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以数字孪生城市推动智慧城市建设
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  一、数字孪生是数字化发展的必经之路

  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”,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,以数字化方式为物理对象创建的虚拟模型,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加速突破。尤其是物联技术的发展,将物理世界的参数,通过传感器反馈到数字世界,完成仿真验证和动态调整已经成为可能。

  数字孪生最先用于工业领域,尤其是大型装备制造业,通过搭建整合制造流程的数字孪生生产系统,实现从产品设计、生产计划到制造执行的全过程数字化,将创新、效率和有效性提升至一个新的高度,与虚拟制造有过之而无不及。据知名分析机构预测,2017年世界上40%的大型生产商都会应用虚拟仿真技术来为他们的生产过程进行建模。

  随着信息技术发展和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平行发展相互作用。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。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。

  二、数字孪生城市是数字城市的目标是智慧城市的起点

  如果物理世界是一个工厂,则对应的数字世界是数字孪生工厂,如果物理世界是一个城市,那么对应的数字世界即数字孪生城市。从工业引伸到城市,也是自然而然的结果,因为城市是数字化更大的舞台,是由人和物件、事件组成的复杂巨系统,比工厂更加丰富多彩。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,数字孪生城市做为数字城市的目标,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,使数字城市模型能够完整浮出水面,做为一个孪生体与物理城市平行运转,虚实融合蕴含无限创新空间。

  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。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。

  三、针对数字孪生城市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,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。

  目前智慧城市建设虽然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。

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