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如果將城市看作一個龐大的生命體，隨著5G、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的“數(shù)據(jù)感應神經(jīng)元”正在觸達城市的末梢角落。利用高精度傳感器、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)處理平臺，構(gòu)建城市超腦和數(shù)字虛擬空間，對城市進行精細化管理，已是大勢所趨。

河姆渡第五屆（2020）中國智能建筑節(jié)上，中國工程院院士鐘山先生帶來《發(fā)展數(shù)字孿生（DT），建設新型智慧城市》的主題分享，對數(shù)字孿生在智能化建筑領域、智慧城市建設領域的沿襲、發(fā)展和應用趨勢做了深度分享。下面就讓我們跟隨院士的腳步，共同進入數(shù)字化虛擬世界！



大家好，今天我要和大家談一談數(shù)字孿生與智慧城市的發(fā)展。一共包括五個內(nèi)容。第一個內(nèi)容，我想簡單說說數(shù)字孿生的發(fā)展態(tài)勢。

01、數(shù)字孿生發(fā)展態(tài)勢

數(shù)字孿生發(fā)展脈絡

數(shù)字孿生的發(fā)展可以從生理孿生說起。生理孿生，是物種起源，大概在20世紀60年代，發(fā)展到物理的孿生，21世紀初，大家比較重視研究數(shù)字孿生。

數(shù)字孿生定義內(nèi)涵

數(shù)字孿生概念，就是通過對現(xiàn)代物理世界的人、機、物等所有要素進行數(shù)字化，形成一個網(wǎng)絡空間，可以與物理世界完全對應，這是虛擬世界。虛擬信息空間世界與現(xiàn)實物理空間世界具有虛實映射，操控演化。

從云計算平臺（城市重要基礎設施，政府、企業(yè)乃至個人廣泛使用）、大數(shù)據(jù)（城市重要資產(chǎn)、戰(zhàn)略資源，基于大數(shù)據(jù)分析的智能決策應用不斷涌現(xiàn)）、（移動）互聯(lián)網(wǎng)（公眾獲取城市生活服務的重要優(yōu)先渠道，也是延伸服務的重要手段）、物聯(lián)網(wǎng)（推動萬物互聯(lián)成為現(xiàn)實，廣泛應用于城市治理領域的感知監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集等）、人工智能（基于深度學習的人工智能應用可精準預測城市問題，極大提升市民體驗）到數(shù)字孿生，發(fā)展到現(xiàn)在，我們說數(shù)字孿生的城市，它能夠——虛擬服務現(xiàn)實、模擬仿真決策、智能化發(fā)展——

見微知著，睹始知終

過去可追溯

未來可預期

當下知冷暖

盡在掌握，皆可掌控

管理扁平化

服務一站式

信息多跑路

人力少跑腿

在智慧城市里，我們主要要解決效率問題、精度問題、內(nèi)核問題、場景問題。

效率問題：物理城市到數(shù)字孿生城市的重構(gòu)，提升效率；

精度問題：L5毫米級高精度標準，成本低；

內(nèi)核問題：真實世界的運行規(guī)律無誤地進行虛擬映射；

場景問題：不同城市功能所遇到的問題，實現(xiàn)精細化解決。

數(shù)字孿生應用場景

數(shù)字孿生已經(jīng)在新加坡、法國、加拿大、我國的雄安新區(qū)、杭州等地展開實踐，我們說，數(shù)字孿生的應用場景就是物理世界與數(shù)字世界之間融合，其根本是DT（數(shù)字孿生）和CPS（信息空間與物理空間融合）相融合，是高度集成發(fā)展的。

所以，數(shù)字孿生城市必須開發(fā)建設多場景。這里面，我想特別介紹建筑。建筑也是數(shù)字孿生的場景之一，是城市的基石，也是發(fā)展的前提，今天是第五屆中國智能建筑節(jié)，我們發(fā)展建筑的智能化，促進提升智慧城市的建設。數(shù)字孿生，就是建筑數(shù)字化轉(zhuǎn)換的重要抓手。

02、發(fā)展數(shù)字孿生應用于智慧城市的基本要點

學習開發(fā)新一代IT，拓展現(xiàn)代信息化/工業(yè)化/城市化

以大數(shù)據(jù)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)、AI、量子信息、移動網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈為代表的新一代信息技術(shù)，正在對經(jīng)濟社會激發(fā)引領、帶動和演化科技革命、產(chǎn)業(yè)變革的重大作用，所以，我們要強力開拓現(xiàn)代信息化向縱深發(fā)展，向信息化/智能化發(fā)展。

“三元空間”“兩化融合”深度協(xié)調(diào)發(fā)展

主動積極推動“三元空間”（物理空間、人文空間、信息空間）（PHC）運籌協(xié)調(diào)、深度融合，以信息空間廣泛滲透嵌入到物理空間和人類社會空間，讓人、機、物實現(xiàn)社會中的動態(tài)、實時、交互、三維立體呈現(xiàn)可視化管理，提升城市和產(chǎn)業(yè)的智能化水平。

我們要把現(xiàn)代信息化與工業(yè)制造、城市治理的全過程、全環(huán)節(jié)、全要素多方面、多系統(tǒng)進行融合、優(yōu)化、協(xié)調(diào)、共享，由此可以輻射和滲透整個經(jīng)濟社會各方面，深度改變?nèi)嗣竦纳a(chǎn)、工作、思維、生活等方式，從而把工業(yè)經(jīng)濟社會演變到數(shù)字經(jīng)濟社會。

應用數(shù)字孿生的思路

以兩界映射、虛實交互為基點，焦點融合：精虛軟控（精度化、虛擬化、軟件化、控制化）、操控演化，發(fā)展新型智慧城市，提升智能化水平。這是智慧城市數(shù)字孿生的基本點。

03、深化DT與IT融合，創(chuàng)建城市一體化服務平臺

發(fā)展DT/仿真，強化大數(shù)據(jù)平臺應用

DT、仿真技術(shù)與大數(shù)據(jù)密切融合，推動城市政務、治理、制造等服務新動能。

大數(shù)據(jù)發(fā)展研究與應用

1.政務大數(shù)據(jù)應用

2.大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略

3.城市建設投融資

4.政務大數(shù)據(jù)平臺

5.智慧城市中治理應用

6.大數(shù)據(jù)與制造業(yè)變革轉(zhuǎn)型升級

7.大數(shù)據(jù)跟蹤研究

DT與大數(shù)據(jù)融合，推動城市服務新動能，引發(fā)新變革

如今，全球數(shù)據(jù)爆發(fā)增長，海量集聚，特別在我國引發(fā)大數(shù)據(jù)的新時代。顯示以信息/數(shù)據(jù)/知識為關(guān)鍵要素，將物質(zhì)形態(tài)資源與非物質(zhì)形態(tài)資源深度融合，全面提升全要素生產(chǎn)率，發(fā)展以創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享為特征的數(shù)字經(jīng)濟，推動城市社會的新功能，新變革。

在城市大力發(fā)展大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能、推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)資源管理體系的協(xié)調(diào)性、開放性、共享性，打破城市傳統(tǒng)管理和制造業(yè)，重點發(fā)展DT，強調(diào)提質(zhì)增效、融合共贏，衍生出共享經(jīng)濟、數(shù)字經(jīng)濟，推動城市在高質(zhì)量、高效率、高動力的變革。

智慧城市社會是一個十分復雜、科學、生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展的特大系統(tǒng)工程。現(xiàn)今開發(fā)DT，發(fā)展大數(shù)據(jù)、城市的政務中心，推進政府決策科學化、社會治理精準化、公共服務高效化；構(gòu)建以DT+大數(shù)據(jù)為主，實踐探索兩化深度融合，兩向映射、兩界演化的城市綜合管理服務平臺，逐步打造人、機、物全面互聯(lián)新網(wǎng)絡，多方面實現(xiàn)智能化發(fā)展，建立新型智慧城市的生態(tài)體系，融現(xiàn)社會的新變革。

發(fā)展數(shù)字孿生推動城市治理服務新動能，提升智能化

城市綜合管理服務平臺

1.綜合統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺化

2.數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一整合共享平臺

3.城市公共數(shù)據(jù)開放平臺化

4.110報警對接

5.城市信息基礎設施

6.城市管理全要素數(shù)據(jù)

7.DT→數(shù)字化管理（DM）提升智能化水平

在這樣一個智能服務平臺上，提升數(shù)字化的管理，主要是需要數(shù)字孿生的技術(shù)創(chuàng)新。

應用DT，發(fā)展綜合信息網(wǎng)絡技術(shù)體系的交互仿真，提升智能化

將城市（社會）進行數(shù)字化一體化管理：即將感知（S）、分析（A）、服務（S~包括管理）、指揮（C）、監(jiān)察（S：監(jiān)控、監(jiān)測）為五大領域進行綜合統(tǒng)一數(shù)字化安全保障監(jiān)控管理。

將城市（社會）立體安防提升智能化水平，重視城市（社會）三元空間深度融合，充分利用空天地電網(wǎng)一體化技術(shù)：

1.感知測控精準體系

2.探測視頻監(jiān)督體系

3.通訊網(wǎng)絡傳輸體系

4.信息資源整合共享體系

5.指揮控制管理體系

6.城市應急處置體系

把這些體系中技術(shù)不斷地深度進行數(shù)據(jù)/模型/資源統(tǒng)一整合、協(xié)調(diào)互動、優(yōu)化配置、綜合集成、創(chuàng)新應用。將會以多方面、多形態(tài)、多模式的立體化安防體系中體現(xiàn)新動能，提升智能化能力和水平。

04、強化DT的數(shù)據(jù)/模型新模式，創(chuàng)建城市智能化基地

建設發(fā)展“谷”“園”基地的新動能、新模式，形成有特色、智能化的基地

 1 深入發(fā)展信息網(wǎng)絡空間與現(xiàn)實物理世界融合，應用數(shù)字孿生的基點，雙向映射、兩界演化；

 2 加快構(gòu)建現(xiàn)代化新型基地設施（5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等）；

 3 突出AI發(fā)展創(chuàng)新（軟件定義網(wǎng)絡化SDN、網(wǎng)絡功能虛擬化NFV、邊緣計算EC、同步網(wǎng)、協(xié)管平面等）；

 4 強化信息/數(shù)據(jù)/資源，建設智能化園區(qū)，發(fā)展聯(lián)盟基地；

 5 抓住新機遇，開發(fā)新思路，創(chuàng)造新動力、新模式，建設有特色的新基地。

積極創(chuàng)新，應用現(xiàn)代化先進感知技術(shù)

 1 多源、多通道、多波段的先進傳感器：如SOC、RFID、MEMS、WSN以及雷達、電視、紅外、光學、激光等；

 2 關(guān)注傳感網(wǎng)：是滲透、注入物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，是實現(xiàn)感知功能（全面感知、可靠傳輸、智能處置）的基礎能力；

 3 融合發(fā)展多維感知技術(shù)，是實現(xiàn)跨界聯(lián)接、協(xié)同交互、數(shù)據(jù)交流的技術(shù)支撐，利于跨界融合、資源共享；

 4 現(xiàn)代化感知層+網(wǎng)絡層+認知層+應用層=萬物感知

強化異構(gòu)數(shù)據(jù)融合共享技術(shù)

 1 多異構(gòu)、多網(wǎng)絡、多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源，交互融合；

 2 在人、機、物交互發(fā)展中，加強數(shù)據(jù)化進程，呈現(xiàn)跨界融合，資源共享；

 3 不斷發(fā)展網(wǎng)絡平臺，提升物質(zhì)鏈、價值鏈水平，構(gòu)建智能開源生態(tài)體系；

 4 繼續(xù)關(guān)注知識特征、知識匹配、知識運轉(zhuǎn)等發(fā)展，將知識與信息的科學技術(shù)水平升華。

數(shù)字孿生城市—智慧交通

用互聯(lián)網(wǎng)浮動車數(shù)據(jù)監(jiān)測路口、路段的車輛通行情況，統(tǒng)計路口延誤率、時空通行圖等相關(guān)指標，在樣本量達到一定閾值時，可動態(tài)地檢測和診斷交通問題，合理制定相應的信號配時方案，并自動下發(fā)至路口的信號機運行。該系統(tǒng)已在廣西柳州得到應用。

建設“基地”，著力拓展集群交互控制協(xié)同技術(shù)

 1 發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)，拓展開放、創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、交互、控制、共享等；

 2 虛實交互、精準映射、動態(tài)演化、“基地”提升；

 3 自主開發(fā)控制協(xié)同技術(shù)，在“基地”園林中構(gòu)建大小閉合回路的精細控制系統(tǒng)，執(zhí)行優(yōu)化的“感知/分析/執(zhí)行”，實現(xiàn)融合共享；

 4 強化集群交互共享：集群智能、快速響應、優(yōu)化策略、開放共贏。

05、現(xiàn)代化數(shù)字孿生，建設新型智慧城市發(fā)展要點

數(shù)字孿生的兩界映射、操控演化

1.要把物理世界與數(shù)字世界通過數(shù)據(jù)反饋信息。

2.新基建+新平臺=D/P數(shù)字孿生空間。

新型智慧城市技術(shù)架構(gòu)


新型智慧城市運行架構(gòu)

開發(fā)、拓展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、創(chuàng)造虛實兩化映射的數(shù)字孿生。建設智能化的新型現(xiàn)實城市。


新型智慧城市的重要組成

數(shù)字城市（數(shù)據(jù)匯集和貫穿的集成融合）+智慧場景（生產(chǎn)、生活、生態(tài)等場景智能化）+城市超腦（知識貫穿和系統(tǒng)發(fā)展的成長能力）

新型智慧城市發(fā)展特征

DT城市主題：精、虛、軟、控

精準映射：基礎設施的全面數(shù)字化建模、城市運行狀態(tài)的充分感知和動態(tài)監(jiān)測，形成虛擬城市在信息維度導航對實體城市的精準信息表達和映射。

虛實交互：在城市實體空間可觀察各類痕跡，在城市虛擬空間可搜索各類信息，虛實對應，交互協(xié)同。

軟硬仿真：針對物理城市建立相應的虛擬模型，并以軟件的方式模擬城市人、事、物在真實環(huán)境下的行為，通過大數(shù)據(jù)計算模擬城市發(fā)展和演化趨勢。

智能操控：通過數(shù)字孿生城市模擬、仿真、推演，提供合理可行的對策建議，優(yōu)化城市規(guī)劃和管理，關(guān)鍵在發(fā)展多樣式精細操作控制的閉合回路，提升智能化。

構(gòu)建數(shù)字孿生城市的基本要求