場景服務(wù)，提供建筑物、城市部件等基礎(chǔ)設(shè)施的空間地理信息服務(wù)。二是數(shù)據(jù)服務(wù)，可獲取移動物體的實時動態(tài)數(shù)據(jù)及更新服務(wù)，以及提供位置追溯、軌跡跟蹤等歷史數(shù)據(jù)管理服務(wù)。三是仿真服務(wù)，提供事件、場景、決策預(yù)案的過程模擬服務(wù)，模擬發(fā)展變化過程，實現(xiàn)事件、場景、決策預(yù)案數(shù)字孿生。四是渲染服務(wù)，根據(jù)城市地理信息數(shù)據(jù)源、模型精度和制作預(yù)算，按照不同精度要求實施渲染效果。因此，“數(shù)字孿生城市”在智慧園區(qū)、城市規(guī)劃、高精度自動駕駛等三大典型應(yīng)用場景上有著獨特的優(yōu)勢。
應(yīng)用場景一：賦能智慧園區(qū)管理
數(shù)字孿生為智慧園區(qū)經(jīng)濟(jì)管理賦能。數(shù)字孿生將園區(qū)物理空間與數(shù)字空間有機銜接，通過實時接入園區(qū)IOT 設(shè)備、資產(chǎn)、能源、設(shè)施及環(huán)境等信息，建立基于園區(qū)實時運行狀況的數(shù)字孿生場景，實現(xiàn)園區(qū)運營的可視分析、園區(qū)業(yè)務(wù)的閉環(huán)聯(lián)動、園區(qū)決策的仿真模擬以及園區(qū)數(shù)據(jù)的全量集成，開創(chuàng)新一代園區(qū)的立體多維管理新模式。
具體表現(xiàn)在：通過構(gòu)建智能運營中心，對園區(qū)人、事、物全面統(tǒng)一管理；以一鍵式聯(lián)動指揮、預(yù)置應(yīng)急預(yù)案等功能，幫助園區(qū)快速響應(yīng)和處置突發(fā)事件，并聯(lián)動園區(qū)視頻監(jiān)控實現(xiàn)園區(qū)的綜合安防；融合人臉識別技術(shù)提供人臉通行、車牌通行、訪客線上自助預(yù)約、園區(qū)內(nèi)設(shè)施和服務(wù)導(dǎo)航等功能，實現(xiàn)員工、訪客、車輛的實時位置顯示、實時軌跡追蹤；基于華為新一代物聯(lián)網(wǎng)AP，結(jié)合RFID資產(chǎn)標(biāo)簽，實現(xiàn)海量資產(chǎn)數(shù)字化管理，保障資產(chǎn)安全，提高資產(chǎn)使用、管理效率；將傳統(tǒng)設(shè)備IoT化，通過可視化技術(shù)做到園區(qū)設(shè)備的直觀管理，實現(xiàn)設(shè)施信息管理可視化、運行監(jiān)控全局化、異常管理自動化、運行維護(hù)智能化，提升設(shè)施管理與使用效率；運用物聯(lián)網(wǎng)、AI、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等新ICT技術(shù)，構(gòu)建能源調(diào)度、設(shè)備運行、環(huán)境監(jiān)測、人流密度等多維分析模型，以數(shù)據(jù)驅(qū)動智慧節(jié)能；通過對園區(qū)空間資源和環(huán)境狀態(tài)的有效管控，提高環(huán)境空間利用效率，提升環(huán)境舒適度，促進(jìn)空間資源共享與增值。
應(yīng)用場景二：為城市規(guī)劃仿真提供全局最優(yōu)決策依據(jù)
第一，基于多源數(shù)據(jù)和多規(guī)融合實現(xiàn)規(guī)劃管控一張圖。整合基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)（城市三維實景、地形地貌等）、現(xiàn)狀數(shù)據(jù)（人口、土地、房屋、交通、產(chǎn)業(yè)等）、規(guī)劃成果（總規(guī)、控規(guī)、專項、城市設(shè)計、限建要素等）、地下空間數(shù)據(jù)（地下空間、管廊等）等城市規(guī)劃相關(guān)信息資源，在數(shù)字孿生空間實現(xiàn)合并疊加，形成規(guī)劃管控的“一張圖”，通過對各種規(guī)劃方案及結(jié)果進(jìn)行模擬仿真及可視化展示，實現(xiàn)方案的優(yōu)化和比選。
第二，基于全量數(shù)據(jù)分析進(jìn)行多方案比選。通過建立城市信息模型平臺（CIM），匯聚規(guī)劃相關(guān)數(shù)據(jù)，如人口分布密度、房屋布局、道路分布等靜態(tài)信息，以及交通流量、實時環(huán)境檢測、空氣流動、人們社交活動等動態(tài)信息?；谌繑?shù)據(jù)構(gòu)建各類模型，實現(xiàn)相關(guān)統(tǒng)計功能。采用 GIS 方式進(jìn)行展示，如溫度變化、空氣動力變化等，為規(guī)劃提供決策依據(jù)。對能源系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、醫(yī)療資源、教育資源、防災(zāi)能力等方面提供專題分析，建立城市規(guī)劃評價指標(biāo)，支持進(jìn)行多方案評價對比。
第三，宏觀城區(qū)基礎(chǔ)穩(wěn)定性評估與區(qū)劃。根據(jù)城區(qū)構(gòu)造的分布和活動性，對地殼穩(wěn)定性進(jìn)行評估和區(qū)域劃分，輔助城市總體規(guī)劃編制。
第四，微觀地下空間開發(fā)適宜性評價。分析巖土工程性質(zhì)、開發(fā)條件和環(huán)境影響等因素，對城市地下空間開發(fā)適宜性進(jìn)行綜合評估，確定適宜開發(fā)的地段和高風(fēng)險區(qū)，輔助城市詳細(xì)規(guī)劃編制。
第五，地下工程設(shè)計方案優(yōu)選。動態(tài)模擬地下空間開挖過程，根據(jù)設(shè)計深度、開挖難易程度，綜合評價地下工程可行性，輔助地下工程設(shè)計方案優(yōu)選。
第六，地上工程設(shè)計方案優(yōu)選。通過動態(tài)三維模擬不同建筑設(shè)計規(guī)劃，對光照、聲音、環(huán)境等不同方面進(jìn)行分析，為城市建設(shè)規(guī)劃提供輔助依據(jù)。
應(yīng)用場景三：為高精度自動駕駛提供數(shù)字基礎(chǔ)
通過搭建真實世界 1:1 數(shù)字孿生場景，還原物理世界運行規(guī)律，滿足智能駕駛場景下人工智能算法的訓(xùn)練需求，大幅提升訓(xùn)練效率和安全度。如通過采集激光點云數(shù)據(jù)，建立高精度地圖，構(gòu)建自動駕駛數(shù)字孿生模型，完成厘米級道路還原。同時基于橋隧監(jiān)測、氣象監(jiān)測、交通運行系統(tǒng)監(jiān)測等基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測體系，集成基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、交通道路、交通設(shè)施、道路巡檢等交通專題數(shù)據(jù)、以及智能感知數(shù)據(jù)，打造實時、準(zhǔn)確、高效的智能交通運行監(jiān)測與管理平臺，實現(xiàn)交通應(yīng)急指揮調(diào)度、交通運行監(jiān)控、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控、交通信息共享服務(wù)等，最終為高精度自動駕駛提供數(shù)字基礎(chǔ)。
三維視頻融合應(yīng)用
在新基建的浪潮之下，新型智慧城市建設(shè)迎來新的發(fā)展機遇，無疑也將加快數(shù)字孿生在智慧城市建設(shè)的應(yīng)用速度，我們希望能利用全國產(chǎn)化MapGIS智慧城市云平臺在地理信息方面的技術(shù)優(yōu)勢，協(xié)同更多的合作伙伴，共同構(gòu)建數(shù)字孿生城市，讓我們的智慧城市變得更“聰明”，讓人民生活更舒適便捷！
