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    我國數字孿生城市發展呈現六大趨勢

    發布時間:2022-07-18 09:46        來源:賽迪智庫        作者:許旭 王婧 魯金萍

    隨著數字技術廣泛應用,集成感知控制、數據集成、建模分析、人機交互等多種技術的數字孿生技術逐漸走入城市場景。數字孿生城市是數字孿生技術在城市發展中的應用,通過數據全域標識、狀態精準感知、數據實時分析、模型科學決策和智能精準執行等手段,解決城市規劃、建設、管理中的復雜性和不確定性問題,洞悉城市復雜運行規律、內在關聯和影響機理,優化城市治理模式。

    數字孿生城市建設受到黨中央、國務院的高度重視,國家“十四五”規劃綱要、國家信息化規劃、數字經濟發展規劃等政策文件均提出要探索建設數字孿生城市。國家發改委、住建部、工信部、自然資源部等部門密集出臺《關于開展城市信息模型(CIM)基礎平臺建設的指導意見》《關于全面推進實景三維中國建設的通知》《城市信息模型(CIM)基礎平臺技術導則》等政策。上海、浙江、海南等省市相繼在數字孿生城市頂層設計、城市統一數據底板建設、應用場景試點等層面進行了許多嘗試。截至目前,全國共有16個省市在“十四五”規劃綱要中提出要建設數字孿生城市。在政策紅利、技術演進、需求升級等多重力量激發下,數字孿生城市建設將加速步入“技術集成創新、底座泛在互聯、數據融合突破、平臺模型建構、典型場景拓展、運營協同專業”的落地實施階段。

    01 數字孿生技術加速集成迭代,綜合性技術賦能體系逐步完善

    隨著數字孿生城市加快建設實施,物聯感知、新型測繪、BIM/CIM建模、協同計算等相關基礎技術加速創新應用。物聯感知技術持續迭代更新,傳感器、RFID、ZigBee、NB-IoT、Sigfox等核心技術推動智能化、網絡化發展,為上層應用提供強大底層技術支撐。新型測繪技術助推三維GIS在城市多源異構數據融合、全空間數據建模、空間分析等方面進行了創新。如國產MapGIS軟件全面支持城市“全空間”“二三維”“動靜態”等類型數據接入,實現了多源異構數據與服務全面融合。語義化三維建模方面,泰瑞數創公司自主研發語義化地理實體自動生產工藝,利用傾斜攝影、激光掃描等新型測繪手段,自動化構建全要素、全空間、語義化的地理實體數據,達到每小時自動提取至少3000棟單體語義模型。

    下一步,數字孿生技術應用將加速走向成熟,綜合性技術賦能體系逐步完善。一是數字標識、網絡連接、邊緣計算、智能控制、平臺服務等信息技術逐步提升,城市信息采集更加精準快速,數據處理整合水平和信息交互能力更加優化提升。二是新型測繪技術、地理信息技術、3D建模技術、仿真推演技術等測繪地理信息技術更加成熟,將為城市三維模型構建提供更強支撐力。

    02 城市數字孿生底座加速搭建,泛在標識、泛在感知、泛在連接、泛在計算的格局基本形成

    新技術增量投資和傳統基礎設施數字化改造統籌推進,信息基礎設施全面升級,空中、地面、地下、河道等城市感知設施逐步推進,基礎網絡覆蓋范圍、聯接效率全面提高,高效能運算中心、市政數字化設施、公共服務智能化設施等進一步完善,數字孿生城市底座加快搭建。雄安新區堅持數字城市與現實城市同步規劃、同步建設,適度超前布局智能基礎設施,打造統一的數字孿生城市底座。北京市提出探索建設虛實交互的城市數字孿生底座。上海市開展城市數字底座賦能工程,加快推進數字基礎設施試點建設,探索建立基于數字孿生城市的運行感知新功能。

    下一步,在新基建布局推動下,泛在標識、泛在感知、泛在連接、泛在計算的數字孿生底座格局進一步凸顯。一是立體化全方位廣義時空感知網將全面鋪設,城市端新型測繪設施和感知設施更加廣泛,遙感傳感器、社會感知、物理感知等全空間、多維度、多物理量的物聯感知體系逐步完善,“端、邊、網、云”貫通的自治化分布式體系初步實現。二是互聯網、大數據、人工智能等技術與傳統基礎設施深度融合,智能融合基礎設施推動城市向數字化、網絡化、智能化轉變。

    03 數據資源進一步匯聚共享,多源數據集成融合、關聯分析、開發應用將成為重點

    城市數據無法有效共享始終是智慧城市建設的最大掣肘。數字孿生城市通過搭建城市大數據平臺,加強多源異構數據采集、融合、處理,助推城市樓宇、公共空間、地下管網等“一張圖”數字化管理和城市運行一網統管?!度臻g三維模型數據格式及服務接口規范》發布實施,為全空間三維模型數據提供統一的存儲和管理,有效支持全空間數據的一體化組織、可視化、分析與共享服務。雄安新區攜手京東科技打造了雄安新區塊數據平臺,使數據信息從底層就能實現實時匯聚與多模態應用。重慶市城市信息模型(CIM)平臺構建了城市立體時空底座,接入資源調查、規劃管控、工程建設、物聯感知和公共專題等數據,推動部門間數據共享和業務協同。

    下一步,各地將加快數字孿生城市數據底板建設工作,通過標準制定、制度創新等方式,進一步整合匯聚時空信息、行業運行、物聯網感知等數據,推動多源異構數據深度融合和處理,健全數據共享與開放機制,構建以城市管理對象為單位的關系數據模型,破解數據碎片化問題,為各部門提供有價值的數據服務。

    04 孿生中樞功能不斷拓展,城市全過程、全要素數字化、可視化持續推進

    當前,各地陸續提出建設數字孿生平臺,數字孿生中樞功能不斷拓展,多維建模、時空計算、模擬仿真、可視化等核心應用取得積極突破。上海市孿生平臺集成提供城市全要素數字化表達、動態三維呈現、智能決策支持、模擬仿真推演。云南省著力構建平臺三維數據渲染與分析展示能力。浙江省著力打造標識感知、協同計算、模擬仿真、深度學習等數字能力。山東省基于平臺構建善感知、會思考、有溫度的智慧生態體系。

    下一步,城市數字孿生平臺功能進一步完善,全面感知、虛實交互、智能決策、精準控制能力不斷提升,逐步實現數字空間對城市物理空間和社會空間的全要素表達、全過程呈現、全周期可溯。一是平臺仿真推演和城市數字孿生運行一致性更加契合。實體映射、鏡像模型、仿真分析、虛擬融合、綜合渲染等功能更加完善,平臺逐步實現物理空間、社會空間與數字空間全要素連接,動態模擬與仿真預測能力進一步強化。二是平臺自主學習優化、智能精準執行和科學智能決策能力更加優化,基于深度學習和計算推演城市運行狀態更加精準,初步實現數字城市反向操控物理城市,全面提升城市監控、診斷、預測和管理水平。

    05 典型應用場景進一步明確,城市運行、園區管理、基層治理、節能減碳等領域應用將持續深化

    近年來,數字孿生技術在城市管理、市政交通、智慧醫療、智能建筑、智慧家居等領域均有良好的應用場景。各地紛紛在數字孿生城市應用方面開展有益嘗試。如北京、上海、浙江、河南等地在市政交通、城市管理、公共安全等領域開展數字孿生城市(園區)應用試點。廣州“穗智管”城市運行管理中樞通過對城市運行體征和事件進行運行監測、預測預警、協同聯動、決策支持、指揮調度,實現“一網統管、全城智治”。江蘇某機場高速打造了“數字孿生收費站”,成為高速收費環節下的創新應用。同濟醫院建立全面感知、泛化連接、智能進化、數字孿生的智慧醫療中心,提供最具“AI范”的智慧醫療服務。傳統優勢企業、科技企業加速開發數字孿生城市相關平臺、解決方案。例如,京東科技搭建雄安新區塊數據平臺駕駛艙,夯實雄安新區數字孿生城市“數據底座”。阿里云發布數字孿生城市公共云版本,讓更多企業、機構運用數字孿生技術實現創新。海納云推出數字孿生三維可視化平臺,集成全域孿生、全域感知、數字模板、實時渲染、快速交付等能力,為客戶提供可視化管理解決方案。

    下一步,在政策、技術、產業共同推動下,數字孿生應用場景將加速由單點、局部向城市全域、整體拓展,通過建立復雜精確的城市級數字仿真模型,持續深化數字孿生技術在城市運行、基層治理、市政交通、公共安全、園區管理、節能減碳等領域的應用,推動實現城市全局規劃優化、實時彈性治理、預見預判預防和智能分析服務,助力形成“聯動指揮、協同處置、科學決策”的數字化治理模式。

    06 運營方式更加注重多方協同運作,共建共享共擔的合作機制逐步構建

    與傳統智慧城市相比,數字孿生城市技術要素更復雜、投資更大、牽動部門更廣、涉及行業更多,對系統性、整體性、互動性要求更高,需要在組織架構、管理機制、技術手段、數據模型等層面進行系統建設、持續優化。比如,雄安新區深化行政體制改革,推進“大部門制、扁平化”的組織機構設置,大大促進信息數據、決策意見實時共享,為數字孿生城市高效運轉提供機制保障。此外,目前數字孿生城市建設相關基礎理論尚不成熟,實踐驗證尚在探索突破之中,大部分數字孿生城市還處于基礎設施布局和垂直應用建設為主導的階段,距離數字化管理運營還有較大差距。因此,數字孿生城市后續建設運營更要發揮生態合力、穩妥推進,避免“大干快上”造成項目爛尾。

    下一步,各地將更加重視探索“多方主體參與、生態協同跟進、專業長效運營”的運營管理模式,建立風險共擔、利益共享的合作機制,以保證建設實效、及時規避風險、降低成本。比如,項目建設單位、承建單位、信息化主管部門、行業主管部門、第三方測評機構、專家團隊、監理單位、用戶等共同參與CIM平臺驗收。在運營階段,可通過具有國資背景的專業運營機構運營、產學研用金生態聯盟支撐等方式,構建專業持續運營體系。(本文刊于《數字經濟》雜志6月期)

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