目前城市的信息化發(fā)展還處于局部或單域場景的智能監(jiān)測階段，在城市發(fā)展成理想形態(tài)前，政府、市民、企業(yè)三大主體還存在諸多尚未實現(xiàn)的需求，城市要素的數(shù)字化未全域覆蓋，基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)缺乏融合創(chuàng)新，各系統(tǒng)間有機融合的體系架構(gòu)還在不斷演進，城市運行和治理的水平有量的提升，但少有質(zhì)的改變。這些問題根本可以歸納為城市不斷擴張的規(guī)模與有限的資源分配間的矛盾，而從物理空間到數(shù)字空間的突破，以全局視野實現(xiàn)精準(zhǔn)映射、感知交互、智能監(jiān)測、模擬仿真等能力正是此矛盾的破題關(guān)鍵。
數(shù)字孿生城市建設(shè)理念應(yīng)運而生，為城市治理能力和治理體系現(xiàn)代化提供了新思路。數(shù)字孿生城市是現(xiàn)代化城市治理方式的創(chuàng)新性變革。物理城市中所有的人、地、物、事、情、組織等要素，借助數(shù)字孿生技術(shù)在數(shù)字世界建設(shè)虛擬映像，實現(xiàn)“物理-數(shù)字”虛實融合交互，在物理世界不可能完成的工作，在數(shù)字世界則充滿了豐富的想象空間。
全域聯(lián)接是數(shù)字孿生城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)
數(shù)字孿生城市功能框架
有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2025年全球連接數(shù)量將會超過1000億。一方面，隨著5G、WiFi-6、IOT、RFID等技術(shù)的日益普及，體驗和業(yè)務(wù)驅(qū)動聯(lián)接與計算無處不在；另一方面，隨著衛(wèi)星定位及通信技術(shù)的不斷發(fā)展，以高精度定位和衛(wèi)星通信的時空聯(lián)接將在經(jīng)濟社會各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。基于標(biāo)識的全域聯(lián)接打通了云、AI、邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)、高精度定位、高清視頻等新技術(shù)，使行業(yè)數(shù)據(jù)采集、傳送、存儲、計算、分析及反饋實現(xiàn)了閉環(huán)，實現(xiàn)“端、邊、網(wǎng)、云”貫通的自治化分布式體系，成為數(shù)字孿生城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)。
三維模型是數(shù)字孿生城市可視的主要載體
數(shù)字孿生城市數(shù)據(jù)體系架構(gòu)
隨著國家自然資源部對“實景三維中國”、“三維立體自然資源一張圖”建設(shè)的全面推進，測繪地理信息在經(jīng)濟社會各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。傾斜攝影、無人機、BIM等技術(shù)，可實時、準(zhǔn)確地獲取城市局部的正射、傾斜或Lidar點云數(shù)據(jù)以及單體建筑工程三維數(shù)據(jù)，然后依托實景三維重建技術(shù)、激光點云三維構(gòu)建技術(shù)和多源數(shù)據(jù)融合等技術(shù)，通過自動化處理流程手段，獲得三維點云、三維模型、真正射影像(TDOM)、數(shù)字表面模型(DSM)和建筑信息模型等測繪成果的模型。在數(shù)字孿生時代，測繪地理信息行業(yè)從傳統(tǒng)的地圖產(chǎn)品制作轉(zhuǎn)型為面向城市治理、社會經(jīng)濟、專業(yè)建設(shè)和大眾民生應(yīng)用的服務(wù)行業(yè)，數(shù)字孿生城市更加需要新型測繪的強力支撐，在時空大數(shù)據(jù)管理、地理監(jiān)測、高精度實體化測繪等方面提出更高要求，基于新型測繪構(gòu)建的城市三維模型是數(shù)字孿生城市運行的主要載體。
實時監(jiān)測是數(shù)字孿生城市運行的基本訴求
數(shù)字孿生城市的本質(zhì)是城市級信息模型賦能體系，通過建立基于立體感知的數(shù)據(jù)閉環(huán)賦能新體系，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、視頻感知、數(shù)字化仿真、AR/VR、區(qū)塊鏈等關(guān)鍵技術(shù)，以積木式組裝拼接，生成城市全域數(shù)字虛擬映像空間，實現(xiàn)對物理世界的實時監(jiān)測。為了讓數(shù)字孿生城市能夠動態(tài)、及時地虛擬出真實世界的運行，就要內(nèi)置強大的計算能力，邊緣計算和云計算能為數(shù)字孿生城市與現(xiàn)實城市平行發(fā)展提供算力支撐，保證兩者如影隨形，相互作用。運用模擬仿真技術(shù)，可進行自然現(xiàn)象的仿真、物理力學(xué)規(guī)律的仿真、人群活動的仿真、自然災(zāi)害的仿真等，為城市規(guī)劃、管理、應(yīng)急救援等制定科學(xué)決策，促進城市資源公平和快速調(diào)配，支撐建立更加高效智能的城市現(xiàn)代化治理體系。AR/VR不僅是下一代的顯示技術(shù)，更是數(shù)字化進程中最重要的數(shù)據(jù)采集以及互動的接口，AR/VR發(fā)展的浪潮沖破了許多原有的藩籬，教育、軍事、醫(yī)療、文旅、地產(chǎn)等細(xì)分領(lǐng)域都已開始引入3D虛擬場景或應(yīng)用內(nèi)容的全新交互體驗方式。城市運行態(tài)勢的多維度、多層次精準(zhǔn)監(jiān)測，是建設(shè)數(shù)字孿生城市的基本訴求。
智能預(yù)測是數(shù)字孿生城市發(fā)展的高階智慧
數(shù)字孿生城市平臺能力
數(shù)字孿生城市對人工智能領(lǐng)域數(shù)據(jù)挖掘、深度學(xué)習(xí)、自我優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，可使城市從以往單域智能、被動響應(yīng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿騾f(xié)同治理、智能響應(yīng)、趨勢預(yù)判的模式，構(gòu)建起高效智慧的城市運行規(guī)則。深度學(xué)習(xí)核心應(yīng)用技術(shù)包括計算機視覺、自然語言處理、生物特征識別、知識圖譜等，從已有城市數(shù)據(jù)中挖掘出新的數(shù)據(jù)并結(jié)構(gòu)化當(dāng)前數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)聯(lián)系起來以形成決策的基礎(chǔ)模型，經(jīng)過不斷地試錯，推動系統(tǒng)不斷自優(yōu)化，實現(xiàn)數(shù)字孿生城市內(nèi)生迭代發(fā)展，最終為城市提供智能預(yù)測，呈現(xiàn)數(shù)字孿生城市發(fā)展的高階智慧。
