目前城市的信息化发展还处于局部或单域场景的智能监测阶段，在城市发展成理想形态前，政府、市民、企业三大主体还存在诸多尚未实现的需求，城市要素的数字化未全域覆盖，基于物联网、大数据、人工智能、区块链等技术缺乏融合创新，各系统间有机融合的体系架构还在不断演进，城市运行和治理的水平有量的提升，但少有质的改变。这些问题根本可以归纳为城市不断扩张的规模与有限的资源分配间的矛盾，而从物理空间到数字空间的突破，以全局视野实现精准映射、感知交互、智能监测、模拟仿真等能力正是此矛盾的破题关键。
数字孪生城市建设理念应运而生，为城市治理能力和治理体系现代化提供了新思路。数字孪生城市是现代化城市治理方式的创新性变革。物理城市中所有的人、地、物、事、情、组织等要素，借助数字孪生技术在数字世界建设虚拟映像，实现“物理-数字”虚实融合交互，在物理世界不可能完成的工作，在数字世界则充满了丰富的想象空间。
全域联接是数字孪生城市建设的重要基础
数字孪生城市功能框架
有关数据显示，2025年全球连接数量将会超过1000亿。一方面，随着5G、WiFi-6、IOT、RFID等技术的日益普及，体验和业务驱动联接与计算无处不在；另一方面，随着卫星定位及通信技术的不断发展，以高精度定位和卫星通信的时空联接将在经济社会各领域得到广泛应用。基于标识的全域联接打通了云、AI、边缘计算、物联网、高精度定位、高清视频等新技术，使行业数据采集、传送、存储、计算、分析及反馈实现了闭环，实现“端、边、网、云”贯通的自治化分布式体系，成为数字孪生城市建设的重要基础。
三维模型是数字孪生城市可视的主要载体
数字孪生城市数据体系架构
随着国家自然资源部对“实景三维中国”、“三维立体自然资源一张图”建设的全面推进，测绘地理信息在经济社会各领域得到广泛应用。倾斜摄影、无人机、BIM等技术，可实时、准确地获取城市局部的正射、倾斜或Lidar点云数据以及单体建筑工程三维数据，然后依托实景三维重建技术、激光点云三维构建技术和多源数据融合等技术，通过自动化处理流程手段，获得三维点云、三维模型、真正射影像(TDOM)、数字表面模型(DSM)和建筑信息模型等测绘成果的模型。在数字孪生时代，测绘地理信息行业从传统的地图产品制作转型为面向城市治理、社会经济、专业建设和大众民生应用的服务行业，数字孪生城市更加需要新型测绘的强力支撑，在时空大数据管理、地理监测、高精度实体化测绘等方面提出更高要求，基于新型测绘构建的城市三维模型是数字孪生城市运行的主要载体。
实时监测是数字孪生城市运行的基本诉求
数字孪生城市的本质是城市级信息模型赋能体系，通过建立基于立体感知的数据闭环赋能新体系，利用物联网、大数据、云计算、视频感知、数字化仿真、AR/VR、区块链等关键技术，以积木式组装拼接，生成城市全域数字虚拟映像空间，实现对物理世界的实时监测。为了让数字孪生城市能够动态、及时地虚拟出真实世界的运行，就要内置强大的计算能力，边缘计算和云计算能为数字孪生城市与现实城市平行发展提供算力支撑，保证两者如影随形，相互作用。运用模拟仿真技术，可进行自然现象的仿真、物理力学规律的仿真、人群活动的仿真、自然灾害的仿真等，为城市规划、管理、应急救援等制定科学决策，促进城市资源公平和快速调配，支撑建立更加高效智能的城市现代化治理体系。AR/VR不仅是下一代的显示技术，更是数字化进程中最重要的数据采集以及互动的接口，AR/VR发展的浪潮冲破了许多原有的藩篱，教育、军事、医疗、文旅、地产等细分领域都已开始引入3D虚拟场景或应用内容的全新交互体验方式。城市运行态势的多维度、多层次精准监测，是建设数字孪生城市的基本诉求。
智能预测是数字孪生城市发展的高阶智慧
数字孪生城市平台能力
数字孪生城市对人工智能领域数据挖掘、深度学习、自我优化技术的应用，可使城市从以往单域智能、被动响应逐步转变为全域协同治理、智能响应、趋势预判的模式，构建起高效智慧的城市运行规则。深度学习核心应用技术包括计算机视觉、自然语言处理、生物特征识别、知识图谱等，从已有城市数据中挖掘出新的数据并结构化当前数据，并将数据与数据联系起来以形成决策的基础模型，经过不断地试错，推动系统不断自优化，实现数字孪生城市内生迭代发展，最终为城市提供智能预测，呈现数字孪生城市发展的高阶智慧。
