近年來，數(shù)字孿生智慧城市的發(fā)展一直是人類社會的焦點話題。作為人口載體的城市給人民的生活帶來了極大的便利。但與此同時，數(shù)字孿生智慧城市發(fā)展也帶來了許多問題?？梢暬夹g的迅速發(fā)展以及不合理的規(guī)劃等，導致了城市人口劇增，資源短缺，環(huán)境污染，交通擁堵等典型的城市問題。

2020年以來，由于全球新型冠狀病毒的爆發(fā)，也突出了當前城市對于人口流動、信息互聯(lián)互通等方面管理運營的不足。傳統(tǒng)上對于城市的管理是被動的，可視化技術通過對數(shù)字孿生智慧城市實體中已經(jīng)發(fā)生的事件進行收集和處理來管理。而隨著新一代科學技術的發(fā)展，如第五代通信技術，云計算，邊緣計算等，信息化的發(fā)展也開始了新的進程?？梢暬夹g的發(fā)展也帶來了新的解決方法，對城市的主動化管理也成為了可能。

數(shù)字孿生智慧城市

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研發(fā)技術：數(shù)字孿生技術（行業(yè)頭部），3DGIS（專利研發(fā)）、視頻融合（行業(yè)領先）、位置智能LI 、三維可視化，3d建模等行業(yè)相關技術。國內(nèi)頭部技術研發(fā)供應商。

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放眼全球，諸多國家已經(jīng)對數(shù)字孿生技術提出了國家級的戰(zhàn)略政策。中國發(fā)布《國民經(jīng)濟與社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標的建議》提出加快數(shù)字化發(fā)展，探索建設數(shù)字孿生城市。與此同時，國內(nèi)已經(jīng)有多個省發(fā)布了未來幾年數(shù)字孿生發(fā)展規(guī)劃，各研究院也將其作為重點的研究方向之一。隨著GIS、BIM、CIM等平臺技術的打造和落地應用，數(shù)字孿生城市正在成為人類社會研究的重點方向。對于城市問題的下一步解決，數(shù)字孿生城市也將起重要作用。

可視化技術方案

數(shù)字孿生智慧城市概念

可視化技術根據(jù)美國宇航局的權威定義，數(shù)字城鎮(zhèn)結(jié)對是指充分利用物理模型、傳感器、使用標記和其他數(shù)據(jù)，以整合整個多學科多層面的模擬，簡言之，數(shù)字孿生就是復制現(xiàn)實世界中的物理身體、系統(tǒng)和過程在網(wǎng)絡空間中形成一個“克隆體”，二者最終形成一個“數(shù)字孿生體”。

數(shù)字孿生智慧城市的一個重要應用價值是對虛擬世界和現(xiàn)實世界中的數(shù)字系統(tǒng)和物理系統(tǒng)進行相互作用和反饋，以確保整個信息資源收集過程中物理系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和適應。數(shù)字孿生在智能制造領域發(fā)揮著極其重要的作用，有效地促進了生產(chǎn)和設計之間的有效合作。一些研究人員將雙數(shù)字化技術的應用從產(chǎn)品延伸到車間和整個企業(yè)，實現(xiàn)了全要素、全過程、全業(yè)務數(shù)據(jù)、要素管理、生產(chǎn)計劃的集成和復制。這些雙重數(shù)字應用為數(shù)字孿生智慧城市的提出提供了有價值的啟示和參考。

數(shù)字孿生智慧城市可視化技術

數(shù)字孿生智慧城市應用場景

交通場景應用

交通系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng)，但人車混流、機動車占道以及車輛龜速行駛等問題仍然困擾著我國的交通系統(tǒng)。我國交通系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)的基礎系統(tǒng)比較突出，借助現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)基礎可以構(gòu)建數(shù)字孿生的道路系統(tǒng)。通過孿生的道路系統(tǒng)平臺實時監(jiān)控城市道路中的突發(fā)事件，做出合理的宏觀調(diào)控，來優(yōu)化道路的利用效率并提升數(shù)字孿生智慧城市的運行效率。

此外，在不同的日期或時間段，可以通過不同的車流量負載來調(diào)節(jié)信號燈的時常，平均道路的車流負載，從而實現(xiàn)對擁堵等道路問題的提前解決和規(guī)劃。在構(gòu)建的孿生系統(tǒng)平臺中，通過調(diào)節(jié)交通系統(tǒng)中的參數(shù)，仿真運行道路交通的情況，結(jié)合專業(yè)的交通學知識優(yōu)化交通參數(shù)，提高交通系統(tǒng)的表現(xiàn)水平。

數(shù)字孿生智慧城市方案

而在無人駕駛方面，數(shù)字孿生系統(tǒng)將發(fā)揮出更大的優(yōu)勢。數(shù)字孿生道路中進行數(shù)據(jù)模擬可以避免無人駕駛在現(xiàn)實實驗中所產(chǎn)生的意外事件。

安全預警場景應用

數(shù)字孿生智慧城市中各種系統(tǒng)錯綜復雜，各不同系統(tǒng)中的出現(xiàn)的突發(fā)事件將嚴重影響城市的運行。如火災，燃氣泄漏，供電問題等。傳統(tǒng)上對于這些事件是通過人工通知的方式進行信息的傳遞，這種方式效率低下，并且對于事件的反饋并不準確。

數(shù)字孿生智慧城市，可視化技術方案

因此，對于安全事件的預警和及時反映通過傳感器等前端設備構(gòu)建的數(shù)字孿生平臺可以很好的對突發(fā)事件做出及時的判斷。通過傳感器的感應和相關專業(yè)的計算，孿生平臺可以給出安全事件發(fā)生的具體地點和其他詳細信息。

同時，借助人工智能等技術，可以在數(shù)字孿生系統(tǒng)中演練突發(fā)安全事件的狀況，調(diào)節(jié)事件的處理方式，優(yōu)化事件的響應和事件的處理流程，也可以安排演練突發(fā)事件的人員撤離路徑等，在低成本的環(huán)境中做出最優(yōu)的決策。

數(shù)字孿生智慧城市規(guī)劃場景應用

數(shù)字孿生智慧城市的發(fā)展需要良好的城市規(guī)劃，而由于不合理的城市規(guī)劃所導致的各種城市問題依然顯著存在。數(shù)字孿生可視化技術可以使現(xiàn)實中成本比較高，很難通過短期的實驗實現(xiàn)的東西在虛擬實體中快速，低成本，多次的進行實現(xiàn)。這種以虛擬平臺進行多種方案的模型建設，并用來指導現(xiàn)實中建設的方式，可以對城市的規(guī)劃進行推演。

數(shù)字孿生智慧城市，可視化技術案例

CIM平臺的建設與BIM技術的融合，以及物聯(lián)網(wǎng)所提供的數(shù)據(jù)可以很好的還原現(xiàn)實中的城市系統(tǒng)。通過設置空間上和事件上的閾值，可以判斷城市在發(fā)展中是否與規(guī)劃的目標有所差別。因此，在城市規(guī)劃的應用中，需要記錄全周期的建設階段，并在建設完成后進行運營。而對于數(shù)字孿生技術的應用，需要在全時空的維度上記錄全要素。通過建設數(shù)字孿生城市平臺，可以提升城市的感知能力和決策能力，也給未來的規(guī)劃發(fā)展帶來更寬廣的視野。

數(shù)字孿生可視化城市的典型特征室全局視野、精確地圖、模擬、虛擬現(xiàn)實交互和智能干預，加快城市治理和各部門應用能力的發(fā)展，特別是在智能城市治理領域，它從全球角度形成了若干超級應用，如城市規(guī)劃的空間分析和影響模擬，城市發(fā)展項目的交互式規(guī)劃和模擬，城市場景描述，用于監(jiān)控城市的正常運行，根據(jù)城市區(qū)域的時間和區(qū)域發(fā)展得出未來發(fā)展趨勢，了解城市發(fā)展規(guī)律，支持政府嚴格執(zhí)行，城市交通流和信號模擬使道路通行能力最大化，在公共服務領域，雙數(shù)字模擬和三維互動體驗將重新定義教育，醫(yī)療和其他服務的重要性和手段。同時，數(shù)字孿生城市以個人為基礎，開啟個人服務的新時代。

這一建成環(huán)境互聯(lián)數(shù)字孿生的愿景將需要各級政府以及科技創(chuàng)業(yè)行業(yè)的私營企業(yè)之間強有力的公私協(xié)調(diào)與協(xié)作。以美國為例，政府的HR 3684 基礎設施投資和就業(yè)法案 (IIJA) 提供了潛在的資金來源，其中包括寬帶基礎設施擴展撥款的具體分配、能源數(shù)據(jù)收集的資金，也許是數(shù)字孿生最獨特的、商業(yè)建筑能源消耗的信息共享。

有幾種有趣的數(shù)字孿生技術試點模型，例如美國拉斯維加斯市與兩家私營公司 Cityzenith（數(shù)字孿生軟件平臺）和 Terbine（物聯(lián)網(wǎng)服務和數(shù)字基礎設施管理）之間的公私合作伙伴關系。 Cityzenith 專注于開發(fā)城市數(shù)字孿生，以幫助建筑脫碳和實施可再生能源系統(tǒng)，以促進減排并提高建筑業(yè)主的績效。

合作包括使用模板輸入數(shù)據(jù)的業(yè)主的參與，該軟件根據(jù)建筑物的年齡、狀況和用途等因素創(chuàng)建一個數(shù)字孿生。數(shù)字孿生模型使用拉斯維加斯現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)傳感器和 5G 網(wǎng)絡來收集實時街道數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將為有關能源使用、排放、交通、停車、噪音和應急管理的決策提供信息。數(shù)字孿生還尋求模擬解決可持續(xù)性和流動性的場景，以提高運營效率并在公共福祉、教育、安全和經(jīng)濟發(fā)展方面產(chǎn)生積極的社區(qū)成果。

拉斯維加斯市目前正在試點項目，以測試該技術的可行性和有效性，如果證明自己有價值和有益，它計劃擴大規(guī)模。讓我們希望這個食譜可以復制到其他社區(qū)。但值得注意的是拉斯維加斯在寬帶/電信基礎設施方面的投資，這是該項目的關鍵促成部分。

又如Metro21，位于匹茲堡的卡內(nèi)基梅隆大學 (CMU) 智慧城市研究所支持數(shù)字孿生試點項目，包括由 Burcu Akinci 和 Mario Berges 教授領導的 Hazelwood Green 的 Mill19 能源和基礎設施系統(tǒng)監(jiān)測。該項目通過解決與建筑系統(tǒng)運行相關的問題、提高舒適度、優(yōu)化能源使用和確定改造機會來關注持續(xù)調(diào)試過程。目標是通過使用和采用數(shù)字孿生，結(jié)合電氣化，建筑物可以降低運營成本，同時減少溫室氣體排放。

公共和私營部門都需要大量投資才能轉(zhuǎn)向減少建筑物的溫室氣體排放，這將是建筑物向全電動的轉(zhuǎn)變（這意味著它不僅包括實際建筑物，還包括整個場地，包括分布式能源）。根據(jù) CMU 建筑學院教授 Vivian Loftness 的說法，挑戰(zhàn)在于減少能源負荷、鼓勵節(jié)約能源并通過建筑計量跟蹤這些數(shù)據(jù)，因為很難知道哪個系統(tǒng)正在使用哪種特定能源以及使用了多少特定能源。

一項重大突破是引入了 15 分鐘間隔的能源數(shù)據(jù)和遠程訪問樓宇自動化系統(tǒng)的能力。在這種情況下，樓宇自動化數(shù)據(jù)屬于樓宇業(yè)主，不對外公開，使樓宇業(yè)主可以根據(jù)績效指標做出實時調(diào)整的決定，其好處是他們的能源成本和溫室氣體排放量都減少了。Loftness 教授表示，她相信寬帶為繪制建筑物地圖并將其與最佳展示進行比較提供了機會，而數(shù)字雙胞胎可以促進模型建筑物或標準運營和管理協(xié)議的創(chuàng)建。

美國有望成為通過應用數(shù)字孿生可視化技術減少溫室氣體排放的領導者，看到案例研究和模型在全國范圍內(nèi)的擴展將令人興奮。有一長串項目自詡為值得 IIJA 資助的項目。通過在建筑領域利用數(shù)字孿生技術的協(xié)作和包容性公私合作伙伴關系，與這些大型資本投資相關的風險和回報將被共享，每個人都會獲益，包括地球。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-672749.html

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