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。

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。

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。

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。

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。

数字孪生城市多视域数据治理框架研究

快速发展的数字孪生城市数据形式复杂、涉及领域广泛,数据治理框架为数字孪生城市数据治理规范化提供参考。基于数据治理成熟度,从城市数字孪生化过程出发,融合数据治理的技术与管理属性,提出多视域的数字孪生城市数字治理框架,从计划、实施和管理3个方面,融合治理要素控制和治理规程控制两个视域,详细阐述了该框架原理和组成要素,从而对推动构建数字孪生城市高质量的全要素数字体系具有一定的参考价值。

数字孪生城市数据目录区块链平台与技术研究

为解决数字孪生城市各类数据目录确权和分权管控问题,基于区块链的公开、分权、不可篡改、合约机制等理念,阐述了数字孪生城市目录区块链平台的总体架构,以及共识机制、多子链机制和智能合约等关键技术,实现数据与职责的强关联、数据变化的实时探知及数据访问的全程留痕,有效解决了城市各类数据可用、可见、目录变更和数据共享授权随意、数据更新不及时等问题。

数字孪生城市轨道交通规划选线应用

数字孪生城市为保障城市现代化建设顺利进行发挥了重要作用。本文以宁波市轨道交通第三轮建设规划为例,论证了现阶段静态、多时态的数字孪生城市能够很好地适应城市规划建设需求,阐述了数字孪生城市统一大场景建设方法。集成二维数据、地形地貌、实景三维、轨道交通信息模型、地下管线模型等多源、多尺度数据,在数字孪生城市中进行轨道交通二三维选线。贯通规划选线后,连接设计、施工和运维,轨道交通全生命周期管理在数字孪生城市中构成完美闭环。在未来的时代,数字孪生城市将加速拓展其他应用,具有广阔前景。

数字孪生城市的驱动力、功能框架与建设路径

在城市资源、环境、物理空间发展约束日益增加的新常态背景下,以数字孪生等为代表的数字技术正加快推进城市数字化转型,对城市经济、社会、生态等进行体系重构、流程再造、能力重塑。数字孪生城市成为城市数字化转型的前沿方向和重要实践,背后是转型需求、技术演进、政策引导和产业促进4大驱动力。提出涵盖数字设施、底座平台、场景建设,以及组织机制、标准规范、运营支撑、安全保障体系的数字孪生城市发展框架。在深入分析数字孪生城市认知、技术、模式、安全等4方面挑战的基础上,从分类规划有序布局、坚持需求引领建设场景、强化底座平台赋能、注重数据安全保障与加快产业培育等方面,提出符合我国城市数字化转型发展要求的数字孪生城市规划策略与发展建议。

国内外数字孪生城市建设的经验及启示

数字孪生在智能制造、生态建设、公共服务、城市治理等多个领域发挥重要作用,是新型智慧城市建设的重要内容。日本、法国、新加坡、美国等在数字孪生城市建设方面走在了前列。从国内外实践经验来看,推进数字孪生城市建设应注重顶层设计、夯实底座、应用突破、多方参与和基础支撑,着力优化数字孪生城市建设政策环境,拓展特色应用场景,构建融合统一的数据底座平台,推动政府主导,倡导社会多方参与共建,加快推进新型基础设施建设。

面向基层治理的数字孪生城市工作体系初构——以花木数字孪生城市为例

目前国内数字孪生城市正处于快速发展的有利时机,但存在“重单一应用场景,轻城市综合视角和数据底座”“重物理性数字孪生,轻社会性数字孪生”和“缺乏对数字孪生城市核心价值的评价标准”等问题。在上海探索超大城市精细化治理的背景下,初步探索当前数字孪生城市建设实践的模式和问题,围绕基层治理的目标,结合花木街道数字孪生城市的实践,探索构建数字孪生城市的3个工作体系:工作方法体系、数据底座体系和评价指标体系。工作方法体系是数字孪生城市建设的整体方法论和指导纲领,数据底座体系是对数据基础和技术底座的新要求,评价指标体系是指导数字孪生城市建设调优的评价标准和参考框架。

数字孪生城市大数据平台数据流转安全模型研究

数字孪生城市大数据平台可促进智慧城市数据资源集聚,全面推动政务数据与社会数据的跨领域融合应用,打通数据流通通道,避免孤岛,创新数据管理和共享开放体系与数据交易服务体系.针对城市大数据平台数据来源涉及数据格式种类繁多,且应用数据交换需求多样、系统权限体系复杂、跨域延伸不可控等数字孪生城市数据流转过程中面临的安全难点,提出了基于城市大数据平台的数据流转安全框架.以数据分类分级为基础,依据数据安全流转周期与数据治理安全域的时空维度,构建数据安全流转体系,从而解决数字孪生城市数据多源异构、跨网跨平台交换和共享的安全问题.

从智能网联1.0到智能网联2.0:面向双智的实时数字孪生城市构建

从智能网联(ICV)的发展现状及面临的行业挑战出发,提出了智能网联1.0和智能网联2.0的概念以及相应的发展思路。随后介绍了如何通过泛V2X实现智能网联1.0阶段突破以及通过车城网平台实现双智,并提出智能网联2.0的愿景是构建基于智能网联的交通实时数字孪生以及面向双智的实时数字孪生城市。最后,着重介绍了面向双智的实时数字孪生城市的构建方法以及相关的创新实践。

数字孪生城市成熟度模型和评估方法研究

成熟度是刻画评估对象由低级向高级发展过程的方法论。伴随各地数字孪生城市探索建设,如何有效评估其发展水平,引导有序建设,成为数字孪生城市领域的重要命题。基于国内外成熟度研究基础,明确数字孪生城市成熟度的内涵,构建数字孪生城市成熟度模型,提出一级到五级成熟度等级特征,以及数字孪生城市评估的5大维度、19项指标和量化评估方法,并给出推动数字孪生城市成熟度模型应用的建议,为数字孪生城市项目评估、能力认证、迭代升级提供有益参考。

基于TMS的数字孪生城市分层影像数据实时绘制方法

3维地形绘制在军事、农业、交通、智慧城市等众多行业中应用广泛,其中影像数据的处理方式主要采用空间网格划分和建立不同层级的瓦片数据。为了提高3维地形的分辨率,切割的瓦片数量呈指数增长,海量瓦片数据的访问、索引和绘制的技术难题,本文提出了一种基于TMS(tile map senice)的分层影像数据实时绘制方法,避免不同层级影像衔接处出现严重色差;构建不同影像层的服务对象,并实现大量数字孪生城市分层影像的层级、顺序、位置的灵活控制管理;根据视口中的加载瓦片的相对优先级,存入高、中、低3个队列,以加速瓦片数据的调度与绘制。为了加速影像瓦片索引获取,根据视口内的瓦片矩阵范围计算屏幕像素大小,获取影像瓦片的初步层级后与当前文件资源的层级比较确定影像的最终层级,计算视口内影像瓦片的索引和根据经纬度、层级计算行列号,从而形成影像资源的请求路径。在多层影像绘制过程中,根据影像层级大小依次从最底层开始两两图层依次混合,得到正确的混合结果。本文针对实际应用中的近、中、远景及沿海等多层影像数据进行了3维地形绘制实验,结果表明,在NVIDIA 2070显卡上能够达到300 FPS的高实时性能,并且达到无影像层级色差且高质量的绘制效果。本方法能够灵活地绘制大规模多层级影像数据,构建出数字孪生城市场景的3维地形。