智慧城市与数字孪生怎么“生”_

2022-03-28 16:08栏目:物联网
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随着全国两会的圆满落幕,“十四五”规划纲要也正式出炉。长达七万字的规划纲要中再次聚焦“数字中国”,由此也带出来一系列让产业界、学术界乃至资本界进行新一轮追逐的发展产业。这一次被点中的是“云计算、大数据、物联网、工业互联网、区块链、人工智能、虚拟现实和增强现实”作为数字经济重点产业。

而在两会代表的提案中,“数字孪生”与城市建设结合到了一起,那么什么是数字孪生,数字孪生又将给城市建设带来哪些新思路呢?

正文内容如下

数字是谁的孪生?

数字孪生,对于城市建设来说是一个舶来词。它最早出现在工业制造领域。有资料介绍说,它最早出现在航天领域。数字孪生即通过数字模拟飞机飞行时的数据,来进行测试检查与维护。


航空领域的数字孪生 图源:?index

所谓“孪生”,指的是“物理空间”和“信息空间”。数字孪生技术是通过数字化的技术手段,将物理世界中的实体在虚拟世界中一模一样的虚拟映射,借此来实现对物理实体的分析和控制。


工业领域的数字孪生 图源:搜狐网

数字孪生技术是集成了人工智能、机器学习等技术,将数据、算法和决策分析结合在一起。将物理空间与信息空间形成映像,在虚拟模型中实时监控物理对象的变化过程,通过对于实际物理空间的数据进行处理分析得到未来状态预测和风险评估。最终实现针对物理对象的科学管控。

数字孪生城市是什么?

数字孪生城市是指数字孪生技术在城市建设中的应用。通过构建城市物理世界与虚拟数字空间的一一对应、相互映射、协同交互的复杂巨系统,在虚拟空间中再造一个与物理城市对应的孪生城市。这样就会实现了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。

通过数字孪生技术可以支撑起具有复杂综合体系的新型智慧城市建设,更好地为实体城市建设服务。同生共存、虚实交融将成为城市未来发展新形态。


在数字孪生系统的建设上,由于对于物理实体系统的实时动态数据的采集需求,因此实时数据采集、传输、更新就是至关重要的技术。在数字孪生城市的建设中,大量的高精度传感器将在一线工作,起到基础的感知器官作用,快速可靠的信息传输网络则是数据上传的基础。

同时,由于数字孪生系统的复杂性,也需要强大的计算平台,完成复杂系统的全生命周期数据存储和管理,采用云服务器对系统的海量运行数据进行分布式管理,实现数据的高速读取和安全备份。

城市数字化是谁的盛宴?

新基建是以信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施为基础的基础设施。这是智慧城市的服务对象,也是智慧城市的技术基底。智慧城市的各个场景都是受益于新基建的实施。智慧城市是数字经济的高级产物,新基建是数字经济的保障。

有一项数据显示:2019年全国软件和信息技术服务业规模以上(年销售额500万元以上)企业超4万家,累计完成软件产品实现收入2万亿元,而新基建所带来的数字经济爆发将给智慧城市所需要的信息服务业带来更大的想象空间。


智慧城市 图源:

如今,新基建已经成为市场与资本的聚焦点,形成万亿级投资价值。智慧城市的技术前沿是面向千家万户的,具有巨大的市场容量。智慧城市每年依旧以两位数进行增长演变。它对于当下城市发展的诸多问题,如城乡发展二元结构、数据鸿沟等。因此,智慧城市所带来的不仅仅是数据经济的发展,也有着更加不可估量的社会效益。

目前我们之所以能够发展智慧城市,一方面是由于5G、物联网、边缘计算、云计算等支撑数字孪生城市的技术更加成熟,另一方面推动互联网、大数据、人工智能等技术与传统基础设施融合,形成智能融合基础设施,推动物理城市向数字化、网络化、智能化转变。

数字孪生城市既是智慧城市的基础,也是对传统城市的补充。数字孪生要求实现城市的全过程、全要素数字化,需要数据的全面及时性、模型精准性、平台智能化。在现在城市中诸多基础设施还不能满足城市数字化的需求。解决“数字盲区”,也成为了未来智慧城市跨越新阶段的重要任务。面向全域数字化和全局智能的数字孪生城市必将成为下一个主战场。智慧城市 图源:

如今,随着新基建如火如荼地开展。近年来上海、深圳等城市纷纷开出智慧城市“大单”。2020年伊始,上海发布了《关于进一步加快智慧城市建设的若干意见》,核心聚焦三大建设重点:政务服务“一网通办”、城市运行“一网统管”、全面赋能数字经济;三大基础保障:“城市大脑”、信息设施、网络安全。2020年上半年,深圳市“智慧龙岗2.0”项目披露8.38亿元标的。

IDC在2020年7月的预测显示,截至2020年,中国智慧城市市场支出规模达到259亿美元,较2019年同比增长12.7%,高于全球平均水平,为仅次于美国的支出第二大的国家。

城市是谁的智慧?

智慧城市的建设离不开物理空间要素向数字空间进行映像,最终形成两个城市:现实城市与虚拟城市。“智慧”就来自于数字孪生新技术的发展。

自2017年“数字孪生城市”建设理念问世以来,各地政府和产业各界都将“数字孪生城市”视为智慧城市的重要手段。其中,城市信息模型(CIM)作为数字孪生城市建设的中心技术。据中国信息通信研究院数据统计,2018年CIM相关投标项目全国仅有2项,2019年新增8项,2020年新增19项。同时一批互联网企业也在智慧城市赛道上纷纷布局,推出各具特色的数字孪生核心平台,在城市交通、能源、水利、管理等多样化的场景。


亿欧智库:2019年中国智慧城市发展研究报告

2019年1月,自然资源部印发了《智慧城市时空大数据平台建设技术大纲(2019)》,明确了智慧城市的时空数据是数字中国时空信息数据库的重要组成部分,也强调了数字化技术是智慧城市建设的技术基石。对于智慧城市大户数据平台功能提出了具体要求:“统一时空基准、丰富时空大数据、构建云平台、搭建云支撑环境、开展智慧应用”。

随着技术的发展,新型数字孪生城市更加强调现实城市与虚拟城市的互动:双向互动针对虚拟城市如何反映城市管理所面临的问题,在仿真技术、增强现实技术等的支持下,通过数据分析作用于城市管理、建设、规划等环节;动态互动强调借助工业互联网技术将城市实时运行数据通过5G网络、光纤网络等输入虚拟城市,利用虚拟城市来随时监测、分析和发现城市运营中存在的问题。特别是在此次疫情中,城市面对重大事件的全局管理能力面临极大考验,数字孪生技术可以赋能虚拟城市,指导现实城市的应对策略。

结语

当前,数字孪生的行业应用层出不穷。数字孪生的大规模应用场景却有待拓展,数字孪生技术要在智慧城市建设中得以更广泛的应用,还将面临数据、基础知识库、系统融合以及人才等方面的挑战,一切才刚刚开始。

参考文献:

1,“十四五”规划指引下的智慧城市关注点分析,唐怀坤.通信世界.2021,(05)

2,基于数字孪生的智慧城市建设发展研究,高志华.中国信息化.2021,(02)

3,数字孪生推动新型智慧城市建设,张新长. 中国自然资源报. 2021(007)

4,建设数字孪生城市的逻辑与创新思考,张新长,李少英,周启鸣,孙颖. 测绘科学. 2021,46(03)

5,新型智慧城市建设应围绕三大核心,党安荣. 中国自然资源报. 2021(007)

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