數(shù)字孿生,讓城市更“聰明”(大數(shù)據(jù)觀察)
應用場景日益豐富,技術(shù)底座不斷夯實——
數(shù)字孿生,讓城市更“聰明”(大數(shù)據(jù)觀察)
本報記者 谷業(yè)凱
核心閱讀
作為數(shù)字孿生技術(shù)在城市發(fā)展中的應用,數(shù)字孿生城市是智慧城市建設的新形態(tài),它為城市管理和公眾服務提供決策依據(jù),支撐著城市運行的數(shù)字化、可視化和智能化。
隨著應用場景的持續(xù)探索,我國數(shù)字孿生城市將迎來新的發(fā)展機遇期。
最近,到北京大學人民醫(yī)院西直門院區(qū)就診的患者發(fā)現(xiàn):動輒綿延數(shù)百米的“車龍”消失了,周邊道路也變得暢通起來。高峰期排隊進院花費的時間,從過去1個多小時減至現(xiàn)在的10分鐘左右。
與之相隔不遠的北京市西城區(qū)城市管理委員會辦公樓3層,“綜合交通治理輔助決策系統(tǒng)”大屏上,醫(yī)院周邊的交通運行情況一目了然:車輛停放、周邊停車場資源占用、共享單車停放情況……管理人員通過數(shù)字系統(tǒng),掌握各類交通出行的規(guī)律特征,提出了改善落客地點、智能調(diào)度共享單車、院內(nèi)停車資源共享等交通治理建議。
“以往由于缺乏數(shù)據(jù)分析支撐,治理擁堵問題往往靠經(jīng)驗‘試一試’,現(xiàn)在利用系統(tǒng)仿真,在措施實施前就能大概預估成效,既提升了決策效率,也降低了試錯成本?!北本┦形鞒菂^(qū)城市管理委員會交通綜合科科長牛皓表示。
有效的治理實踐,離不開其背后運用的數(shù)字孿生技術(shù),也折射出我國數(shù)字孿生城市加快建設的新圖景。2022年,我國數(shù)字孿生城市市場規(guī)模為51億元,年復合增長率達50%。
數(shù)字孿生技術(shù)有何特點?數(shù)字孿生城市如何建設,又將發(fā)揮怎樣的作用?記者進行了采訪。
協(xié)同治理 提升效能
城市建設新思路
現(xiàn)代城市是一個復雜的開放性系統(tǒng)。近年來,數(shù)字孿生技術(shù)的飛速發(fā)展和普及應用,給城市的規(guī)劃建設、治理管理等帶來了新的思路和解決方案。
“數(shù)字孿生是充分利用物理模型和物聯(lián)網(wǎng)傳感器采集的全生命周期的運行歷史等數(shù)據(jù),集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程,在虛擬空間完成映射,從而反映相對應實體對象的全生命周期過程。”中國科學院院士、中國工程院院士、武漢大學教授李德仁說,數(shù)字孿生技術(shù)作為實現(xiàn)虛實之間雙向映射、動態(tài)交互、實時連接的關(guān)鍵途徑,為觀察、認識、理解、控制和改造物理世界提供了一種新的有效手段。
數(shù)字孿生技術(shù)應用到城市中,能夠?qū)Τ鞘械母鞣N要素、數(shù)據(jù)進行模擬和仿真。中國電子云副總裁曹心馳認為,數(shù)字孿生城市是在建筑信息模型和城市三維地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把物理城市的各種要素進行數(shù)字化,然后在網(wǎng)絡空間上構(gòu)造一個與之完全對應的“虛擬城市”,形成物理上的實體城市和信息上的數(shù)字城市同生共存、虛實交融。
技術(shù)上,數(shù)字孿生城市結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等多項前沿技術(shù),聚焦數(shù)據(jù)管理、信息模型和仿真分析等環(huán)節(jié)。浙江大學求是講席教授李德纮舉例,通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來采集城市中各類數(shù)據(jù),再傳輸?shù)皆贫诉M行處理和分析,構(gòu)成了城市數(shù)字孿生模型的“底座”;利用人工智能技術(shù),對各類數(shù)據(jù)進行處理和分析,能夠?qū)崿F(xiàn)對城市運行的實時監(jiān)控、預測和優(yōu)化;虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)將城市數(shù)字孿生模型呈現(xiàn)在現(xiàn)實場景中,可以讓公眾更加直觀地了解城市的運行情況和發(fā)展趨勢。
“以北京市西城區(qū)‘綜合交通治理輔助決策系統(tǒng)’為例,我們接入了北京市交通委、西城區(qū)大數(shù)據(jù)平臺、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等十大類60多項數(shù)據(jù)資源,結(jié)合路網(wǎng)微觀診斷評價模型和深度圖網(wǎng)絡時空擴散模型,開展了重點區(qū)域微循環(huán)仿真,模擬實際車流軌跡、路口流量、路段車速等運行狀態(tài)數(shù)據(jù),實現(xiàn)了數(shù)智交通‘評診治估’閉環(huán),打通了線上線下協(xié)同治理?!卑⒗镌平桓俄椖抗芾韺<倚l(wèi)世昌介紹。
加強應用 深入探索
發(fā)展駛?cè)搿翱燔嚨馈?/strong>
目前,我國數(shù)字孿生城市建設已駛?cè)搿翱燔嚨馈?。在信息上建設一個與有形的城市對應的數(shù)字孿生城市,既能使城市管理者更加高效地管理城市,也能為城市的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件。
《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》提出,“完善城市信息模型平臺和運行管理服務平臺,因地制宜構(gòu)建數(shù)字孿生城市”。近年來,我國在數(shù)字孿生城市方面開展了諸多探索和實踐。
在山東濟南,四維地質(zhì)環(huán)境可視化信息系統(tǒng)平臺可以實現(xiàn)自動“剖切”,以便掌握軌道交通沿線的地層結(jié)構(gòu)、巖性、巖溶發(fā)育特征等信息,為軌道交通線路適宜性分析提供了指導;在廣東廣州,“穗智管”城市運行管理中樞以水文、氣象、排水設施等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),結(jié)合城市水文學模型(3D仿真)和電子地圖,實現(xiàn)了對易澇點積澇演進的可視化模擬,為防洪救災提供參考;河南蘭考的縣域能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)嵌智能算法,可在線推演不同調(diào)控策略的運行結(jié)果;江蘇蘇州實現(xiàn)了古建筑全方位、高精度現(xiàn)狀信息的留存,為古建筑的保護和修繕提供支撐;河北雄安新區(qū)將數(shù)字城市與現(xiàn)實城市同步規(guī)劃、同步建設,兩座城市將開展互動,打造數(shù)字孿生城市和智能城市……
李德纮認為,數(shù)字孿生城市在交通管理、能源管理、規(guī)劃設計、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域已形成了一些有代表性的應用場景,并向城市全要素表達、預警預測、場景仿真推演、態(tài)勢感知、智能決策等方向深入發(fā)展,成為智慧城市建設和城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要方向。
“我國數(shù)字孿生城市建設當前處在‘搭底座,建應用’的關(guān)鍵時期?!辈苄鸟Y說,基于基礎(chǔ)平臺提供的支撐能力,各部門、單位可快速構(gòu)建行業(yè)應用,避免數(shù)據(jù)重復采集、系統(tǒng)重復建設。
共同參與 加速轉(zhuǎn)型
主動應對新挑戰(zhàn)
數(shù)字孿生城市在各地落地生根、蓬勃發(fā)展,也帶來了一些新挑戰(zhàn)。
“在技術(shù)方面,數(shù)字孿生城市需要承載城市級多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效存儲、加工和呈現(xiàn),數(shù)據(jù)類型多,體量大,對于平臺的支撐能力、網(wǎng)絡帶寬等都是考驗。此外,海量三維時空數(shù)據(jù)的可視化加載與實時瀏覽、各類數(shù)據(jù)的實時更新等,也需要較高的硬件、時間和人力成本?!辈苄鸟Y說,在數(shù)據(jù)共享、標準體系建設、資金投入等方面,也存在亟待解決的問題。
“數(shù)字化既是城市管理的‘提效器’,也容易成為數(shù)據(jù)安全、隱私保護等問題的‘放大器’?!?60集團創(chuàng)始人周鴻祎表示,隨著城市的公共服務、經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)、社會民生加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型,應用場景復雜多樣,整個城市“架構(gòu)”在網(wǎng)絡、軟件和數(shù)據(jù)之上,數(shù)字安全的基礎(chǔ)性作用日益突出,數(shù)字安全能力要融入城市基礎(chǔ)設施建設當中。
李德仁建議,面向未來,要主動應對新挑戰(zhàn),積極推進物理空間和網(wǎng)絡空間共同建設,做好城市規(guī)劃、改造升級和科學管理,讓我國城市建設沿著真正實現(xiàn)數(shù)字孿生的智慧城市方向發(fā)展。
多位受訪專家還指出,數(shù)字孿生城市建設需要綜合考慮技術(shù)、管理等多個方面的問題,需要政府、企業(yè)和社會公眾共同參與,實現(xiàn)數(shù)字技術(shù)和城市治理的良性互動,才能真正提升人民群眾的獲得感、幸福感。
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