引言
數(shù)字孿生是指充分運(yùn)用物理模型、傳感器、運(yùn)作歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的模擬仿真全過程，在虛擬空間中完成映射，進(jìn)而反映相對應(yīng)實(shí)體設(shè)備的生命周期全過程。數(shù)字孿生最早是由美國國防部提出來的技術(shù)，用于航空航天飛行器維護(hù)保障。其過程主要是在數(shù)字空間建立真實(shí)飛機(jī)的模型，再通過傳感器實(shí)時(shí)感知飛機(jī)的狀態(tài)，及時(shí)分析和評估該飛機(jī)是否需要維修、能否承受下次的任務(wù)載荷等（圖1）。
數(shù)字孿生城市便起源于工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字孿生。數(shù)字孿生中的“孿生”，一個指真實(shí)的物理實(shí)體，一個是虛擬的數(shù)字模型。例如物理世界的飛行器對應(yīng)虛擬世界的數(shù)字模型，該模型是數(shù)字孿生飛行器；若將飛行器替換成一個城市，那么物理世界的城市對應(yīng)虛擬世界的數(shù)字模型便是數(shù)字孿生城市。利用數(shù)字孿生技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)世界的物理體、系統(tǒng)及其流程等復(fù)制到賽博空間，形成一個“克隆體”，兩者最終構(gòu)成一個“數(shù)字雙胞胎”，并將該技術(shù)應(yīng)用到智慧城市建設(shè)中，就形成了我們所說的數(shù)字孿生智慧城市。李德仁院士提出，數(shù)字孿生城市是在建筑信息模型和城市三維地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把物理城市的人、物、事件和水、電、氣等所有要素進(jìn)行數(shù)字化，然后在網(wǎng)絡(luò)空間上構(gòu)造一個與之完全對應(yīng)的“虛擬城市”，形成物理維度上的實(shí)體城市和信息維度上的數(shù)字城市同生共存、虛實(shí)交融的局面。研究數(shù)字孿生城市的創(chuàng)新建設(shè)具有重要的理論價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。本文擬從數(shù)字孿生城市建設(shè)的主要支撐技術(shù)、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢幾個方面展開討論，并對建設(shè)過程中存在的問題提出相關(guān)建議。
圖1數(shù)字孿生在航空航天中的應(yīng)用示意圖
從數(shù)字城市到智慧城市到數(shù)字孿生城市
隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來以及互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)等新一代先進(jìn)信息技術(shù)的發(fā)展，近年來陸續(xù)誕生了數(shù)字城市、智慧城市以及數(shù)字孿生城市等各種“新型城市”概念。數(shù)字城市是隨著1998年美國前副總統(tǒng)阿爾.戈?duì)柼岢?ldquo;數(shù)字地球”之后而產(chǎn)生的概念。數(shù)字地球是一個三維的信息化地球模型，其核心思想是通過數(shù)字化的手段對地球上的自然、人文和社會等信息進(jìn)行數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化，以支撐社會的可持續(xù)發(fā)展決策。而數(shù)字城市則是指通過空間信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，對城市中的地理資源、生態(tài)資源、人文社會等各種信息進(jìn)行數(shù)字化，形成綜合數(shù)據(jù)庫和城市虛擬服務(wù)平臺等。數(shù)字城市也就是把現(xiàn)實(shí)世界中的城市變?yōu)橛?jì)算機(jī)中的城市，從而指導(dǎo)城市的規(guī)劃、管理和建設(shè)以及居民的日常生活。
智慧城市起源于“智慧地球”的概念，是“智慧地球”的重要組成部分。2008年，國際商業(yè)機(jī)器公司IBM提出智慧城市的新理念，2009年奧巴馬就任美國總統(tǒng)之后，與美國的工商業(yè)領(lǐng)袖舉行了一場“圓桌會議”。在這個會議中，IBM首席執(zhí)行官彭明盛建議新的美國政府可以去投資新一代的智慧基礎(chǔ)設(shè)施，以打破當(dāng)時(shí)的金融危機(jī)。“智慧地球”的主要理念是將通過物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球與人類物理系統(tǒng)的整合，從而使地球達(dá)到“智慧”的狀態(tài)。2010年，IBM正式提出“智慧城市”建設(shè)的愿景，隨后便掀起了智慧城市建設(shè)的熱潮。智慧城市建設(shè)過程中涉及眾多技術(shù)，總結(jié)起來可以理解為：數(shù)字城市+物聯(lián)網(wǎng)+云計(jì)算+人工智能。物聯(lián)網(wǎng)通過傳感器讓萬物互聯(lián)，我們在網(wǎng)上可以獲取實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)并將其傳到云端，通過云計(jì)算技術(shù)可對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析、控制、反饋等，進(jìn)而通過人工智能技術(shù)對數(shù)據(jù)隱含的規(guī)則、知識進(jìn)行挖掘。通過綜合運(yùn)用這些先進(jìn)的技術(shù)，讓計(jì)算機(jī)如同人腦一樣擁有“智慧”，打造人性化的智慧城市，應(yīng)用于城市的各方各面，形成智慧政務(wù)、智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧園區(qū)等等。
在我國，“數(shù)字孿生城市”的概念最早是由中國信息通信研究院的研究人員提出，相關(guān)的概念和要求在2018年被寫入《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》。數(shù)字孿生城市實(shí)際上就是將工業(yè)領(lǐng)域所用的“數(shù)字孿生”概念運(yùn)用到整個城市的治理中。數(shù)字孿生城市利用各類先進(jìn)技術(shù)，使得物理世界的動態(tài)信息能夠通過傳感器被實(shí)時(shí)地、精準(zhǔn)地反饋到數(shù)字世界中，使得數(shù)字孿生城市具有實(shí)時(shí)性以及保真性。利用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市的由實(shí)入虛，再利用網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市的由虛入實(shí)，通過利用物理城市和數(shù)字孿生城市之間不斷的虛實(shí)互動、持續(xù)迭代，最終實(shí)現(xiàn)物理世界的最佳有序運(yùn)行狀態(tài)。由此看出，數(shù)字孿生城市還具有互操作性、可拓展性以及閉環(huán)性。數(shù)字孿生城市將推動新型智慧城市建設(shè)，在信息空間上構(gòu)建的虛擬城市映像與現(xiàn)實(shí)中物理城市空間相互疊加，將有利于完善城市基礎(chǔ)設(shè)施，改變城市面貌，形成虛實(shí)相映、孿生互動的城市發(fā)展新形態(tài)。
從各種“新型城市”的發(fā)展歷程看（圖2），從數(shù)字城市到智慧城市，再到數(shù)字孿生城市，是一個進(jìn)階的過程。李德仁院士對數(shù)字城市、智慧城市以及數(shù)字孿生城市之間的關(guān)系進(jìn)行了高度總結(jié)。他認(rèn)為，數(shù)字孿生城市是數(shù)字城市的目標(biāo)，也是智慧城市建設(shè)的新高度，數(shù)字孿生賦予城市實(shí)現(xiàn)智慧化的重要設(shè)施和基礎(chǔ)能力，將引領(lǐng)智慧城市進(jìn)入新的發(fā)展階段。
圖2“新型城市”的發(fā)展歷程
數(shù)字孿生城市的主要支撐技術(shù)
數(shù)字孿生城市是基于3S空間信息技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，人工智能技術(shù)，三維模型，建筑信息模型（BIM）以及城市智能模型（CIM）等多種技術(shù)構(gòu)建起來的新型智慧城市（圖3）。數(shù)字孿生城市需要通過這些技術(shù)來創(chuàng)建一個虛擬的智慧城市，進(jìn)而對城市中各個要素（比如建筑、交通、能源、醫(yī)療等）進(jìn)行監(jiān)測、模擬仿真、分析和預(yù)測等，從而提出符合智慧城市建設(shè)的規(guī)劃以及智慧城市應(yīng)用的各種解決方案。如果將數(shù)字孿生城市比喻為人類生命體，則這個生命體可以通過3S空間信息技術(shù)獲取的城市自然、人文、生態(tài)等基底模型作為骨架。利用三維建模技術(shù)、BIM和CIM等技術(shù)，可以將城市的實(shí)體建筑數(shù)字化成計(jì)算機(jī)上的建筑，生成生命體的血肉。進(jìn)而通過物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)生成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最后結(jié)合人工智能技術(shù)，塑造成一個成熟的大腦，最終將城市真正打造成一個可感知，可判斷，快速反應(yīng)，會學(xué)習(xí)的城市生命體。因此，數(shù)字孿生城市的實(shí)現(xiàn)需要3S空間信息技術(shù)、三維建模技術(shù)、物聯(lián)標(biāo)識感知技術(shù)以及人工智能與深度學(xué)習(xí)等支撐技術(shù)。以下就這4大類支撐技術(shù)分別進(jìn)行介紹。
圖3數(shù)字孿生城市構(gòu)建需要的支撐技術(shù)
1
3S空間信息技術(shù)
數(shù)字孿生城市的建設(shè)離不開城市內(nèi)部的信息化，3S（RS、GIS、GNSS）空間信息技術(shù)為城市信息化提供了有效手段。數(shù)字城市是以城市信息基礎(chǔ)設(shè)施為支撐,采用3S技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)將城市“自然”“社會”“經(jīng)濟(jì)”等城市信息可視化到計(jì)算機(jī)中,并利用技術(shù)和手段在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)對城市的規(guī)劃、建設(shè)和管理?？梢詫?shù)字城市理解成一個城市信息管理平臺和體系。數(shù)字孿生城市是數(shù)字城市的目標(biāo)，在數(shù)字孿生城市建設(shè)中，我們同樣需要借助3S技術(shù)來實(shí)現(xiàn)城市信息化，例如利用遙感技術(shù)RS技術(shù)來采集遙感數(shù)據(jù)，利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS采集城市實(shí)景、社會軌跡等數(shù)據(jù)，再利用地理信息系統(tǒng)GIS等技術(shù)來對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和分析等。我們不僅要信息化地球表層的自然、生態(tài)等要素,還要測量和感知城市的人文、經(jīng)濟(jì)信息，同時(shí)還需要管理和分析這些城市信息的有效技術(shù)手段。隨著技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)明了許多有效的傳感器，為獲取城市的人文、經(jīng)濟(jì)信息提供了有效的手段，但針對如何挖掘和分析社會傳感網(wǎng)的信息，我們還需要做大量的研究工作。3S空間信息技術(shù)為數(shù)字孿生城市建設(shè)所需的自然、人文、生態(tài)等信息的挖掘和分析提供了有效的技術(shù)支持，是數(shù)字孿生城市建設(shè)必不可缺的技術(shù)之一。
2
三維建模技術(shù)
傳統(tǒng)的智慧城市建設(shè)在空間規(guī)劃上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化管理，海量二維GIS數(shù)據(jù)以及瓦片式地形景觀數(shù)據(jù)的高效組織管理技術(shù)已經(jīng)相對成熟,促進(jìn)了虛擬地球的應(yīng)用服務(wù)，但二維平面遠(yuǎn)達(dá)不到智慧城市智慧化建設(shè)的要求。三維空間的有效感知與實(shí)景可視化日益成為城市建設(shè)管理的重要問題，也是數(shù)字孿生城市建設(shè)的關(guān)鍵內(nèi)容。三維GIS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)城市實(shí)景可視化，為城市三維實(shí)景提供了有效的技術(shù)支撐。與傳統(tǒng)的二維GIS平臺相比，三維GIS平臺可視化最突出的特征是具有更強(qiáng)的真實(shí)感,這種真實(shí)感一方面源自于逼真的模型，另一方面也得益于高效的人機(jī)交互體驗(yàn)。同時(shí)三維實(shí)景建模的過程中，還可以通過“影像+模型”的方式，使得計(jì)算機(jī)中的城市實(shí)景信息更加精細(xì)和豐富，更便于去實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的實(shí)景可視化查詢以及對數(shù)字孿生城市進(jìn)行更智能的規(guī)劃管理，其中所用的影像主要是由無人機(jī)航測、激光雷達(dá)、傾斜攝影等新一代測繪信息技術(shù)方法來獲取。
隨著三維GIS在設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)與運(yùn)行維護(hù)等全生命周期中的深化應(yīng)用,三維CAD模型、三維建筑信息模型(building information modeling，BIM)與三維GIS模型的集成與融合成為新的前沿技術(shù)，其中三維建筑信息模型(BIM)也是數(shù)字孿生城市建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。BIM的概念是多重的，既可以指建設(shè)項(xiàng)目(及其中的設(shè)施和功能特性)的數(shù)字化模型,又可以指通過創(chuàng)建和利用數(shù)字模型在設(shè)計(jì)—施工—運(yùn)營的全生命周期內(nèi)進(jìn)行協(xié)同工作和集成管理的過程。BIM是具有豐富且智能建筑信息的數(shù)據(jù)存儲庫,使用面向?qū)ο蟮姆椒▉砻枋雒總€建筑的特征(語義和幾何形狀)、行為及其關(guān)系，可以在交通、水利、市政、電力、裝飾等多方面滲透，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性這5個特點(diǎn)，可以幫助實(shí)現(xiàn)建筑的全生命周期的信息管理，貢獻(xiàn)于智慧城市的可持續(xù)發(fā)展。信息化建設(shè)是智慧城市建設(shè)重要的一環(huán)，BIM技術(shù)的全開放數(shù)據(jù)可視化、開放共享性恰為智慧城市的吻合點(diǎn)，為綠色建筑、智慧城市的應(yīng)用等創(chuàng)造了有利的條件。
城市不僅有建筑，還有基礎(chǔ)設(shè)施和地理信息，把這三者模型化疊加起來就是城市信息模型(City Information Modeling，CIM)。CIM是城市的全要素信息模型，包括對地上（城市建筑及基礎(chǔ)設(shè)施）、地表（交通、能源、資源等）、地下（如地下管廊）的城市各類資源進(jìn)行語義定義，能對二、三維數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)，高效管理、發(fā)布與可視化分析。與BIM概念相對應(yīng)，CIM就是將作用對象從單個建筑物或項(xiàng)目群擴(kuò)大到整個城市，是對城市各要素及其時(shí)間、空間信息的數(shù)字化表達(dá)。CIM的關(guān)鍵技術(shù)是建立一個集設(shè)計(jì)、計(jì)算、管理、評估于一體的平臺，其重點(diǎn)和難點(diǎn)就在于城市信息數(shù)據(jù)的融合,而利用BIM+GIS將有助于這個平臺的搭建，使得集成BIM與GIS建立CIM成為當(dāng)下數(shù)字孿生城市建設(shè)中一個重要的趨勢。CIM是智慧城市以及數(shù)字孿生城市建設(shè)的重要模型基礎(chǔ)，需完成貫穿城市的全生命周期的全要素迭代，以推進(jìn)數(shù)字孿生城市的建設(shè)和發(fā)展。
3
物聯(lián)感知技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things,IoT）的定義是:通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進(jìn)行信息交換和通訊,以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)可以利用互聯(lián)網(wǎng)來提供和訪問所有真實(shí)世界物體的信息，是感知城市信息的主要技術(shù)手段。構(gòu)成城市運(yùn)作的基本要素包括物流、制造、電網(wǎng)、交通、環(huán)保、市政、商業(yè)活動、醫(yī)療等，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過各種信息傳感設(shè)備及系統(tǒng)，將物與物、人與物、人與人連接起來，構(gòu)成一個智能化的城市信息網(wǎng)絡(luò)。依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對城市各種信息的全面感知和度量、泛在接入和互聯(lián)，讓計(jì)算機(jī)可實(shí)時(shí)“讀寫”真實(shí)城市，使各對象可以通過網(wǎng)絡(luò)與其他對象進(jìn)行通信、交互和遠(yuǎn)程監(jiān)控等聯(lián)系。通俗的講，物聯(lián)網(wǎng)就像是智慧城市的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使城市具有快速反應(yīng)、優(yōu)化調(diào)控以及智能感知的能力，有利于實(shí)現(xiàn)城市各領(lǐng)域的智慧化建設(shè)。
4
人工智能與深度學(xué)習(xí)技術(shù)
人工智能（artificial intelligence，AI）是指制造能像人類一樣思考、甚至超越人類思考能力的機(jī)器，數(shù)字孿生城市中的人工智能技術(shù)就如同城市的大腦，賦予城市思考、學(xué)習(xí)、分析和判斷等各方面的能力。隨著技術(shù)的進(jìn)步與成熟，人工智能產(chǎn)品不斷擴(kuò)充，類型不斷豐富，智能計(jì)算的場景也越來越多樣化，所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)使得智慧城市對智能計(jì)算的需求也越來越大，人工智能技術(shù)成為數(shù)字孿生城市構(gòu)建過程中必不可缺的技術(shù)之一。人工智能技術(shù)在數(shù)字孿生城市中發(fā)揮的作用一方面是利用人工智能算法，可以建立對象仿真、智能仿真、分布交互仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真等模型，實(shí)現(xiàn)對城市運(yùn)行態(tài)勢的推演以及對不同環(huán)境背景和決策下的城市發(fā)展情景模擬，以供城市規(guī)劃和管理決策參考；另一方面，利用人工智能技術(shù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，可以從海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中進(jìn)行自主實(shí)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)自動決策以及對物理世界的反向智能控制，以推動城市自主學(xué)習(xí)和智慧成長。
5
數(shù)字孿生城市現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
數(shù)字孿生作為推動實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要抓手，已具備普遍適應(yīng)的理論技術(shù)體系，并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造、工程建設(shè)和其他學(xué)科分析等領(lǐng)域有較為深入的應(yīng)用。在當(dāng)前我國各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域強(qiáng)調(diào)技術(shù)自主和數(shù)字安全的發(fā)展階段，數(shù)字孿生本身具有的高效決策、深度分析等特點(diǎn)，將有力推動數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化進(jìn)程，加快實(shí)現(xiàn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的國家戰(zhàn)略。
作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)當(dāng)中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和高效能工具，數(shù)字孿生可以有效發(fā)揮其在模型設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、分析預(yù)測、模擬仿真等方面的作用，助力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展。從發(fā)展態(tài)勢來看它不僅是全新信息技術(shù)發(fā)展的新焦點(diǎn)，也是各國實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新抓手，還是眾多企業(yè)業(yè)務(wù)布局的新方向。
隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，在模擬、新數(shù)據(jù)源、互操作性、可視化、儀器、平臺等多個方面的共同推動下，數(shù)字孿生及相關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，數(shù)字孿生城市的落地實(shí)施也逐漸成為可能。當(dāng)前，數(shù)字孿生技術(shù)在國內(nèi)的有許多的應(yīng)用場景，如智慧園區(qū)、智慧政府、智慧學(xué)校等，又或者是某領(lǐng)域的應(yīng)用，如智慧醫(yī)療、智慧電網(wǎng)、智慧交通、智慧物流等（圖4）。2020年成為數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用的元年，相信很快，隨著人工智能+三維數(shù)字化自動建模等技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，數(shù)字孿生的實(shí)現(xiàn)效率將大大提高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智慧城市可視化操作系統(tǒng)，并賦能產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)由2D內(nèi)容升級到3D，及至未來4D實(shí)景的提升，賦予人類視覺從2D到4D數(shù)字萬物的跨越。
圖4數(shù)字孿生城市的應(yīng)用場景示意圖
結(jié)束語
當(dāng)前，數(shù)字孿生的行業(yè)應(yīng)用層出不窮。然而，數(shù)字孿生的大規(guī)模應(yīng)用場景還比較有限，涉及的行業(yè)也有待繼續(xù)拓展。尤其，數(shù)字孿生技術(shù)要在智慧城市建設(shè)中得以更廣泛的應(yīng)用，還將面臨數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)知識庫、系統(tǒng)融合以及人才等方面的挑戰(zhàn)。
1）數(shù)據(jù)方面。數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生城市建設(shè)的關(guān)鍵，現(xiàn)階段數(shù)字孿生城市建設(shè)在數(shù)據(jù)方面主要面臨以下幾個方面的挑戰(zhàn)：1.數(shù)據(jù)的采集能力參差不齊，底層關(guān)鍵數(shù)據(jù)無法得到有效感知；2.多維度、多尺度數(shù)據(jù)采集不一致；3.數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性不足；4.受多源數(shù)據(jù)獲取方式的影響，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性難以保障；5.海量數(shù)據(jù)的存儲與協(xié)同計(jì)算能力欠缺；6.通訊接口協(xié)議及相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；7.數(shù)據(jù)的分享與開放機(jī)制不完善；8.多源異構(gòu)多模數(shù)據(jù)較難實(shí)現(xiàn)集成、融合和統(tǒng)一；9.數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)存儲方面可能存在安全隱患。
2）基礎(chǔ)知識庫問題。在系統(tǒng)層級方面，存在著數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、平臺化的缺失，主要體現(xiàn)在各層級的自身基礎(chǔ)知識庫匱乏，現(xiàn)有層級之間的基礎(chǔ)知識庫互聯(lián)互通障礙以及基礎(chǔ)知識庫的整體架構(gòu)不完善；在生命周期方面，存在著結(jié)構(gòu)化、傳承性、規(guī)劃性缺失的問題；在價(jià)值鏈方面，則存在著現(xiàn)有應(yīng)用價(jià)值不足、兼容性差、盈利模式不明等問題。
3）多系統(tǒng)融合問題。數(shù)字孿生是一個多維系統(tǒng)的融合，在數(shù)據(jù)、模型和交互各環(huán)節(jié)均涉及融合應(yīng)用，而目前無論是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、模型構(gòu)建還是交互協(xié)同的環(huán)節(jié)，與數(shù)字孿生構(gòu)架均未深度結(jié)合。
4）人才問題?，F(xiàn)階段數(shù)字孿生核心軟件技術(shù)仍由國外人才主導(dǎo)，國內(nèi)市場缺少數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化研究相關(guān)的專業(yè)人才。
要解決以上問題，需要從兩個層面上著手。首先，宏觀層面上，需要從以下幾個方向努力：①加強(qiáng)數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化頂層設(shè)計(jì)與統(tǒng)籌推進(jìn)機(jī)制；②加強(qiáng)重點(diǎn)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)研制和應(yīng)用示范；③探索數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)模型共享機(jī)制等；④以推出優(yōu)質(zhì)培訓(xùn)課程等方式加強(qiáng)數(shù)字孿生優(yōu)秀平臺或產(chǎn)品的展示與推廣；⑤加強(qiáng)數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)開放與交流平臺建設(shè)，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，讓需求和技術(shù)得以落地；⑥加強(qiáng)數(shù)字孿生相關(guān)人才培養(yǎng)，尤其加強(qiáng)培養(yǎng)具備數(shù)字孿生與其他領(lǐng)域知識儲備的交叉復(fù)合型人才。其次，微觀層面，需要針對數(shù)字孿生城市涉及的關(guān)鍵技術(shù)的研究加大力量，具體包括：①以算法為核心，以數(shù)據(jù)和硬件為基礎(chǔ)，以大規(guī)模知識庫、模型庫、算法庫的構(gòu)建與應(yīng)用為導(dǎo)向，重點(diǎn)提升信息建模、信息同步、信息強(qiáng)化、信息分析、智能決策、信息安全等多種數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)；②加快孿生公共服務(wù)平臺建設(shè)；③加強(qiáng)數(shù)字孿生與其他技術(shù)的創(chuàng)新融合，探索和研究更符合數(shù)字孿生相關(guān)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)理論、集成融合技術(shù)及方法。
從長遠(yuǎn)來看，要釋放數(shù)字孿生的全部潛力，有賴于從底層向上層數(shù)據(jù)的有效貫通，并需要整合整個生態(tài)系統(tǒng)中的所有系統(tǒng)與數(shù)據(jù)。隨著新一代信息技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、新材料技術(shù)等系列新興技術(shù)的共同發(fā)展，各項(xiàng)要素得以持續(xù)優(yōu)化，數(shù)字孿生的發(fā)展需要不斷地探索和嘗試，以及不斷地優(yōu)化和完善。
