数字孪生城市建设的实践探索及推进建议

建设数字孪生城市是发展数字经济的重要载体,也是推动城市治理体系和治理能力现代化的重要手段,因此探究数字孪生城市建设及运营问题具有重要的现实意义。本文首先对数字孪生城市内涵和运行机理进行全面分析,从整体把握数字孪生城市概貌。其次结合已有实践探索总结出数字孪生城市建设的八大典型领域,并选取北京、上海和深圳等数字孪生先进城市为案例,总结建设思路和实践经验。最后,分析现阶段数字孪生城市建设面临的困难和挑战,并结合实际提出推进建议,为当下数字孪生城市建设提供参考借鉴。

数字孪生城市建设进展及突破点思考

文章从数字孪生的本质内涵出发首先阐述国数字孪生城市的技术框架,接着提出了数字孪生城市建设的3种推进模式及适用场景,分析了数字孪生城市的产业图谱,并以国内南方某一线城市为例,提出分别从“六力”、“两化”两方面提升城市的“五能”作为数字孪生城市建设的突破口,以“应用+产业”为双核驱动数字孪生城市建设。

数字孪生城市基础设施安全保障体系研究

数字孪生城市是信息技术驱动下城市数字化转型的新模式,正在推动城市现代化发展.随着城市数据和信息资源的不断集中,数字孪生城市与物理城市的联系愈发紧密,数字孪生城市基础设施安全问题越加突出.针对数字孪生城市基础设施的安全架构指导不足、安全风险复杂严重、安全可视化不足、安全策略优化困难等难题,提出了由管理体系、技术体系、推演体系、运营体系组成的数字孪生城市基础设施安全保障体系,研究了实现所需的关键技术和平台,为数字孪生城市基础设施安全建设提供参考.

智慧城市、智能城市、数字城市和数字孪生城市的概念辨析与演变逻辑

随着ICT的不断发展,无论是城市研究,还是城市建设,均层出不穷地产生了各种概念。智慧城市、智能城市、数字城市和数字孪生城市概念受到各界广泛关注和应用,但部分对城市研究的学者和城市的建设者,给这些概念赋予不同的解释和内涵,以至于因这些概念不够明晰而导致人们常混淆使用这些概念。人们缺乏对这些概念的梳理和边界界定,更缺乏对这些概念内在演变关系的研究。因此,有必要通过对智慧城市、智能城市、数字城市和数字孪生城市等概念进行梳理、比较和分析,剖析其间的关系和演变逻辑,界定这些概念的边界,以便为各地的学者和建设者提供更明确的研究和发展方面的参考。

数字孪生城市空间地理数字底座构建及应用

数字孪生是智慧城市建设的全新路径以及实践模式,数字底座是数字孪生城市建设的重要空间基底。通过数字孪生空间地理数字底座建设,最大限度采集生产数字孪生模式下的空间地理数据,可以为城市数字化转型提供有力支撑。本文根据上海智慧城市建设实践,从分析城市数字孪生以及空间地理数字底座的概念出发,提出了以数字孪生空间地理数据资源建设、数字孪生智能中枢构建以及时空数据服务体系建立为核心的城市数字孪生空间地理底座构建的技术架构和构建途径,并结合服务三维(3D)规划审批、土地利用全生命周期管理、智慧公安等具体应用场景,为城市空间地理数字底座在城市治理中的进一步应用提供参考。

基于CIM平台深度构建数字孪生城市

数字孪生城市建设为城市精细化治理和服务提供了新的契机,现已逐渐成为各地智慧城市建设的主流模式。城市信息模型(CIM)平台作为城市数字孪生底座平台的建设基础,对于构建城市空间数字化能力具有重要作用。文章首先梳理了CIM的发展背景,辨析CIM与数字孪生城市之间的关系,并在此基础上说明CIM平台的建设重点,最后结合部分城市的创新实践,指出了CIM建设存在的问题与未来发展方向。

数字孪生城市及其关键技术

数字孪生是一项快速发展的新兴数字信息技术,在数字化、数字建模、可视化、物联网、大数据及数据挖掘、人工智能等多种技术的支持下,可以为城市建设从顶层设计到底层逻辑提供系统性的、全面的解决方案,为城市建设和发展提供更好的解决办法。文章概述了数字孪生技术的发展历程、定义和特征,并介绍了数字孪生城市的发展背景、特征和面临的问题,最后探讨了数字孪生城市所需的关键技术。

理想城市的演进:基于数字孪生城市和元宇宙的思辨

城乡规划事业追求理想城市的脚步从未停止,从关注空间秩序到人文关怀再到社会形态,对理想城市的认知维度各不相同,但对不完美世界的改造行动却一直贯穿人居环境建设的始末。信息通信技术的飞速发展给理想城市建设开辟了一条新的路径,文章通过对时下兴起的数字孪生城市和元宇宙的比对分析,探讨在新一轮信息技术革命背景下实现理想城市的路径和展望。初步结论:①数字孪生城市侧重对实体城市的改良来实现理想城市,而元宇宙则专注于在数字虚拟世界对理想城市的想象和新建;②数字孪生城市建立的依然是中心化下的空间秩序和管理模式,而元宇宙则倾向于实现一个去中心化的社会形态;③数字孪生城市对理想城市的实践依然需要回归到空间生产层面,而元宇宙的实践隐含着社会组织新的尝试。二者在技术领域有大量交织,但由于上述差异,对理想城市的建设路径出现了分野。

面向数字孪生城市的三维GIS基础软件技术创新及应用

数字孪生城市的实现需要测绘地理信息、三维建模、物联标识感知、可视化渲染,以及云计算、人工智能、大数据等技术支撑。测绘地理信息技术可用于实现城市信息化,提供全时空基础数据、数据处理分析技术与能力支撑。其中,三维地理信息系统(GIS)可通过地理空间感知、地理可视化、地理设计、地理决策等地理智慧,整合和分析全时空城市基础数据,支撑城市实景可视化,为城市数字孪生提供有效的技术支撑。但由于新型测绘和三维建模等技术的飞速发展,城市基础空间数据的种类愈加丰富、实时性越来越强、体量越来越大,在数据存储管理、数据处理融合、数据查询分析、数据可视化呈现等方面对三维GIS基础软件技术提出新的要求和挑战:多源、异构、海量城市数据的单体化/结构化/语义化表达及高效存储;基于新型测绘、物联网感知等获取的城市静态、动态数据的全方位融合;基于三维空间分析实现城市运行发展过程的模拟分析;真实展现现实世界全貌,实现城市虚拟空间的可视再现。

数字孪生城市——新型智慧城市建设的基础

数字孪生城市(Digital Twin City)的概念自提出之日起,便凭借其在虚拟空间、实体空间以及虚实空间之间的信息交互等方面的创新理念,而获得了来自学术界与产业界的极大关注。通过在虚拟数字空间构建数字孪生城市,作为物理城市在虚拟空间的镜像实体,实现对实体城市空间从宏观表象到微观细节的精准、全面、智能的数字化还原,从而为我国新型智慧城市的建立提供全新的思路与方法。

面向数字孪生城市的智能化全息测绘

以大数据、物联网、人工智能、虚拟现实、云计算、智能驾驶等新技术为代表的信息化浪潮席卷全球,数字世界与物理世界正形成两大平行发展、相互作用的体系,数字孪生技术应运而生。随着物联网技术(IOT)的发展,数字孪生的理念被引入到智慧城市建设中来,深刻影响着城市规划、建设与治理。笔者所在单位面向数字孪生城市和自然资源统一监管对测绘地理信息的新需求,在全国开创性地开展了面向数字孪生城市的智能化全息测绘试点工作。本文结合上海市智能化全息测绘试点工作,从数字孪生城市、数字孪生城市对地理信息的新需求、智能化全息测绘关键技术及测绘成果等方面展开了论述,重点介绍了智能化全息测绘的技术体系和产品体系,以及在社会各领域的应用成果。

苏州与上海孪生城市模式的形成机理及其区域效应

在对美国进行大量实证分析的基础上,艾伦从理论上推导出的孪生城市模式丰富和发展了区域空间结构理论。1990年代以后,苏州在跨国公司投资作用下的快速崛起,已与上海初步构成了一种功能上互补的共生关系,即孪生城市模式。这一模式的形成主要导源于以下两方面的原因。从行政原因上看,苏州与上海由于分属两个省级行政单元,经营成本、产业政策自1980年代以来一直有着较为明显的差异;从经济原因上看,苏州与上海仅距不到90km、位居上海都市圈的内圈层,且离虹桥机场约50km。苏州的快速崛起以至于苏沪孪生城市的形成,产生了多方面的区域效应。苏州与无锡本是一对水平相当、产业性质类似的城市,现已出现了明显的差异化发展态势,从而为在此基础上城市合理分工的形成奠定了基础;苏州位居省级行政单元的交界,因此苏州与作为省会城市的南京构成了广义上的双核结构模式;上述因素的综合作用,使得我们可以构建起沪宁沿线城市合理分工的多重空间组合模式。

面向数字孪生城市的三维GIS基础软件技术创新及应用

当前,数字孪生城市已成为各地智慧城市建设或城市数字化转型的重要探索方向。在深入推进数字孪生城市建设的过程中,对数据存储管理、数据处理融合、数据查询分析、数据可视化呈现等提出新的要求,GIS基础软件需要不断修炼“内功”,才能支撑构建更坚实的时空数字底盘。从数字孪生城市建设面临的新要求展开论述,重点介绍了Super Map三维GIS基础软件技术在多尺度三维模型构建、全方位数据深度融合、三维空间计算与分析、可视化呈现能力等方面的创新进展,以及在城市规划与管理、数字园区运维管理、自然资源管理等领域的应用,最后总结了该技术方法的应用价值和后续探索方向。

基于立体感知的数字孪生城市发展:内涵与架构

我国各地积极推进的智慧城市建设,纷纷陷入建设方案水土不服、建设措施难以落地的困境。数字孪生城市理念的提出为智慧城市实践带来一种最为可行的尝试。重点分析了数字孪生城市作为物理世界的数据闭环赋能系统的内涵和四方面特征,以系统论和生态系统理论为理论基础,提出基于立体感知的数字孪生城市构建方式,重点研究了三大支柱和三方面建设框架,以实现针对城市这一开放的复杂巨系统的可视化、智能化管理。

数字孪生城市空间网格框架与GDS数据平台技术研究

针对数字孪生城市亟需空间统一框架与数据高效组织问题,基于地球空间剖分理论及相应的《地球表面空间网格与编码》(GJB8896-2017)、《北斗网格位置码》及《地球空间网格编码规则》等国家标准编制成果,提出发展一种数字孪生城市空间网格框架与GDS(Grid Data System)数据平台技术。城市多尺度立体剖分网格空间是一种地球空间的客观存在,城市万事万物在某一时间内一定落在某一或某几个网格体中,由此发展的GDS技术面向空间数据统一组织,有利于发展出面向空间建模的新型G-GIS、G-BIM等系统,是对传统GIS、BIM等面向对象建模数据系统的创新探索;有助于构建统一的空间数据框架进而实现城市多源异构数据的汇聚、关联与高效计算,对支撑数字孪生城市建设具有理论与实践意义。

基于CIM的新城新区数字孪生城市建设研究

针对全国新区新城的特色和“数字新区”发展方向,以及城市信息模型(CIM)在数字孪生城市以及智慧城市的角色定位,在研究先进城市特别是新区新城数字孪生城市建设成果的基础上,设计了基于CIM的数字孪生城市总体架构,从感知体系、数字底座、智能中枢、智慧城市运营中心(IOC)、智慧应用等五体系进行了介绍,并分析了CIM数据更新、面向多应用场景的中枢服务能力、海量数据的融合应用等关键问题及解决思路,为数字孪生城市的建设与应用提供了城市“画像”信息,以期为基于CIM的数字孪生城市建设提供支撑和借鉴。

基于区块链的数字孪生城市数据资产安全机制的研究

目前国内各大城市都从传统城市向数字孪生城市转型发展,这就要求城市中的各项管理都要满足城市整体发展战略规划,对城市基础设施领域来说,其管养系统的智能化也必须在先进的信息技术驱动下不断提升,然而由于目前所采集的数据资产存在着被非法篡改、闲散数据长久搁置后丢弃等风险,如何在数据安全和数据共享之间寻找相应的管理机制,对城市数字化转型的发展有着积极的辅助作用。针对以上问题,本研究从区块链、访问控制等技术,从数字孪生城市的数据资产安全和数据资产共享角度,建立了去中心化的数据链安全共享模型。

面向数字孪生城市的自然场景构造方法

自然场景内要素种类繁多、结构复杂,在数字孪生城市中还原自然场景具有挑战性。数字孪生城市中的自然场景不仅要使用高逼真的三维模型,还要能表现自然环境中要素的生长过程、结构组成和分布规律,同时满足不同尺度下的场景变换,构造出既符合空间分布规律又具有沉浸式体验的场景。本文从自然场景构造过程的角度分析了场景构造的4个关键技术问题,回顾了目前场景要素建模和场景构造方法,并提出了一种面向数字孪生城市的自然场景构造技术框架。

比较分析视域下广州建设数字孪生城市的对策研究

为提升广州数字孪生城市建设实效,首先通过比较分析法总结广州与国内外代表性城市在数字孪生城市建设情况上的差异,然后通过焦点小组访谈法分析广州建设数字孪生城市在顶层设计、服务场景、产业生态、数据治理及基础体系5个方面存在的具体问题。最后,构建由战略体系、运行体系、基础体系3个层次组成的广州数字孪生城市建设整体框架,并结合上述具体问题提出广州建设数字孪生城市的对策建议。

北斗网格码:数字孪生城市CIM时空网格框架

数字孪生城市已成为新型智慧城市建设的主流技术路线与发展目标。数字孪生城市的核心是城市信息模型(City Information Modeling,CIM)。传统的GIS+BIM的建模方法存在明显的局限:面向对象的数据组织方式会因对象本身的纷繁复杂和对象ID的私有定义而难以解决数据组织汇聚的问题。北斗网格码技术(包括剖分时间码)提供了一个时空网格框架,可构建地球全域空间数字孪生网格数据模型,其实质是一个基于时空编码的开放性大数据架构,可通过网格关联组织城市多源异构时空数据,支撑数字孪生城市CIM建模。具体建模过程包括时空网格编码、网格关联数据、网格数据加载、数据驱动模型4个步骤。基于北斗网格码的时空网格框架对于CIM平台具有重要的赋能价值。