文/王麒超（天翼閱讀文化傳播有限公司）

一、引言

隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，對于城市發(fā)展空間的研究和規(guī)劃成為重點，同時也提出智能城市的打造。目的就是借助先進技術提升城市的規(guī)劃科學性，優(yōu)化空間布局，并提高宜居水平。發(fā)展到現(xiàn)在，又提出數(shù)字孿生城市的概念。數(shù)字孿生是一個數(shù)字仿真過程，借助收集到的多樣化數(shù)據(jù)，從多學科、多物理量、多尺度、多概率入手進行虛擬映射，直觀反映出對應實體的過程。這可以被認為是數(shù)字映射系統(tǒng)，應用領域廣泛，目前最為普遍的就是在建筑領域的應用，尤其是智能制造領域。本文研究探討的是數(shù)字孿生城市的相關知識。

二、從數(shù)字城市到智慧城市再到數(shù)字孿生城市

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、大數(shù)據(jù)時代的到來以及云計算、人工智能等新技術的普及應用，逐漸發(fā)展出數(shù)字城市、智慧城市、數(shù)字孿生城市等概念。而且這是一個進階的階段，數(shù)字孿生城市是數(shù)字城市的目標，也是智慧城市建設的新高度。

數(shù)字城市是借助網(wǎng)絡寬帶，在計算機技術、多媒體技術、存儲技術等的支持下，通過對GPS、GIS、方針——虛擬技術等的應用，對城市進行三維描述，也就是將城市的過去、現(xiàn)在和未來使用信息技術進行虛擬展現(xiàn)。

智慧城市是指借助先進技術和概念，將城市內(nèi)的系統(tǒng)和服務連接到一起，建立起集成的系統(tǒng)形式，提高資源利用率，優(yōu)化城市的管理和服務，從而改善居民生活質(zhì)量，比如住建部安排的智慧城市基礎設施與智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同發(fā)展試點。

數(shù)字孿生城市也就是將數(shù)字孿生概念納入到城市治理過程中，利用先進技術，使得物理世界中的動態(tài)信息可以被傳感器獲取并傳遞到數(shù)字世界中，確保數(shù)字世界的實時性和保真性，借助數(shù)字化、網(wǎng)絡化等技術實現(xiàn)城市由實入虛，再借助網(wǎng)絡化、智能化技術實現(xiàn)城市由虛入實。通過這樣不斷的虛實互動，實現(xiàn)城市的最佳運行和治理。

三、數(shù)字孿生城市的主要支撐技術

（一）3S空間信息技術

3S即RS、GIS、GNSS，這是建設數(shù)字孿生城市的基礎和核心，因為數(shù)字化的應用要建立在城市三維信息數(shù)據(jù)的基礎上。3S技術可以全方位獲取城市各方面的數(shù)據(jù)信息，包括自然、社會、經(jīng)濟等信息都可以可視化到計算機中，進而輔助建立三維模型。比如借助RS技術收集遙感數(shù)據(jù)，利用GNSS技術采集城市實景、社會軌跡等，然后利用GIS技術對上述信息進行整合，形成立體的實體鏡像，構建起虛擬模型。

（二）三維建模技術

智慧城市的建設已經(jīng)實現(xiàn)空間規(guī)劃的系統(tǒng)化管理，海量二維數(shù)據(jù)信息以及地形景觀數(shù)據(jù)被集中到一起，借助組織管理技術構建起立體虛擬景象。但二維層面無法滿足智慧城市的建設要求，所以還需要配合三維建模技術的應用，其與實景可視化已成為新時期城市建設的重點內(nèi)容，也是數(shù)字孿生城市建設的關鍵技術。比如三維GIS技術可以實現(xiàn)實際景物的可視化，提供技術支撐，相對于二維技術最大的差異就是真實感更強，一方面是模型比較逼真，另一方面是具備高效的人機交互體驗。在進行三維建模的過程中，還可以借助“影像+模型”的方式，增加城市實景信息的精細度和豐富度，進一步實現(xiàn)實景可視化。

BIM技術也是普遍應用的關鍵技術，可以用于普通建筑的建設，收集建筑數(shù)據(jù)，形成立體模型，滲透到交通、水電、市政等方面，方便尋找錯漏和不足，對建筑方案進行優(yōu)化，有助于智慧城市的持續(xù)發(fā)展，該技術的全開放數(shù)據(jù)可視化、開放共享性與智慧城市吻合，為綠色建筑、智慧城市的應用等創(chuàng)造了有利條件。

CIM技術同樣是數(shù)字孿生城市建設的關鍵技術，其是將建筑、基礎設施、地理信息結合到一起的城市信息模型，包括城市內(nèi)的全要素信息，不僅是地上信息（交通道路、建筑、綠化等），還有地下管道等。相對于BIM技術來說，CIM技術就是將作用對象從某一個建筑物擴大到整個城市，實現(xiàn)對城市各個要素和時空信息的表達。

（三）物聯(lián)感知技術

在物聯(lián)網(wǎng)的基礎上，通過射頻識別、紅外感應器、GPS系統(tǒng)、激光掃描器等傳感設備，按照既定的協(xié)議內(nèi)容，將物品與物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系到一起，實現(xiàn)信息交換和通信，進而支持進行智能化的識別、定位、跟蹤和監(jiān)管。物聯(lián)網(wǎng)可以幫助提供真實世界物品的信息，是感知城市信息的主要技術手段。該技術借助傳感設備，將物、人之間相互聯(lián)系，建立起智能化的城市信息網(wǎng)絡，支持對城市各方面信息的感知和度量、接入和互聯(lián)，這是智慧城市的神經(jīng)網(wǎng)絡，可以保證城市治理的快速反應、優(yōu)化調(diào)控以及智能感知。

四、數(shù)字孿生城市現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

數(shù)字孿生技術作為推動實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化轉型、促進數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的重要抓手，已擁有比較健全的理論技術體系，并在產(chǎn)品設計制造、工程建設等領域有比較深入的應用。在當前各產(chǎn)業(yè)領域強調(diào)技術自主和數(shù)字安全的發(fā)展階段，該技術具備決策高效性、分析深入性等特點，可以推動數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化進程，加快實現(xiàn)數(shù)字經(jīng)濟的國家戰(zhàn)略。該技術也能發(fā)揮在模型設計、數(shù)據(jù)采集、分析預測、模擬仿真等方面的作用，推動產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化發(fā)展。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術的發(fā)展，在模擬、新數(shù)據(jù)源、互操作性、可視化、儀器、平臺等方面的共同推動下，數(shù)字孿生的概念也出現(xiàn)快速發(fā)展，并在原有的智慧城市基礎上實現(xiàn)提升，數(shù)字孿生城市的落實也成為可能。包括智慧園區(qū)、智慧政府、智慧學校、智慧醫(yī)療、智慧電網(wǎng)、智慧交通、智慧物流等應用普遍。

五、結語

數(shù)字孿生城市是新時期智慧城市的新發(fā)展階段，需要借助先進技術的應用，實現(xiàn)該技術模式的落實。