数字孪生技术在智慧城市领域的应用

2020-11-20 10:22:52
天帷同方
智慧城市
数字孪生
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数字孪生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达,该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛,并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图,有助于优化整体性能。数字孪生技术具有可操作性、可拓展性、实时性、保真性、闭环性。

11月11日,由商务部、科技部、工信部、国家发改委、农业农村部、国家知识产权局、中国科学院、中国工程院等部委和深圳市人民政府共同举办的中国国际高新技术成果交易会正式开幕。作为大会主会场的重要组成部分,由工信部下属中国电子技术标准化研究院主办的新一代信息技术产业标准化论坛作如期举行,会议现场发布了由工信部牵头制作的2020年《数字孪生白皮书》。

当前,世界正处于百年未有之大变局,数字经济已成为全球经济发展的热点,美、英、欧盟等纷纷提出数字经济战略。数字孪生等新技术与国民经济各产业融合不断深化,有力推动着各产业数字化、网络化、智能化发展进程,成为我国经济社会发展变革的强大动力。

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01、数字孪生技术的定义

数字孪生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达,该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛,并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图,有助于优化整体性能。数字孪生技术具有可操作性、可拓展性、实时性、保真性、闭环性。

数字孪生生态系统由基础支撑层、数据互动层、模型构建与仿真分析层、共性应用层和行业应用层组成。其中基础支撑层由具体的设备组成,包括工业设备、城市建筑设备、交通工具、医疗设备组成。数据互动层包括数据采集、数据传输和数据处理等内容。模型构建与仿真分析层包括数据建模、数据仿真和控制。共性应用层包括描述、诊断、预测、决策四个方面。行业应用层则包括智能制造、智慧城市在内的多方面应用。

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02、数字孪生在智慧城市领域的应用

当前,以新一代信息技术为代表的新兴技术突飞猛进,加速推动着经济社会各领域的发展变革。数字经济在推动经济发展、提高劳动生产率、培育新市场和产业新增长点、实现包容性增长和可持续增长等诸多方面,都发挥着重要作用。

而数字孪生作为一项关键技术和提高效能的重要工具,可以有效发挥其在模型设计、数据采集、分析预测、模拟仿真等方面的作用,助力推进数字产业化、产业数字化,促进数字经济与实体经济融合发展。

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中国以“智慧城市”和“新基建”为代表的建设模式的发展速度前所未有。当前,安全综治、智慧园区、智慧交通是智慧城市建设投入的重点,三大细分场景规模占智慧城市建设总规模的71%,而城市级平台、机器人等新技术和产品则在快速落地,被更多城市建设方采纳和应用。

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数字孪生城市则是数字孪生技术在城市层面的广泛应用,通过构建城市物理世界及网络虚拟空间一一对应、相互映射、协同交互的复杂系统,在网络空间再造一个与之匹配、对应的孪生城市,实现城市全要素数字化和虚拟化、城市状态实时化和可视化、城市管理决策协同化和智能化,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、虚实交融的城市发展新格局。数字孪生城市既可以理解为实体城市在虚拟空间的映射状态,也可以视为支撑新型智慧城市建设的复杂综合技术体系,它支撑并推进城市规划、建设、管理,确保城市安全、有序运行。数字孪生城市主要有新型基础设施、智能运行中枢、智慧应用体系三大横向的分层:

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数字孪生城市的应用效果可提升城市规划质量和水平。

数字孪生技术可推动城市规划有的放矢、提前布局,在规划前期和建设早期了解城市特性、评估规划影响,避免在不切实际的规划设计上浪费时间,防止在验证阶段重新进行设计,以更少的成本、更快的速度,推动创新技术支撑智慧城市顶层设计落地。

数字孪生技术可推动以人为核心的城市设计,实现智慧城市建设协同创新。城市居民是新型智慧城市服务的核心,也是城市规划、建设需要考虑的关键因素。数字孪生城市将以人作为城市核心,关注城乡居民出行轨迹、收入水准、家庭结构、日常消费等,对相关数据进行动态监测,并纳入模型,实现协同计算。优化智慧城市建设并评估其成效。

数字孪生城市体系以及可视化系统以定量与定性方式,建模分析城市交通路况、人流聚集分布、空气质量、水质指标等各维度城市数据,可让决策者和评估者快速、直观地了解智慧化对城市环境、城市运行等状态的提升效果,评判智慧项目的建设效益;实现城市数据挖掘分析,辅助政府在信息化、智慧化建设中的科学决策,避免走弯路或重复、低效建设。

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