什么是数字孪生？数字孪生有什么特征？

Posted 2022-11-23 3D物联网软件开发

当前，以云计算、大数据、人工智能、虚拟现实、无人驾驶等新技术为代表的信息化浪潮席卷全球，也影响着城市规划、建设与发展。比特空间上构建的城市虚拟映像叠加在城市物理空间上，将极大地改变城市面貌，重塑城市基础设施，形成虚实结合、孪生互动的城市发展新形态;借助更泛在、普惠的感知，更快速的网络，更智能的计算，一种更加智慧化的新型城市将得以创建。不久后的将来，以数字孪生城市为代表的新型智慧城市建设，将让城市生活变得更美好。

什么是数字孪生城市

数字孪生(Digital Twin)是物理空间与虚拟空间之间虚实交融、智能操控的映射关系，通过在实体世界以及数字虚拟空间中记录、仿真、预测对象全生命周期的运行轨迹，实现系统内信息资源、物质资源的最优化配置。

数字孪生城市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、服务，确保城市安全、有序运行。

数字孪生城市有哪些特征

数字孪生城市存在四大特征：精准映射、虚实交互、软件定义、智能干预。

精准映射是指数字孪生城市通过天空、地面、地下、河道等各层面的传感器布设，实现对城市道路、桥梁、井盖、灯盖、建筑等基础设施的全面数字化建模，以及对城市运行状态的充分感知、动态监测，形成虚拟城市在信息维度上对实体城市的精准信息表达和映射。

虚实交互是指城市基础设施、各类部件建设即有痕迹，城市居民、来访人员上网联系即有信息。未来的数字孪生城市中，在城市实体空间可观察各类痕迹，在城市虚拟空间可搜索各类信息，城市规划、建设以及民众的各类活动，不仅存在于实体空间，而且在虚拟空间得到极大扩充，虚实融合、虚实协同将定义城市未来发展新模式。

软件定义是指孪生城市针对物理城市建立相对应的虚拟模型，并以软件的方式模拟城市中的人、事、物在真实环境下的行为，通过云端计算、边缘计算，软性指引城市的交通信号控制、电热能源调度、重大项目周期管理、基础设施选址建设等。

智能干预是指通过对数字孪生城市规划设计、模拟仿真等，尽早发现城市可能产生的不良影响、矛盾冲突、潜在危险等，进行智能预警并提供合理可行的对策建议;以未来视角对城市原有发展轨迹和运行状态进行智能干预，进而指引和优化实体城市的规划、管理，改善市民服务供给，赋予城市生活“智慧”。

数字孪生城市有哪些作用

提升城市规划质量和水平。当前的智慧城市规划和顶层设计，大部分都属于概念和功能设计，缺乏与实际人流、物流、资金流的交互，也缺乏对新技术引入带来的影响分析。数字孪生城市执行快速的“假设”分析和虚拟规划，可迅速摸清城市“家底”，精确到一花一木、一路一桥，把握城市运行脉搏;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。

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。同时，数字孪生城市通过在“比特空间”上预测人口结构和迁徙轨迹、推演未来的设施布局、评估商业项目影响等，将对实体城市的设计、建设和实施产生巨大的影响，甚至重塑城市。搭建可感知、可判断、快速反应的数字孪生城市，将支撑城市土地空间规划、重大项目建设，实现随需响应的惠民服务、触手可及的协同指引。

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。