数字孪生城市

数字孪生城市“云-网-端”三大层次端侧实现群智感知、可视可控；网侧实现泛在高速、天地一体；云测实现随需调度，迭代学习技术角度形成虚实对应、相互映射、协同交互的复杂巨系统，实现孪生城市的“六化发展”城市发展基于多源数据融合的城市信息模型是核心，城市全域部署的智能设施和感知体系是前提，支撑孪生城市高效运行的智能专网是保障，实现智能操控的城市大脑是重点建设重点当前，以物联网、大数据、人工智能等新技术为代表的数字浪潮席卷全球，物理世界和与之对应的数字世界正形成两大体系平行发展、相互作用。数字世界为了服务物理世界而存在，物理世界因为数字世界变得高效有序，数字孪生技术应运而生，从制造业逐步延伸拓展至城市空间，深刻影响着城市规划、建设与发展。数字孪生因感知控制技术而起，因综合技术集成创新而兴。数字孪生城市是在城市累积数据从量变到质变，在感知建模、人工智能等信息技术取得重大突破的背景下，建设新型智慧城市的一条新兴技术路径，是城市智能化、运营可持续化的前沿先进模式，也是一个吸引高端智力资源共同参与，从局部应用到全局优化，持续迭代更新的城市级创新平台。前言目录01数字孪生城市出现背景02数字孪生城市内涵特征03数字孪生城市总体架构04数字孪生城市典型场景05数字孪生城市核心06数字孪生城市前提07数字孪生城市支撑08数字孪生城市重点09推进数字孪生城市建议数字孪生城市出现背景（一）传统条块化智慧城市建设方式已现疲态我国提出智慧城市规划的城市有300多个1000+全球已启动或在建的智慧城市已达1000多个300+我国各类试点城市高达500多个500+技术瓶颈基于新技术的原始创新缺乏，ONEICT架构未能实现资金来源问题未解决，信息打通仍困难，协同共治难实现非技术瓶颈现状未来“跨领域技术融合、集成驱动创新”“单点的、割裂的、离散化、孤岛化”人工智能互联网云计算物联网大数据无人驾驶深度学习5G5GDATA数字孪生城市出现背景（二）信息技术加速突破驱动集成创新出现拐点云计算物联网互联网大数据人工智能……政务云建设感知监测智能交互决策分析智能化体验……数字孪生城市出现背景（三）数字孪生成为城市智能化升级的重要方向数字孪生是指通过对物理世界的人、物、事件等所有要素数字化，在网络空间再造一个与之对应的“虚拟世界”，形成物理维度上的实体世界和信息维度上的数字世界同生共存、虚实交融的格局。数字孪生城市是技术演进与需求升级驱动下新型智慧城市建设发展的一种新理念、新途径、新思路。数字孪生城市出现背景智能应用生活产业社会治理生活产业社会治理天空地一体化的云网融合体系数据中台智能引擎汇聚-连接-融合智能-联动-进化海量数据汇聚和处理数生万物万物生数镜像双生的数字城市智慧创新的生产资料治理升级的智能中枢数字资产的有序管理数字孪生城市：智慧新区雄安新区坚持数字城市与现实城市同步规划、同步建设，推动全域智能化应用服务实时可控，打造具有深度学习能力、全球领先的数字城市。借助大数据深度挖掘技术、人工智能、物联网技术和互联网平台等新一代信息技术，从数字呈现、网络互联到智能体验进行全方位谋划，实现数字城市与物理城市同步规划同步建设，对物理世界的人、物、事件等所有要素数字化，生成全数字化城市。物理城市与数字城市孪生并存，精准映射，实现虚拟服务现实，数据驱动决策，智能定义一切，促进管理一盘棋，服务一站式，扁平化、前后端打通，以高度智能化代替传统网格化管理，虚实融合蕴含无限应用创新空间，将引发城市智能化管理和服务模式的重大颠覆性创新。（四）部分城市率先探索实践数字孪生理念——雄安新区数字城市数字孪生城市出现背景（四）部分城市率先探索实践数字孪生理念——虚拟新加坡平台“虚拟新加坡”项目计划完全依照真实物理世界中的新加坡，创建数字孪生城市信息模型。模型内置海量静态、动态数据，并可根据目的需求，实时显示运营状态。“虚拟新加坡”既是物理世界运行动态的展示，满足城市管理需求，也能够指导城市未来建设与运行优化。新加坡同时在打造“智慧国家传感平台”，部署西门子公司基于云的开放式物联网操作系统，统一管理传感网络设备、数据交换、数据融合与理解。数字孪生城市出现背景（四）部分城市率先探索实践数字孪生理念——法国雷恩3D城市法国雷恩计划建立城市数字模型，用于城市规划、决策、管理和服务市民。在3D上绘制城市图形，重点考虑城市规模、治理结构、城市交通、能源环境等问题。数字孪生城市出现背景（四）部分城市率先探索实践数字孪生理念——多伦多高科技社区多伦多高科技社区通过部署多类别传感器设备，收集多样化信息（如车流密度、噪音、空气质量、能耗，出行方式及垃圾处理等）。模型与数据进行融合，助力数据专家生成深刻洞察，优化城市运营；并采用复杂建模技术模拟极端情景，寻找解决方案。此项目将结合前瞻性的城市设计和新的数字技术，以实现可持续性、可负担性、流动性和经济机会等方面的领先水平。数字孪生城市出现背景（五）我国智慧城市建设省级具备现实基础智慧城市态势良好，基础设施不断升级从2012年开始，我国智慧城市建设的指导性文件逐年增加，且指导内容更加规范，新型智慧城市已进入国家战略规划政策制定当中，正逐渐被广大社会群体认可。数字孪生城市建设的前提是具有完善的基础设施，即感知层、连接层和计算层均具备开展数字孪生城市的能力，公共设施的智能化是实现智慧城市有效发展的必然要求。随着新型智慧城市的发展，我国基础设施智能化转型的范围在不断扩大，功能也在不断提升。政策环境有力保障，技术产业强力支撑在国家战略和政策推动下，物联网、云计算、大数据、人工智能、车联网、5G、虚拟现实、深度学习等技术创新突飞猛进，实际应用日益显著，为数字孪生城市建设提供强有力支撑。数字孪生城市内涵特征（一）数字孪生城市的内涵数字孪生城市是支撑新型智慧城市建设的复杂综合技术体系，是城市智能运行持续创新的前沿先进模式，是物理维度上的实体城市和信息维度上的虚拟城市同生共存、虚实交融的城市未来发展形态。数字孪生城市的本质是城市级数据闭环赋能体系，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、智能精准执行，实现城市的模拟、监控、诊断、预测和控制，解决城市规划、设计、建设、管理、服务闭环过程中的复杂性和不确定性问题，全面提高城市物质资源、智力资源、信息资源配置效率和运转状态，实现智慧城市的内生发展动力。数字孪生城市基于数字化标识、自动化感知、网络化连接、普惠化计算、智能化控制、平台化服务的信息技术体系和城市信息空间模型，在数字空间再造一个与物理城市匹配对应的数字城市，全息模拟、动态监控、实时诊断、精准预测城市物理实体在现实环境中的状态，推动城市全要素数字化和虚拟化、全状态实时化和可视化、城市运行管理协同化智能化，实现物理城市与数字城市协同交互、平行运转。数字孪生城市内涵特征（二）与新型智慧城市的关系新型智慧城市建设以提升城市治理和服务水平为目标，以为人民服务为核心，以推动新一代信息技术与城市治理和公共服务深度融合为途径，包括无处不在的惠民服务、透明高效的在线政府、精细精准的城市治理、融合创新的数字经济、自主可控的安全体系等五大核心要素，分级分类、标杆引领、标准统筹、改革创新、安全护航，注重城乡一体，打破信息藩篱。数字孪生因感知控制技术而起，因综合技术集成创新而兴。数字孪生因感知控制技术而起，因综合技术集成创新而兴。数字孪生城市一方面准确反映物理实体城市状态，另一方面精准操控、智能优化现实城市，将极大改变城市面貌，重塑城市基础设施，形成虚实结合、孪生互动的城市发展新形态。数字孪生城市是在城市累积数据从量变到质变，在感知建模、人工智能等信息技术取得重大突破的背景下，新型智慧城市建设的一条新兴技术路径，是城市智能化、运营可持续化的前沿先进模式，也是一个吸引高端智力资源共同参与，从局部应用到全局优化，持续迭代更新的城市级创新平台。总体原则统筹全局融合共享政企协同多元互促多规合一四化同步核心是以人为本本质是改革创新关键是建设实效数字孪生城市内涵特征（三）数字孪生城市的特征数字孪生城市有四大特点：精准映射、虚实交互、软件定义、智能干预。精准映射虚拟交互软件定义精准映射数字孪生城市通过空天、地面、地下、河道等各层面的传感器布设，实现对城市道路、桥梁、井盖、灯盖、建筑等基础设施的全面数字化建模，以及对城市运行状态的充分感知、动态监测，形成虚拟城市在信息维度上对实体城市的精准信息表达和映射。城市基础设施、各类部件建设即有痕迹，城市居民、来访人员上网联系即有信息。未来数字孪生城市中，在城市实体空间可观察各类痕迹，在城市虚拟空间可搜索各类信息，城市规划、建设以及民众的各类活动，不仅在实体空间，而且在虚拟空间得到极大扩充，虚实融合、虚实协同将定义城市未来发展新模式。孪生城市针对物理城市建立相对应的虚拟模型，并以软件的方式模拟城市人、事、物在真实环境下的行为，通过云端和边缘计算，软性指引和操控城市的交通信号控制、电热能源调度、重大项目周期管理、基础设施选址建设。通过在“数字孪生城市”上规划设计、模拟仿真等，将城市可能产生的不良影响、矛盾冲突、潜在危险进行智能预警，并提供合理可行的对策建议，以未来视角智能干预城市原有发展轨迹和运行，进而指引和优化实体城市的规划、管理、改善市民服务供给，赋予城市生活“智慧”。数字孪生城市内涵特征（四）数字孪生城市的价值建设方面治理方面核心价值数字孪生城市的核心价值，在于通过建立基于高度集成的数据闭环赋能新体系，生成城市全域数字虚拟映像空间，并利用数字化仿真，虚拟化交互，积木式组装拼接，形成软件定义城市，数据驱动决策，虚实充分融合交织的数字孪生城市体，使得城市运行、管理、服务由实入虚，可以在虚拟空间的建模，仿真，演化，操控，同时由虚入实，改变、促进物理空间中城市资源要素的优化配置，开辟新型智慧城市的建设和治理新模式。在建设方面，对一张白纸零起步的城区，与物理城市同步规划建设数字城市，规划阶段即开始建模，建设阶段不断导入数据，运营阶段则依托数字城市模型和全量数据管理物理城市。对已建成并运行多年的城市，通过后天物联网设施的全面部署和对城市进行数字建模，同样可以构建数字孪生城市。数字孪生模式不仅大大提升数字城市与物理城市两个主体虚实互动，孪生并行，以虚控实。通过物联感知和泛在网络实现由实入虚，再通过科学决策和智能控制由虚入实，实现对物理城市的最优管理。优化后的物理城市再通过物联感知和泛在网络实现由实入虚，数字城市仿真决策后再一次由虚入实，这样在虚拟世界仿真，在现实世界执行，虚实迭代，持续优化，逐步形成深度学习自我优化的内生发展模式，大大提升城市的治理能力和水平。此外数字孪生模式下，通过数字空间的信息关联，可增进现实世界的实体交互，实现情景交融式服务，真正做到信息随心至、万物触手及。数字孪生城市总体架构数字孪生城市总体架构数字孪生城市建设依托以云、网、端为主要构成的技术生态体系，端侧形成城市全域感知，深度刻画城市运行体征状态。网侧形成泛在高速网络，提供毫秒级时延的双向数据传输，奠定智能交互基础。云侧形成普惠智能计算，以大范围、多尺度、长周期、智能化地实现城市的决策、操控。（一）技术框架1、端侧群智感知、可视可控2、网侧泛在高速、天地一体3、云侧随需调度、普惠便民城市感知终端形成群智感知能力。感知设施、智能终端等迅速发展，形成大范围、大规模、协同化普适计算的群智感知；基于标识和感知体系全面提升传统基础设施智能化水平。提供泛在高速、多网协同的接入服务；形成天地一体化综合信息网络支撑云端服务。边缘计算及量子计算设施提供高速信息处理能力；人工智能及区块链设施提供泛在智能嵌入城市运行与合约执行；部署云计算及大数据设施。数字孪生城市总体架构（二）运行机理数字孪生城市，以全域数字化标识和一体化感知监测为数字孪生基础，以全域全量的数据资源（数据）、高性能的协同计算（算力）、深度学习的机器智能平台（算法）为城市信息中枢，以数字孪生模型平台为城市运行信息集成展示载体，操控城市治理、民生服务、产业发展等各系统协同运转，形成一种自我优化的智能运行模式，实现“全域立体感知、万物可信互联、泛在普惠