数字孪生城市概念与运行机理

导读：

数字孪生这一概念起源于航空航天、工业领域，并且随着信息技术的发展，逐渐落地各行各业，数字孪生城市也成为了一个新的风口。数字孪生城市强调建立一个与物理城市实时交互的虚拟城市，精准映射物理城市运行情况，形成虚实交互格局，以提升、优化城市的综合治理规划水平。

数字孪生城市概念

越复杂的系统建立数字孪生体后管理效率提升越高，收益越大，而城市就是最为复杂而庞大的系统，随着城市规模的扩张和发展，城市运行之中会遇到交通堵塞、公共服务短缺、环境约束等一系列问题。建立一个与物理城市并行的孪生虚拟城市，将城市建设规划、管理运行等在虚拟世界进行仿生，会大大提升城市效率，减少资源损失。数字孪生城市应运而生。

根据中国信通院的描述，数字孪生城市可以广泛理解为通过对物理世界的人、物、事等所有要素数字化，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，实现城市全要素数字化和虚拟化、城市全状态实时化和可视化、城市管理决策协同化和智能化。

本文研究的数字孪生城市指数字孪生技术在城市规划、建设、管理过程中的综合应用，而不细化到具体行业。通过建立能感知现实城市变化并进行智能管控的虚拟孪生城市模型，实时反映城市基础设施运行状态，提升城市运行综合水平和智能决策能力。

数字孪生城市运行机理

数字孪生城市技术架构由三部分组成，融合多种信息技术体系，其中数字孪生城市模型平台是构建核心

数字孪生城市技术体系复杂，几乎融合了现有所有信息通信技术手段。技术框架主要由三部分构成，基础设施端、信息中枢端和应用服务端，通过物理城市数据收集、传输、处理、数字城市可视化呈现，实现城市智能管理。构建核心是高精度、多耦合的数字孪生城市模型平台，该模型在城市信息模型CIM的基础上将智能感知的城市数据实时反映到3D城市模型上。

基础设施端主要负责城市数据的收集与传输，通过BIM、GPS等技术收集城市基础空间和3D模型等静态数据；通过智能感知设备，包括传感器等，获取城市基础设施、道路交通、自然环境等动态信息。通过全通达、全接入的的移动互联网、局域无线网等泛在高速、多网协同城市智能网络进行数据即时传输。

信息中枢端进行数据接收、处理、传导。全域全量的城市数据是数字孪生城市构建基础，需要建立数据管理平台，通过多层次数据融合框架将来源不同、类型不同的多源异构数据接收集成，并以数据流的方式传输到城市模型，即数字孪生城市模型平台。依靠高性能协同计算分析，以可视化方式呈现和表达城市状态，分析城市空间场景。

应用服务端是数字孪生城市模型的实际应用。在数字孪生城市模型中建立智能操控体系，实现对智能市政设施、交通设施等设备的远程操控。通过计算机视觉、机器学习、知识图谱等人工智能技术整体认知城市状态，洞悉城市运行规律，制定最优决策。

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