2018年-中国信通院_数字孪生城市研究报告2018_65页_2mb

数字孪生城市研究报告（2018年）总结

核心内容

数字孪生城市是新型智慧城市建设的重要技术路径，其核心在于通过数字技术对物理城市进行实时映射与智能控制，实现城市运行的全面数字化、智能化和可持续发展。该模式通过“云-网-端”技术框架，构建数据闭环赋能体系，推动城市治理、服务和运行的高效协同与优化。

主要观点

• 数字孪生城市是城市智能化、运营可持续化的前沿模式，具有“六化发展”特征：全要素数字化和虚拟化、全状态实时化和可视化、管理决策协同化和智能化。
• 数字孪生城市基于多源数据融合的城市信息模型（CIM）为核心，通过全域感知、全量数据、协同计算、深度学习等技术支撑，实现城市模拟、监控、诊断、预测和控制。
• 数字孪生城市强调虚实交互，以数字空间为平台，实现对物理空间的智能映射和操控，形成“由实入虚、由虚入实”的双向闭环系统。
• 智能专网和城市大脑是数字孪生城市高效运行的支撑系统，前者提供高带宽、低时延的网络环境，后者实现数据整合、智能决策和资源优化配置。

关键信息

一、数字孪生城市出现的背景

1. 传统智慧城市疲态尽显：智慧城市虽已建设多年，但缺乏系统性集成创新，技术与非技术瓶颈制约其发展。
2. 信息技术加速突破：5G、物联网、人工智能等技术的快速发展为数字孪生城市提供了技术基础。
3. 城市实践先行：部分城市如雄安新区、新加坡、法国雷恩和多伦多已开展数字孪生城市建设，探索虚实融合的创新路径。
4. 我国具备现实基础：智慧城市基础设施、政策支持和技术积累为数字孪生城市提供了良好基础。

二、数字孪生城市的内涵与特征

1. 内涵：数字孪生城市是物理城市与数字城市虚实交融的综合技术体系，实现城市运行状态的实时感知与智能控制。
2. 特征：精准映射、虚实交互、软件定义、智能干预。
3. 价值：提升城市运行效率，实现资源优化配置，推动治理智能化、服务个性化。

三、数字孪生城市的总体架构

1. 技术框架：
   • 端侧：实现群智感知与可视可控，包括多功能信息杆柱、智能设备等。
   • 网侧：构建泛在高速、天地一体的网络环境，支持多网协同。
   • 云侧：实现随需调度、普惠计算，提供智能决策与城市大脑支持。
2. 运行机理：通过全域数字化标识、一体化感知监测、数据资源与协同计算，形成数据驱动、智能决策、虚实交互的城市运行模式。

四、典型应用场景

1. “规建管”协同管控：实现城市规划、建设、管理一体化，提升效率与精准度。
2. 虚实互动以虚控实：通过城市模型与数据融合，实现城市治理一盘棋，如交通控制、应急指挥等。
3. 情景交融以人为本：基于城市居民数据，提供个性化、主动化的政务服务、医疗健康、交通出行等服务。

五、高精度城市信息模型（CIM）

1. 建模方法：采用航空摄影、激光扫描、BIM等技术，实现城市三维模型的构建。
2. 构成要素：包括三维地理信息模型、BIM建筑模型和物联网感知数据。
3. 协同运行：通过专业软件平台，实现模型与数据的融合，支持城市治理、运行、服务等多维度应用。

六、全域布局的智能设施

1. 空间布局：涵盖地上、地下、空中、水域等多维度，部署感知设施。
2. 标识体系：采用统一的设备编码和解析体系，确保物联网设备的互联互通。
3. 连接管理平台：支持多种通信协议，实现设备的接入与数据管理。

七、高效运行的智能专网

1. 网络新需求：需满足安全性、效率、成本三方面要求，构建城市智能专网。
2. 接入方式：融合有线与无线网络，支持多网协同、万物互联。
3. 专网优势：包括综合接入、融合指挥、感知能力、专用网络、资源共享、物理隔离等。

八、智能操控的城市大脑

1. 自主学习与集中调度：城市大脑融合数据、模型与人工智能，实现城市运行的全局优化。
2. 一体三翼架构：
   • 全域数据治理：建立统一的数据中台与标准体系。
   • 城市信息模型：实现全要素数据的整合与建模。
   • 人工智能赋能：提供智能决策、控制、分析与执行能力。
3. 治理新模式：通过城市画像与居民画像，实现全景式、全要素、智能化的城市治理。

九、推进数字孪生城市的建议

1. 正视挑战：
   • 缺乏系统理论研究。
   • 技术集成复杂，需统一标准与规则。
2. 分领域优先落地：
   • 优先在城市规划、建筑、交通、能源等四大领域实施。
3. 分步骤务实推进：
   • 第一阶段：打基础，部署感知与通信设施。
   • 第二阶段：建模型，构建统一的城市信息模型。
   • 第三阶段：强应用，拓展到城市服务领域。
4. 分类别有序引导：
   • 绿地型：新建城区，应同步规划、同步建设，实现高起点、高标准、高水平发展。
   • 棕地型：已建城市，应注重资源整合、夯实基础、重点突破，逐步实现数字化升级。

结论

数字孪生城市代表了智慧城市发展的新方向，是城市智能化、可持续运营的重要手段。其构建需依托“云-网-端”技术体系，以高精度城市信息模型为核心，以智能专网和城市大脑为支撑，实现虚实融合、智能操控和数据驱动。未来，数字孪生城市将在城市规划、治理、服务等领域发挥关键作用，推动城市运行模式的全面升级与创新。