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数字孪生技术,才是智慧城市的起点! | 51SHARE


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51SHARE第1期

分享人:刘晓伦  数字城市事业部产品与数据总监


最近一直在重读中国信通院智慧城市首席专家高艳丽教授的一篇文章,文章主要阐述了数字孪生这项技术到底是如何推动了新型智慧城市的建设,智慧城市和数字孪生城市到底有什么区别。越读就越觉得里面可提炼的观点太多了。

 

数字孪生这个概念今年特别火,尤其是在凯文·凯利(被业内称为科技预测教父)于今年3月亲自撰文,提出“镜像世界”(Mirror World)和“数字孪生”后,“数字孪生”一词的百度峰值指数直破1万,而在此之前,其百度指数几乎为0,对比几乎是断崖式的。而高工这篇文章早在一年前就写好了,相比当下这一波蹭热度的文章,触角和思考扎得很深,说几点切身感受。

 

我差不多有近10年的信息化经验,去年开始重点研究智慧城市并参与项目实践,确实能感觉到产业界对数字孪生城市的认知还远远没有跟上,这一点很是赞同高教授所说。就我看到的智慧城市顶层设计来说,主要还是基于垂直行业信息化、横向数据和业务打通,核心还是基础信息化建设。但数字孪生城市的概念和设计思路,不是简单的信息化覆盖的过程,而是把城市规划、建设、运营、治理的底层逻辑改变了。


城市传统信息化建设解决了垂直行业或专业的效率,跨职能的数据孤岛也可以通过大数据集成技术来收集、集成和共享,但是目前城市规划建设和治理过程中,最需要的是模拟预测,通过仿真技术,提前推演治理方案的最终改进效果。

 

如果基于数字孪生城市技术,整体城市建设运营逻辑将完全重构,将重新定义物理城市与数字城市的关系。


未来的数字孪生城市会与真实城市1:1高拟真虚拟重建,从极致的城市场景和数据可视化、物联控制,到仿真,到预测、决策,再到优化治理的良性系统,提前预演城市建设方案以及仿真结果,来高效的指导真实城市建设,正如高教授在文中所写:


“在数字孪生城市,过去可追溯,未来可预期,当下知冷暖,见微知著,睹始知终,全市一盘棋尽在掌握,一切可管可控,管理扁平化,服务一站式,信息多跑路,人力少跑腿,虚拟服务现实,模拟仿真决策,精细化管理岂非容易,人性化服务岂非不难,城市智慧再不是空谈。”

 

当然,要真正实现数字孪生城市,早期还需踏踏实实解决一系列问题,比如效率问题:物理城市到高拟真的数字孪生虚拟城市的重构,效率能不能较当前提升百倍?比如精度问题:L5毫米级高精度标准,成本能不能降至平民化?比如内核问题:解决了视觉上的真实度,真实世界的运行规律是否也能一并无误地进行虚拟映射?比如场景问题:不同城市功能,如应急、交通、警务、规划等所遇到的问题,如何针对性解决?

 

这些都是我们每天在思考的问题,每个问题的细节点,要解决到极致,都非常难。难的事才有意思,这也是每天跟同事之间讨论最火热,干起来最刺激的事儿。

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 ▲图为51VR智慧城市系统


以下推荐这篇来自中国信通院首席智慧城市专家高艳丽教授所写的《数字孪生城市如何推动了新型智慧城市》,希望你看完也能有所收获。


作者 | 高艳丽

来源 | 中国信息通信研究院CAICT



数字孪生,是通过对物理世界的人、物、事件等所有要素数字化,在网络空间再造一个与之对应的“虚拟世界”,由此形成物理维度上的实体世界和信息维度上的虚拟世界同生共存、虚实交融的格局,这是用数字化方式为物理对象创建虚拟模型,由此来模拟其在现实环境中的行为。


数字孪生大热源于控制、感知、网络、大数据和人工智能等信息技术的加速突破,尤其是物联技术的发展。物联技术将物理世界的参数,通过传感器反馈给数字世界,让仿真验证和动态调整成为可能。



数字孪生是数字化发展的必经之路


数字孪生最先用于工业领域,尤其是大型装备制造业领域,通过搭建一个将制造流程全部进行整合的数字孪生生产系统,实现从产品设计、到生产计划、再到制造执行的全过程数字化。这样的数字化,让创新、效率和有效性从此提升至一个全新的高度。


随着信息技术发展,以及万物互联时代的到来,一个明显的趋势就是,物理世界和与之对应的数字世界将形成两大体系,他们平行发展,且相互作用。


未来数以百亿计的事物将以数字孪生形态呈现,即每个事物将分为两部分:一个是实体,存在于物理世界,另一个是实体的数字孪生体,存在于数字世界。孪生体是实体的虚拟映像,表征实体并映射实体的一举一动。


物理世界的任何事物都能在数字世界做到信息可查、轨迹可循。


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本质上,数字世界为了服务物理世界而存在,物理世界因为数字世界而变得更加美好,这对孪生体是数字化浪潮的必然结果,是数字化的必经之路,是数字化的理想状态。



数字孪生城市是智慧城市的起点


如果物理世界是一个工厂,则对应的数字世界可看作一个数字孪生工厂。如果物理世界是一个城市,那么对应的数字世界就是一个数字孪生城市。


从工业引伸到城市,这是自然而然的结果,因为城市就是更大的数字化舞台,它是由人、物件和事件组成的复杂巨型系统,比工厂更加丰富多彩。


但城市发展至今面临着严重的问题,传统的发展模式已经失效,以信息化为引擎的数字城市、智慧城市成为城市发展的新理念和新模式。虽然数字城市的提出由来已久,但之前的概念并没有上升到数字孪生的高度,这与技术发展的阶段有关;如今数字孪生城市的内涵,才真正体现了数字城市想要达到的愿景目标。


智慧城市是数字城市发展的高级阶段,数字孪生城市作为数字城市的目标,却是智慧城市建设的新起点,它是城市实现智慧管理的重要设施和基础能力,是技术驱动下城市信息化从量变走向质变的里程碑。


由点到线,由线到面,基于数字化标识、自动化感知、网络化连接、智能化控制、平台化服务等强大技术能力,使得数字城市模型能够完整浮出水面,作为一个孪生体与物理城市平行运转,虚实融合中,蕴含无限创新空间。


数字孪生城市的构建将引发城市智能化管理和服务的重大颠覆性创新。


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设想一下,与物理城市对应有一个数字孪生城市,物理城市所有的人、物件、事件、建筑、道路、设施等,都在数字世界有虚拟映像,信息可见,轨迹可循,状态可查,虚实同步运转,情景交融,过去可追溯,未来可预期,当下知冷暖,见微知著,睹始知终,全市一盘棋尽在掌握,一切可管可控,管理扁平化,服务一站式,信息多跑路,人力少跑腿,虚拟服务现实,模拟仿真决策,精细化管理岂非容易,人性化服务岂非不难,城市智慧再不是空谈。



产业界从认识到方案都差之甚远


数字孪生城市与物理城市相对应,但要建成智慧城市,首先要把这个城市的数字孪生体构建出来,因为城市级的整体数字化是城市级的整体智慧化的前提条件。


以前没有提这个概念,是因为认识程度和技术条件都不成熟,如今信息通信技术发展日新月异,已经基本具备了构建数字孪生城市的能力:


全域立体感知、数字化标识、万物可信互连、泛在普惠计算、智能定义一切、数据驱动决策等,构成了数字孪生城市强大的技术模型,大数据、区块链、人工智能、智能硬件、AR/VR等新技术应用,使模拟/仿真/分析城市中发生的问题成为可能,技术模型不断完善,功能不断拓展增强。虽然技术条件基本成熟,但实现方案相当复杂,这不仅是新技术融合创新的试验场,也是人类智慧达到新高度的新挑战。


目前,虽然智慧城市建设在全国各地积极进行,但提出以数字孪生城市为基础构建的凤毛麟角,个别地方注重城市级物联网基础设施的建设,只能说触及了数字孪生城市的皮毛。


针对数字孪生城市,产业界尚没有深刻的认识,更缺乏方案的研究,希望本文能抛砖引玉,引起业界对于数字孪生城市的思考和重视,共同推动智慧城市建设进入新阶段。



作者简介

高艳丽,中国信息通信研究院产业与规划研究所高级工程师,副总工,从事信息通信产业软科学研究工作近二十年,在物联网、智慧城市和信息化领域具有丰富的研究经验和成果,曾参与多项政府重大决策支撑和研究项目,如《物联网十三五规划》、《信息产业发展指南》、《“互联网+”指导意见》。负责多个智慧城市顶层设计项目,如《智慧前海总体规划》、《智慧雄安总体框架》等。联系邮箱:gaoyanli@caict.ac.cn


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