数字孪生城市研究报告-中国信息通信研究院

中国信通院数字孪生领域典型实践案例我国信通院数字孪生领域典型实践案例一、背景介绍我国信通院作为我国通信行业的科研机构，一直致力于数字孪生技术的研究和实践。

数字孪生是指利用先进的信息技术手段，将现实世界中的实体对象或系统建立成为其虚拟的数字化双胞胎，通过实时同步、交互和仿真，实现对实体对象或系统的精准监测、智能分析和远程调控，从而实现现实世界与虚拟世界的紧密融合。

在不同领域的实践中，数字孪生技术都发挥着重要作用，为各行各业的发展带来新的机遇和挑战。

二、典型实践案例分析我国信通院在数字孪生领域的实践案例中，有几个典型的应用领域：智慧城市建设、工业生产制造、医疗健康管理和农业农村发展。

这些领域中的实践案例，展示了数字孪生技术在不同领域中的应用效果和社会经济价值。

1. 智慧城市建设在智慧城市建设中，我国信通院利用数字孪生技术，实现了城市基础设施的智能管理和优化运营。

通过对城市交通、供水供电、环境监测等方面的实时监测和数据分析，实现了城市各项服务的精准化和智能化。

并且通过数字孪生技术，城市规划和设计的效率也大大提高，有效缓解了城市发展中的诸多瓶颈和挑战。

2. 工业生产制造在工业生产制造领域，数字孪生技术的应用也取得了显著成果。

利用数字孪生技术，我国信通院帮助制造企业实现了生产过程的数字化仿真和智能调控，提高了生产设备的利用率和产品质量。

数字孪生技术还为工业企业提供了大数据分析和优化建议，帮助企业更加智能化地开展生产活动。

3. 医疗健康管理在医疗健康管理领域，数字孪生技术的应用也为医疗行业带来了革命性的变化。

通过对患者健康数据和医疗资源的数字化管理和分析，实现了对疾病的精准预测和个性化治疗，提高了医疗效率和服务质量。

数字孪生技术还为医疗机构提供了诊疗流程的优化建议和医疗资源的智能配置，实现了医疗服务的智能化和个性化。

4. 农业农村发展数字孪生技术在农业农村领域的应用也日益广泛。

我国信通院利用数字孪生技术，帮助农民实现了农业生产的智能化管理和精准化种植，提高了农业生产的效率和质量。

C IM与数字孪生城市的关系文、图/刘晓伦随着国家政策的陆续出台以及雄安等国家级新区的示范效应，数字孪生的理念已经从传统的制造业, 向智慧城市的各个环节渗透，极大地拓展了人们对未来城市形态的想象。

从CIM到数字孪生城市数字孪生一词最早诞生于工业界，但是其在智 慧城市方面的应用则来源于2018年通过的《雄安规 划纲要》，纲要提出：“坚持数字城市与现实城市 同步规划、同步建设，适度超前布局智能基础设 施，打造全球领先的数字城市”“建立健全大数据 资产管理体系，打造具有深度学习能力、全球领先 的数字城市”等建设内容。

中国信息通信研宄院智 慧城市首席专家高艳丽教授曾表示：“雄安新区是 数字城市与现实城市同步规划、同步建设的城市，两座城市将开展互动，打造数字孪生城市和智能城Ttr ，，市。

近年来，在城市建设的过程中，CIM通过BIM、三维GIS、大数据、云计算、物联网（IoT)、人工 智能等先进数字技术，同步形成与实体城市“孪 生”的数字城市，实现城市从规划、建设到管理的 全过程、全要素、全方位的数字化、在线化和智能 化，改变城市面貌，重塑城市基础设施。

数字孪生城市是融合统一数据标准、城市信息 模型、城市运行数据、共性支撑平台、数字孪生应 用等多个单元的复杂系统，其中CIM是最重要的环 节，实现将物理城市的实体模型构建为数字孪生 体。

CIM平台是数字孪生城市建设的数字化模型，也是城市建设管理全流程智慧应用的支撑性平台。

依托CIM平台三维城市数字底板，与实时感知、仿 真模拟、深度学习等信息技术高度融合，开展全方 位多维度智慧城市应用建设，将成为实现城市治理 能力现代化的重要驱动力。

CIM对于数字孪生城市的意义数字孪生城市分为物理实体孪生和运行机理孪 生，例如某建筑实体，通过BIM构建实体孪生模 型，通过IoT传感器感知建筑运行机理，所以需要 将模型与运行机理有效地结合才能更好地服务智慧 城市建设和治理，那么物理实体城市孪生的CIM就 变得十分重要。

2019-2020数字孪生城市研究报告2019年10月目录一、数字孪生城市发展概况 (1)（一）理念引领，各地纷纷提出建设数字孪生城市 (1)（二）产业响应，各类企业抢抓商机激活ICT 产业链 (2)（三）资本助力，数字孪生城市板块崛起倍受市场关注 (4)（四）场景先行，数字孪生部分应用先行先试初显成效 (4)二、数字孪生城市总体架构与核心平台 (8)（一）三横两纵总体架构 (8)（二）泛在感知与智能设施管理平台 (11)（三）城市大数据平台 (13)（四）城市信息模型平台 (16)（五）共性技术赋能与应用支撑平台 (18)三、数字孪生城市关键技术要素 (21)（一）新型测绘：快速采集地理信息 (21)（二）标识感知：实时“读写”真实城市 (27)（三）协同计算：高效处理海量数据 (33)（四）全要素表达：精准“描绘”城市前世今生 (36)（五）模拟仿真：在数字世界推演城市运行态势 (44)（六）深度学习：推动城市自我学习智慧成长 (48)四、数字孪生城市典型应用场景 (53)（一）城市规划仿真：形成全局最优决策 (53)（二）城市建设管理：项目进度可视化管控 (55)（三）城市常态管理：“一盘棋”综合治理 (59)（四）交通信号仿真：最大化道路通行效能 (62)（五）应急演练仿真：应急预案更加贴近实战 (67)（六）公共安全防范：让“雪亮”更“明亮” (70)（七）公共服务升级：感同身受的体验 (72)五、数字孪生城市未来发展展望 (74)（一）有望全面激活智慧城市产业 (74)（二）有望重塑城市治理结构和规则 (75)（三）数字孪生城市的推进实施建议 (76)前言数字孪生城市理念自提出以来不断升温，已成为新型智慧城市建设的热点，受到政府和产业界的高度关注和认同。

当前，各地对数字孪生城市规划和建设的需求非常强烈，但数字孪生城市究竟如何建设，各方仍是感到非常困惑，技术方案和实施路径亟待规范和明晰。

数字孪生城市开启城市数字化转型新篇章封顺天1㊀张东2㊀张舒2㊀李力3(1.中国电信股份有限公司研究院,北京102209;2.中国电信政企客户事业部,北京100010;3.中国电信福建分公司政企客户事业部,福州350001)摘要:论述了数字孪生城市起源,指明了数字孪生城市主体结构㊁整体架构和创新应用,提出了数字孪生城市业务发展建议㊂关键词:数字孪生城市;三维城市模型;城市仿真1㊀引言比特是数字世界的基础,城市是人类文明高度发展的产物㊂数字孪生通过虚实映射,将物理世界抽象为比特,绘制出与之对等的数字世界㊂近年来,随着数字孪生概念的兴起,数字孪生呈现出与各个行业融合的趋势㊂数字孪生工业结合提高了工业领域精益生产率,降低了工业领域创新成本;数字孪生医疗降低了新药研发成本,提高了药品研发的成功率㊂数字孪生和城市结合,将开启智慧城市数字化转型新篇章㊂2㊀数字孪生城市产生背景2.1㊀数字孪生城市概念形成2018年,雄安新区规划纲要[1]提出, 要坚持数字城市与现实城市同步规划㊁同步建设 理念,数字孪生城市概念在行业崭露头角㊂2018年,中国信息通信研究院联合各产业参与方,连续两年发布‘数字孪生城市研究报告“[2],对数字孪生城市进行了深入描述,在行业内产生广泛共鸣㊂数字孪生城市在物理世界和数字空间世界之间建立准实时联系,实现物理城市世界和数字城市世界的互联㊁互通㊁互操作㊂这种在数字空间以无限数据资源替代有限城市物理资源的方法为城市发展提供了崭新的方法论,使城市建设和管理在数据空间内 模拟择优 零成本试错 ,为城市管理提供了崭新手段㊂2.2㊀数字孪生城市是新型智慧城市建设的高级阶段2016年,国家发改委在‘关于组织开展新型智慧城市评价工作务实推动新型智慧城市健康快速发展的通知“[3]中提出:新型智慧城市是全面推进新一代信息通信技术与新型城镇化发展战略深度融合,提高城市治理能力现代化水平,实现城市可持续发展的新路径㊁新模式㊁新形态㊂新型智慧城市内容拆解见图1㊂新型智慧城市的各类系统平台产生了大量数据,这些数据来源多样㊁分布广泛㊁结构迥异,跨部门的数据互通实现了 数据多跑路㊁百姓少跑腿 ㊂相比新型智慧城市,数字孪生城市有精准映射㊁虚实交互㊁软件定义㊁智能干预4个特点[4]㊂数字孪生城市的数据基础来自新型智慧城市建设成果,如城市时空大数据平台㊁城市数据交换共享平台等;数字孪生城市中精准映射㊁虚实交互需要借助5G㊁AI㊁AR/VR㊁物联网等新技术;软件定义和智能干预为城市建设提供新理念㊂由此可见,新型智慧城市建设为数字孪生城市打下了坚实基础,数字孪生城市是新型智慧城市建设的高级阶段,将开启城市数字化转型新篇章㊂3㊀数字孪生城市主体结构数字孪生城市的核心是在数字空间构建与物理城市高度一致的城市孪生体,并在孪生体内以数据资源代替物理资源,实现城市各类应用㊂数字孪生城市包含数据㊁模型和服务3部分,结构如图2所示㊂图1㊀新型智慧城市内容拆解图2㊀数字孪生城市主体结构㊀㊀数据是基础㊁模型是核心㊁服务是手段㊂当城市空间数据精度较传统电子地图提升近百倍时,实现高精度的城市三维模型成为可能,城市孪生具备技术条件;当数据的采集㊁处理㊁应用成本低于城市规划㊁建设㊁管理等业务试错成本时,城市孪生成为可能㊂各类业务平台系统数据㊁物联网终端数据㊁城市三维模型通过有序组合形成城市孪生体,在城市孪生体中叠加各类模型算法对数据深化应用形成各类城市孪生服务㊂3.1㊀数据数据是数字孪生城市的基础,包含基础数据㊁业务数据㊁行业数据和其它数据㊂基础数据中时空数据是三维城市模型的基础,三维城市模型是数字孪生城市的外观呈现㊂国家自然资源部2019年发布的‘智慧城市时空大数据平台建设技术大纲“[5]中提出:智慧城市时空大数据平台作为智慧城市的重要组成,既是智慧城市不可或缺的㊁基础性的信息资源,又是其他信息交换共享与协同应用的载体,为其他信息在三维空间和时间交织构成的四维环境中提供时空基础㊂时空数据的传统手段是电子地图,电子地图的理念是把地图变为数据形式,以便计算和处理;数字孪生城市则是把整座城市变为数字形式,以便计算和处理㊂传统电子地图通过卫星拍摄数据的精度和基于地图计算的理念无法满足数字孪生城市要求㊂随着倾斜摄影㊁激光点云等技术的成熟,借助低空飞行器㊁地面采集车,以多镜头方式采集的城市数据分辨率普遍在5cm内,较10m分辨率的传统电子地图提升了近200倍,高分辨率下采集的道路㊁建筑外观轮廓等数字信息与现实中城市高度一致,形成了高精电子地图㊂随着车辆无人驾驶技术的发展,高精电子地图成为无人驾驶车技术中必不可少的一个组成部分[6],高精电子地图不仅包含城市地面交通相关元素,还包含地下管廊㊁城市建筑等各类元素㊂高精电子地图把物理世界映射到数字空间,使城市级孪生在技术上具备条件㊂随着信息技术在城市范围内深度应用,城市基础设施智能化升级和各个行业信息化程度不断提升,各类设备和各个行业产生了大量数据,这些数据为三维城市模型各部件数据更新㊁实时计算㊁虚拟仿真等业务服务提供数据输入㊂3.2㊀模型模型是数字孪生城市的核心,包含三维城市模型㊁共性算法模型和行业算法模型㊂三维城市模型指城市各类元素对象的三维建模,通常通过倾斜摄影㊁激光点云㊁BIM等方式创建,为数字孪生城市提供由外到内的结构化呈现㊂随着物联网终端的普及,井盖㊁垃圾桶㊁消防栓㊁灯杆等越来越多的城市元素部件状态被实时感知,云计算㊁边缘计算㊁大数据㊁人工智能等技术使得海量数据的存储和运算成为常态㊂这些经过标识㊁运算㊁处理后的数据与三维城市模型虚实映射,实时更新城市各类元素在数字空间的状态,使三维城市模型与物理城市保持高度一致性㊂对三维城市模型的处理存在不同的技术路线,这些路线各有优劣㊂如通过游戏类引擎(UE4㊁U3D等)加载出来的三维城市模型对建筑细节呈现效果好,由于占用过多的图形计算资源,往往需要高性能服务器支持且对并发支持存在瓶颈,适合开发区㊁社区等小范围内应用㊂目前主流的做法是通过3Dtiles格式对城市级三维模型数据进行流式传输,在Web浏览器中以流数据方式加载呈现㊂算法模型叠加在三维城市模型之上,是城市孪生体的规则,算法对城市孪生体内各类元素㊁对象㊁事件等按照一定规则归纳呈现㊂共性算法通常使用相对成熟的算法模型,如图片处理领域的卷积神经网络㊁对非结构化数据进行处理的NLP算法等,一般用于城市孪生体内业务分析和规划;行业算法模型是在特定行业中使用,如空气扩散领域的高斯烟流模型㊁城市水资源领域的SWIM模型等,一般用于城市孪生体内业务仿真和预测㊂各类模型算法叠加相关数据输入,可为数字孪生城市各类服务提供计算依据㊂人工智能技术通过超强算力和模型算法,成为了城市孪生体的 大脑 ㊂在数字空间内通过对各类城市元素数据进行实时计算,并把计算结果与三维城市模型互动仿真,模拟城市运行中可能的各种状态,加速了城市在孪生空间内的运行效率㊂3.3㊀服务服务是数字孪生城市的手段,是为了通过无限的数据资源节约叠加模型计算节省有限的城市物理资源,服务涵盖城市治理㊁民生服务㊁产业发展等领域的仿真和预测㊂数字孪生城市服务内容取决于数据和算法模型的构成,是一个运营迭代的过程㊂数字孪生服务可通过PC㊁手机㊁VR/AR㊁全息等方式承载,给用户带来多重体验㊂数字孪生城市服务缺少统一的分类标准㊂按照城市生命周期包括规划㊁建设㊁管理运营等分类;按照行业包含政务㊁交通㊁环保㊁应急等分类;按照政府职能包含社会管理㊁公共服务㊁生态环保等分类㊂不同分类表明数字孪生城市建设切入点存在不同,本文按照新型智慧城市 善政㊁惠民㊁兴业 [7]的目标对服务进行归类㊂城市治理领域,在数字空间对城市给排水系统㊁交通系统㊁能源系统㊁通信系统㊁防灾系统㊁环卫系统等进行数字化规划设计㊁仿真建设,根据模拟建设成果,选择最优建设方案㊂在公共安全中,数字空间模拟城市在应对污染物扩散㊁自然灾害袭击等情况下可能受到的影响范围应提前规划㊂城市以人为本,民生服务领域,通过在数字空间仿真物理城市的各类元素㊁各类事件,围绕人居环境㊁出行环境等进行优化,提升市民在城市内的生活㊁工作体验㊂城市以业为基,产业发展领域,数字孪生城市可直观地对城市㊁园区进行展现,政府在招商引资㊁产业规划等领域可借助数字孪生城市开展相关工作㊂4㊀数字孪生城市整体架构数字孪生城市架构包含城市泛在感知层㊁孪生城市支撑层㊁孪生城市平台层㊁孪生城市应用层和孪生城市规划层,结构如图3所示㊂图3㊀数字孪生城市整体框架4.1㊀城市泛在感知网城市泛在感知网包含城市感知层和城市连接层两部分主要内容㊂城市感知层颗粒度决定了城市孪生体的精细度㊂随着芯片技术发展,各类物联网终端的涌现使得物理城市被立体感知成为可能㊂智慧园区㊁智慧小区㊁智慧车站㊁智慧港口㊁智慧工地㊁智慧道路㊁智慧家庭等场景牵引各类城市基础设施向智能化升级㊂越来越多的路灯㊁井盖㊁消防栓㊁视频监控㊁电梯等设备通过物联网接入到各类系统平台,城市内空气质量监测㊁施工场地扬尘扩散监测㊁街道噪音监测㊁卡口车流量/人流量监测等数据被感知采集;家庭中燃气表㊁电表㊁水表㊁电视㊁空调等设备开始联网㊂城市连接层的成本㊁速度㊁带宽等指标决定了城市孪生体应用的新鲜度㊂NB-IoT网络在城市中覆盖,城市各类传感器/执行器设备可在无源情况下长时间工作㊂随着5G网络覆盖,单位面积内物联网终端的连接密度可提升上百倍㊂物联网终端和业务开展成本下降明显,城市中 万物互联㊁万物生数 时代来临㊂4.2㊀孪生城市支撑层孪生城市支撑层包含城市数据层和数据融合处理层㊂城市数据层中数据的丰富程度决定了孪生服务的丰富程度㊂城市数据层数据来自各类云计算平台和各个委办局业务系统,数据中台系统也可为城市数据层提供数据源㊂不同主题的数据源决定了孪生服务的不同主题,数字孪生城市是一个持续运营的过程,数据的积累随着运营的深入而丰富㊂数据融合处理层主要运用大数据和人工智能等技术对数据进行处理,随着计算机软硬件性能提升,借助大数据㊁人工智能技术使得 数生万物 成为可能,数据融合处理层为孪生城市平台提供直接的分析㊁仿真等能力㊂4.3㊀孪生城市平台层孪生城市平台层主要包含核心能力层和共性能力层㊂城市孪生体是数字孪生城市的核心,具有现实中物理城市的等效性㊂城市孪生体基于三维城市模型,按照不同行业或不同服务粒度分为不同的城市孪生对象,并把孪生对象集有序组合㊂各类孪生对象的属性㊁方法与现实中城市各类元素一一对应,孪生对象的属性㊁状态等参与来自城市数据层,并通过数据融合处理层同步机制保持数据更新㊂共性算法模型和行业算法模型实现不同孪生对象之间各类属性和状态的组合运算㊂共性能力层包含城市显示㊁城市分析㊁城市仿真和城市预测㊂城市显示对城市三维模型直观呈现,并可按照各类城市孪生对象分类实现在三维模型查找㊁定位㊁叠加各类数据传感器/视频等数据显示等功能;城市分析是按照不同规则对城市孪生体中各类孪生对象实现关联㊁组合㊁主题分析等功能;城市仿真㊁预测是基于各类数据,按照不同的算法模型对数字孪生体中各类孪生对象进行仿真处理,模拟物理城市在各类环节变量情况下可能产生的变化㊂4.4㊀孪生城市应用层孪生城市应用层面包含各类行业和各类用户㊂各类行业指数字孪生城市在政务㊁交通㊁环境㊁应急等行业均有广泛应用场景㊂政务行业,城市安全㊁应急㊁规划管理均可在数字孪生城市先行先试㊂交通行业,可根据道路实时流量㊁违法停车㊁交通信号灯㊁视频等数据在城市孪生体内结合交通行业特定模型,实现城市路网㊁红绿灯信号㊁停车场/位优化,提升城市路网效率和市民出行体验㊂环保行业,基于城市污染源数据和三维城市模型数据,模拟在不同光照㊁风速等参数下污染源在城市孪生体内的影响范围㊂各类用户指数字孪生城市服务的各参与方,包含政府㊁居民和各类商业组织㊂政府类用户通过数字孪生城市各类应用可实现城市规建管一体化㊁实时了解城市运行状态㊁实现城市精细化运营管理等功能,为政策制定㊁服务提供和各类决策提供更为精准的依据㊂居民可在数字孪生城市中发挥个体创造力,运用各类数据实现城市协同创造㊂各类商业组织可基于数字孪生城市开展针对性的商业分析,进一步提升商业服务水平㊂4.5㊀孪生城市规划层数字孪生城市是新型智慧城市建设的高级阶段,按照分级分类建设新型智慧城市要求㊂数字孪生城市建设不但和城市级别㊁类别有关,也和城市范围内数据积累关系密切㊂顶层规划设计应基于新型智慧城市和各类信息系统建设成果,聚焦城市中的共性问题,并结合不同人口规模㊁不同类型城市面临的个性问题,定义针对性的城市支撑层功能和城市应用层场景㊂不同于传统信息化项目重建设轻运营㊁重流程轻数据,数字孪生城市建设是一个循序渐进的过程,更强调数据资产的汇聚㊁管理和运营,强调通过城市各类数据治理㊁仿真实现㊂顶层规划除了对业务整体进行规划外,还需要对业务运营体系㊁端到端安全体系㊁标准规范体系等内容进行规划设计㊂5㊀数字孪生城市创新应用5.1㊀政务政府规划建设城市各类公共服务设施之前先在城市孪生体内进行仿真建设,模拟各类建设方案在三维城市模型内布局是否合理,各类设施与人口㊁环境等资源之间匹配是否合适,得出最优建设方案,使物理城市一次性建设即达最佳效果㊂政府在推进城市治理,提升治理能力现代化方面,已建立了各类网格化服务体系㊂网格服务体系和数字孪生城市结合,在数字孪生城市内完善各类标准地址库㊁标准建筑物编码与实有人口㊁实有房屋㊁实有单位㊁实有设施,实现 四标四实 [8]并将部分数据面向社会开放,将为社会提供准确直观的标准地址信息服务㊂5.2㊀环境在数字孪生城市内基于城市地形㊁建筑等数据结合风向等环境数据和算法,实现城市风道最佳规划,降低城市热岛效应㊂在数字孪生城市内模拟各类建筑物对自然光照的遮挡,使城市道路照明设计更具针对性;分析各类建筑物顶层对自然光照的接收,规划城市太阳能面板等绿色设施的安放,模拟计算发电量,为 绿色城市 建设提供高可靠的依据㊂5.3㊀应急在数字孪生城市中通过井盖㊁排水管道㊁河道流量等数据采集联网,结合城市地表数据使用一系列的行业模型组合,可模拟城市在遭遇大规模降雨时,实现城市范围内的 联排联调 ,对城市给排水系统优化提供直接参考㊂城市在应对火灾时,可根据不同商业建筑BIM模型,可通过商业大楼内承载人员数量㊁火灾蔓延速度和逃生通道容量规划最佳逃生路线㊂还可通过消防栓㊁烟感传感器㊁视频等设备联网为消防救援提供最佳指引㊂在应对危化品泄露时,可仿真某存储危化品的工厂发生有害气体泄露,根据空气扩散模型计算受影响的城市范围,并计算疏散路径㊂在应对疫情扩散时,可仿真病毒携带人员在城市内行动轨迹,根据病毒扩散与传播控制模型,计算可能受到影响的城市范围,对隔离方案进行精准指导㊂上述场景并不是数字孪生城市应用的全部场景,随着数字孪生城市的成熟和发展,新的场景将不断涌现㊂6㊀数字孪生城市业务发展建议数字孪生城市业务复杂,技术集成度高,建设切入点较多,存在一定的建设风险㊂本文针对数字孪生城市组成㊁架构和应用,提出以下建议㊂6.1㊀结合数字政府转型,完善城市数据资产治理体系数据是数字孪生城市的基础,虽然各省㊁市已建数据交互共享平台㊁成立了大数据局㊁开放了政务信息资源共享目录,数据在城市范围内的流通仍然存在困难㊂政府横向部门间信息共享动力不足㊁纵向上表现为上级部门的数据下不来,下级只能 耐心等待 [9]㊂结合政府数字化转型,完善城市数据资产治理体系,使城市范围内数据真正能够流起来㊁用起来㊂只有这样,数字孪生城市的建设和应用才能成为可能㊂6.2㊀基于时空信息云,升级城市数字化基础设施模型是数字孪生城市核心,城市孪生体基于三维城市模型,是各设备㊁各行业数据的有机㊁有序融合㊂结合智慧城市 时空信息云 平台建设,运用倾斜摄影㊁激光点云等新技术,采集㊁制作㊁叠加以高精地图为核心的三维城市模型,升级 时空信息云 平台能力,并向各类行业云㊁信息系统开放能力,形成新一代城市数字化基础设施㊂未来,以高精地图为核心的新一代城市数字化基础设施在满足数字孪生城市各类应用的同时,将为涉及到电子地图的智慧城市各类业务赋能,降低各业务系统在城市空间呈现㊁数据融合分析等领域的投入㊂6.3㊀建立长效运营机制,探索数字孪生城市商业模式服务是数字孪生城市的手段,数字孪生城市涵盖产业链条众多,覆盖场景复杂,需要联合地理信息㊁数据处理㊁模型算法㊁服务提供等各类公司共同参与才能实现城市级孪生服务㊂城市是一个动态发展的过程,数字孪生城市也是动态演进的过程,需要建立起长效的运营机制,积极探索数字孪生城市商业模式,使服务参与方均能在孪生城市平台上 各尽所能㊁各取所需 ㊂7㊀结束语数字孪生城市在我国的发展仍处于早期阶段,缺少成熟路径参考㊂可喜的是,越来越多的机构和公司开始开展数字孪生城市业务服务,越来越多的地方政府也开始布局数字孪生城市建设㊂相信未来数字孪生城市一定会为城市建设㊁运营带来崭新模式,并为政府㊁市民和各类参与企业创造新的价值㊂参考文献[1]河北省人民政府.河北雄安新区规划纲要[Z/OL]. (2018-04-21)[2020-02-09].cn/2018-04/21/c_129855813.htm.[2]中国信息通信研究院.数字孪生城市研究报告[R],2019.[3]国家发展和改革委员会办公厅,中央网络安全和信息化委员会办公室秘书局,国家标准化管理委员会办公室.关于组织开展新型智慧城市评价工作务实推动新型智慧城市健康快速发展的通知[Z/OL].(2016-11-22)[2020-02-09].https:///xxgk/zcfb/tz/201611/t20161128_962791.html.[4]陈才.数字孪生城市的理念与特征[N].人民邮电报, 2017-12-15(06).[5]中华人民共和国自然资源部.智慧城市时空大数据平台建设技术大纲[R],2019.[6]王涛,陈艳丽,贾双成.简述高精地图的特点[J].软件,2018,39(9):191-195.[7]龚悟云.以 善政㊁惠民㊁兴业 为目标奋力创建新型智慧城市全国标杆[J].中国建设信息化,2018(5).[8]张鹏程,何华贵,杨梅.智慧广州时空云平台在 四标四实 中的应用与实践[J].测绘与空间地理信息, 2019,42(3):34-35+40.[9]叶战备,王璐,田昊.政府职责体系建设视角中的数字政府和数据治理[J].中国行政管理,2018(7):59-64.作者简介:封顺天㊀中国电信股份有限公司研究院数字孪生城市课题负责人,高级工程师张东㊀㊀中国电信政企客户事业部智慧城市领域首席专家㊁产业互联网创新中心主任,高级工程师张舒㊀㊀中国电信政企客户事业部智慧城市行业总监,高级工程师李力㊀㊀中国电信福建分公司政企客户事业部解决方案中心总监,高级工程师Digital twin city opening a new chapter of urban digital transformationFENG Shuntian1,ZHANG Dong2,ZHANG Shu2,LI Li3(1.Research Institute of China Telecom Co.,Ltd.,Beijing102209,China;2.China Telecom Government and Enterprise Customer Division,Beijing100010,China;3.China Telecom Fujian Branch,Government and Enterprise Customer Division,Fuzhou350001,China)Abstract:This paper discussed the origin of the digital twin cities,and clearly defined the main structure framework and applications of the digital twin cities based on three-dimensional city models.Also,It offered the recommendations of the developments of digital twin cities.Key words:digital twin cities;three-dimensional city models;3DCM;city simulation(收稿日期:2020-01-06)。

74| 2018.06新时代 数字孪生城市来临 文/中国信息通信研究院规划所信息化部副主任 陈 才2003 年，美国麻省理工学院建筑与媒体艺术教授，美国艺术与科学院院士威廉·J.米切尔在其撰写的《伊托邦》中曾经提出，“城市，是从柏拉图、亚里士多德到芒福德、雅各布斯这样的城市理论家们所熟悉的城市已经不能再像以前那样维系在一起并发生作用了。

这一切都是由于比特（bits），他们已将城市摧垮。

”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信息化浪潮席卷全球，也影响着城市规划、建设与发展。

在“比特”空间上，所构建的城市虚拟映像叠加在城市物理空间上，将极大改变城市面貌，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，更快速度的网络、更智能融合的计算，一种更加智能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发展新理念和新模式将成为现实。

数字孪生城市的内涵数字孪生(Digital Twin)技术是一种物理空间与虚拟空间的虚实交融、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。

该技术源起于航天飞行器维护与保障，广泛应用于工业领域仿真分析、产品定义、制造装配工艺、测量检验等模型构建等环节，未来将在城市空间广泛普及应用，成为新型智慧城市的赋能技术体系。

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、网络虚拟空间的一一对应、相互映射、协同交互的复杂巨系统，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、城市全状态实时化和可视化、城市管理决策协同化和智能化。

数字孪生城市的本质，是实体城市在虚拟空间的映射，也是支撑新型智慧城市建设的复杂综合技术体系，更是物理维度上的实体城市和信息维度上的虚拟城市的同生共存、虚实交融的城市未来发展形态。

北斗网格码:数字孪生城市CIM时空网格框架李林1,3㊀程承旗2,3㊀任伏虎1,3(1.北京北斗伏羲科技有限公司,北京102218;2.北京大学工学院,北京100871;3.北京大学时空大数据协同创新中心,北京100871)摘要:数字孪生城市已成为新型智慧城市建设的主流技术路线与发展目标㊂数字孪生城市的核心是城市信息模型(City Information Modeling,CIM)㊂传统的GIS+BIM的建模方法存在明显的局限:面向对象的数据组织方式会因对象本身的纷繁复杂和对象ID的私有定义而难以解决数据组织汇聚的问题㊂北斗网格码技术(包括剖分时间码)提供了一个时空网格框架,可构建地球全域空间数字孪生网格数据模型,其实质是一个基于时空编码的开放性大数据架构,可通过网格关联组织城市多源异构时空数据,支撑数字孪生城市CIM建模㊂具体建模过程包括时空网格编码㊁网格关联数据㊁网格数据加载㊁数据驱动模型4个步骤㊂基于北斗网格码的时空网格框架对于CIM平台具有重要的赋能价值㊂关键词:时空网格框架;城市信息模型;数字孪生城市中图分类号:TU98;P208㊀㊀㊀㊀文献标识码:A引用格式:李林,程承旗,任伏虎.北斗网格码:数字孪生城市CIM时空网格框架[J].信息通信技术与政策,2021,47(11):1-5.doi:10.12267/j.issn.2096-5931.2021.11.0010㊀引言当前,以大数据㊁云计算㊁人工智能㊁物联网㊁5G等新一代信息技术为代表的数字浪潮正席卷全球㊂以2018年12月中国信息通信研究院首次发布‘数字孪生城市研究报告(2018)“为标志,数字孪生城市的概念受到社会的广泛关注㊂在推动数字孪生城市的城市信息模型(City Information Modeling,CIM)建模过程中,传统的地理信息系统+建筑信息模型(GIS+BIM)方法存在明显局限㊂因此,有必要引入基于时空网格的数据组织技术体系,构建统一的时空框架,实现城市多源异构海量数据的融合㊂1㊀数字孪生城市与CIM1.1㊀数字孪生城市的浪潮所谓数字孪生是指通过对物理世界的人㊁地㊁物㊁事件等全部要素数字化,在网络空间再造一个与之对应的 虚拟世界 ,形成物理维度上的实体世界和信息维度上的数字世界同生共存㊁虚实交融的格局㊂ 数字孪生城市基于数字化标识㊁自动化感知㊁网络化连接㊁普惠化计算㊁智能化控制㊁平台化服务的信息技术体系和城市信息空间模型,在数字空间再造一个与物理城市匹配对应的数字城市,实现城市全要素数字化和虚拟化㊁全状态实时化和可视化㊁运行管理协同化和智能化,最终实现物理城市与数字城市虚实交互㊁平行运转 [1]㊂数字孪生城市是技术演进与需求升级驱动下新型智慧城市建设发展的一种新理念㊁新途径㊁新思路,目前已经成为新型智慧城市建设的主流技术路线与发展目标㊂2020年4月10日,国家发展和改革委员会和中央网信办联合发布‘关于推进 上云用数赋智 行动培育新经济发展实施方案“,将数字孪生㊁大数据㊁人工智. All Rights Reserved.能㊁5G等7项技术,视作数字化转型的 共性技术 和 关键技术 ,并提出 开展数字孪生创新计划 ,要求 引导各方参与提出数字孪生的解决方案 ,预示着数字孪生技术上升为国家科技战略的一部分㊂1.2㊀CIM:数字孪生城市的核心数字孪生城市的核心是高精度㊁多耦合的CIM[2]㊂通过加载其上的全量全域数据,在城市巨系统内汇集交融,实现对城市规律的识别,产生新的知识涌现,为改善和优化城市系统提供有效的指引㊂在实践中,城市信息模型构建正受到越来越大的重视㊂理论上,三维GIS模型实现了城市宏观大场景的数字化模型表达和空间分析,BIM则实现了对城市建筑物的物理设施㊁功能信息的精确表达,将这两者融合集成,可构建起CIM的初步框架㊂同时,从数据动态化的角度考虑,CIM还需要引接城市物联网(Internet of Things,IoT)智能感知数据㊂智能感知数据包括城市各种公共设施及各类专业传感器感知的具有时间标识的即时数据㊂智能感知数据可反映城市的即时运行情况,其与GIS+BIM空间数据相叠加,可将静态的数字城市模型升级为可感知㊁动态的数字城市模型㊂但传统的GIS+BIM的建模方法存在一个明显的局限:基于GIS图层的数据承载方式未能从本质上解决时空模型的数据动态化问题,GIS图层化的数据二维形态无法解决三维表达需求,也不能实现时态变化的表达;而BIM建模的单体性过强,难以在不同BIM 间实现融合,且同样无法实现时态变化的表达㊂究其本质,面向对象的数据组织方式会因对象本身的纷繁复杂和对象ID的私有定义而难以解决数据组织汇聚的问题,由此生成的模型难以实现模型数据的开放化和动态化㊂2㊀北斗网格码技术与标准北斗网格码是北斗网格编码与大数据组织利用技术体系的简称㊂它是一项中国自主原创㊁有望引领全球标准的时空大数据范畴基础性重大创新㊂北斗网格编码是一套新型全球空间位置框架和编码方法,因被国家北斗系统列为新的空间位置输出标准而得名㊂其理论基础是北京大学程承旗教授团队承担国家973项目发展的新型地球空间剖分理论和大数据网格组织参考框架(GeoSOT模型)㊂北斗网格码技术一方面是对全球全域空间的信息精准化编码表达,能为陆海空天电及地下的每一寸空间赋予可计算㊁易检索的全球唯一空间标识;另一方面也是基于空间的大数据组织框架,结合时间编码可为地球空间万事万物赋予时空数据属性,实现以时空编码为主索引的万物数据互联㊂基于北斗网格码的标准体系正逐步完善㊂国军标GJB8896-2017‘地球表面空间网格与编码“㊁国家北斗标准GB/T39409-2020‘北斗网格位置码“㊁国家标准GB/T40087-2021‘地球空间网格编码规则“已颁布;国家高分重大专项标准GFB30201-2018‘高分卫星遥感信息剖分组织参考框架“㊁海南地方标准Z/SGPT J21-2020‘管理要素北斗网格编码规范“也已发布㊂其他在编标准还包括:OGC/ISO等组织的3个国际标准;国家北斗标准‘北斗剖分时间码“㊁国家标准‘无人机三维空间标识编码“;公安㊁住建㊁自规㊁消防㊁邮政及智慧城市网格化管理等方面的十多个行业级标准㊂3㊀基于时空网格框架的CIM建模3.1㊀基本内涵北斗网格码技术(包括剖分时间码)提供了一个时空网格框架,可构建涵盖卫星空间㊁空域空间㊁城市空间㊁建筑空间以及地下空间在内的地球全域空间数字孪生网格数据模型,其实质是一个基于时空编码的开放性大数据架构,通过网格关联组织城市多源异构时空数据,形成统一化的城市大数据模型[3]㊂从数据逻辑看,网格成为数据承载的容器,所有数据的引接加载㊁提取分发以及计算分析均基于不同尺度的网格进行;从数据接入看,类型涵盖GIS+BIM+5G +IoT等全域空间全量数据,囊括陆海空天电及地下/水下各类场景,可按需分层加载各类数据;从技术融合看,北斗网格码技术可与新型测绘技术㊁标识感知技术㊁协同计算技术㊁全要素数字表达技术㊁模拟仿真技术㊁深度学习技术等创新技术深度融合,共同构成CIM 平台建设的技术支撑体系㊂基于北斗网格码的CIM平台具有全域空间三维立体化㊁数据时空编码标准化㊁全量数据动态可视化㊁数据服务按需灵活化以及架构开放性㊁数据继承性㊁更新动态性㊁交互实时性等基本特点,是支撑各行业各领. All Rights Reserved.域应用的统一通用时空数据模型基底㊂3.2㊀CIM建模过程3.2.1㊀时空网格编码作为北斗网格码理论基础的GeoSOT模型将地表以上52万km到近地心的地球全域空间剖分成最大为整个地球㊁最小1.5cm的32级网格体元,每个网格均有唯一的二进制整形编码㊂区别于传统技术以经纬度二维指标定义平面位置,北斗网格码技术以一维整形数定义三维空间及其位置,并发展出一套多尺度网格编码代数算法,具有多尺度立体性㊁高效计算性㊁良好包容交互性等优势㊂依托北斗网格码技术,物质世界全部实体要素及其物理活动被全球统一的时空数据组织框架所涵盖,而这些全部的数字化映射就构成了物质世界的镜像数字世界㊂映射具体实现形式包括:一位一码(网格+空间),空间精确标识;一物一码(网格+ID),事物精准映射;一事一码(网格+活动),事件动态监测㊂3.2.2㊀网格关联数据从原理上,地球空间万事万物在某一个时刻一定落在某个或某几个网格空间中㊂因此,不论是自然地理㊁气象环境㊁城乡空间等宏观尺度信息,还是房屋建筑㊁道路设施等中观尺度信息,以及城市部件㊁建筑构件等微观尺度信息,都可通过时空编码的体系化组织,形成一个网格化的城市时空 静态 底模㊂在此基础上还可进一步扩展将人/组织的行为活动信息纳入,甚至将社会经济等集合性数据通过个体关联到网格上,形成统一时空框架下的城市动态全景映射㊂从数据处理流程看,将各类数据与对应的网格编码建立关联,对原始数据不推倒不重来,本质上是新建一个网格编码索引数据库㊂该索引库的创新处在于以网格编码作为主键,而将对象ID和属性数据统一作为属性信息(可根据业务需要记录对象数据的原有部分或全部属性信息)㊂3.2.3㊀网格数据加载CIM建模要求实现从数据库到模型的映射转化,真三维㊁立体性㊁可视化是其基本要求㊂城市感知体系的发展使得城市全域全量大数据日渐成为现实,数据按需灵活加载和多细节层次显示(Levels of Detail, LOD)成为必然选择㊂对象数据进行网格关联后,离散化成为数据的新特征㊂在索引数据库基础上可利用网格数据引擎实现各类数据的灵活加载:可按网格或网格组合进行加载,也可按对象数据类型分层分类加载㊂实践中,通常在时空网格框架之上首先加载显示倾斜摄影数据,建立大尺度空间全景底图;再根据需要加载显示局部目标区域的三维楼体等信息,数据可以是倾斜摄影㊁BIM模型㊁CAD转化或是直接建立网格楼体白模等;接下来进入楼体后显示分层分户模型㊂而GIS类二维数据往往是作为背景信息调用㊂过程中网格显示与否根据需要可自由切换㊂3.2.4㊀数据驱动模型在网格数据模型中网格编码代表网格的位置,网格的属性用以关联多源外部数据㊂当外部数据变化时,网格索引数据库通过动态同步机制自动关联变化数据,实现数据实时更新和动态汇聚㊂这样,基于时空网格框架的城市信息模型就将城市多源异构数据进行了 定位㊁定性㊁定量 的全方位标注并动态关联,实现以时空编码为组织纽带㊁变化信息即时呈现的数字孪生城市全景动态一张图㊂更为重要的是,这一模型不但具有三维立体可视的显示特征,还具有数据可离散提取㊁可分发交互㊁可计算分析等方面的内在能力㊂通过网格承载数据的方式,城市信息模型真正成为 能看㊁能查㊁能算 的数据驱动模型㊂并且,网格化数据非常适合引入机器学习等AI技术,基于网格化数据的智能分析模型正在越来越多的领域得到应用㊂4㊀时空网格框架对于CIM的赋能价值4.1㊀对全要素数字化表达能力的增强北斗网格码技术可对全域空间每一寸土地进行精确标识,并将空间剖分思想扩展到时间领域,实现时空四维的一体化编码表达,适应了数字孪生动态化的需求;针对要素对象,利用其时空属性建立网格关联编码,实现对万事万物数据基于时空编码的互联互通㊂4.2㊀对CIM平台数据供给能力的增强北斗网格码技术一方面针对总体提供了数据组织融合框架,支撑城市海量多源异构数据的组织汇聚;另一方面针对局部/个体提供了网格化工具,可方便实现数据的 打码 ㊁ 装箱 ㊁分发及交互,特别是通过网格和网格组合可灵活实现面向用户的 切片 式块数据. All Rights Reserved.按需调用㊂4.3㊀对CIM平台空间计算能力的增强空间计算效率上网格编码匹配运算较经纬度点坐标方程计算有数量级上的提高;网格计算天然具备分布式计算特性,在海量数据并行计算㊁复杂场空间分析等方面优势明显;时空网格具有多层级性,可通过粒子网格及其内的数据属性值快速进行网格智能聚合,支持网格AI模型创新㊂4.4㊀对CIM平台众创扩展能力的增强北斗网格码技术提供了一个开放性的大数据组织架构,以时空网格的不变应对对象的千变万化,支持数据的分布式众筹创建和自治更新;还提供了以网格为单位的块数据利用通用工具,支持数据按需切片交互和个性化分发,有助于实现大数据资产的标准化,促进数据要素交易流通㊂5㊀当前实践中存在的问题及解决思路基于时空网格框架的CIM建模解决方案目前在实践中还存在如下困难和问题㊂(1)在认识层面,CIM建模乃至CIM的概念内涵并未清晰统一㊂不少人没有从时空数据内容的角度来理解和构建CIM,而主要从可视化的角度,追求实体对象的纹理材质等视觉逼真,由此带来数据量巨大㊁模型加载困难等弊病㊂(2)在技术层面,现阶段的时空网格技术仍停留在对实体对象数据的网格索引层面,尚不能从数据生产源头直接通过网格来组织实体对象三角面等素材数据,无法实现实体对象数据与网格编码的深度有机融合㊂解决上述问题的具体思路如下㊂(1)认识上明确:在大数据时代CIM建模要更多地立足于计算机的时空认知,通过大数据㊁智能化来解决城市建设运行中的问题,而不是过多地注重人的视觉认知(可视化)㊂进一步地,可通过遥感影像㊁倾斜摄影等图片类数据满足可视化需求,而通过网格化的内容性数据来分析解决问题㊂(2)技术上加强研发创新:在数据生产源头将时空网格嵌入到各类数据的组织体系中并形成行业性规则,特别是针对实景三维需求下倾斜摄影这一适应大规模作业㊁性价比相对突出的新兴技术,可优先研发实现这一目标㊂6㊀结束语数字孪生城市的浪潮正风起云涌㊂北斗网格码技术(包括剖分时间码)为数字孪生城市CIM建模提供了一个时空网格框架,建立起一个开放的时空大数据架构,有望形成 网格码+GIS+BIM+IoT 的CIM建模融合解决方案㊂进一步,网格化数据所具备的结构规整㊁计算高效㊁适合建模等优势对于CIM平台的应用价值挖掘具有极大支撑意义,值得后续深入研究㊂参考文献[1]中国信息通信研究院.数字孪生城市研究报告(2018年)[R],2018.[2]中国信息通信研究院.数字孪生城市研究报告(2019年)[R],2019.[3]程承旗,曲腾腾,李林.数字孪生城市空间网格框架与GDS数据平台技术研究[J].信息技术通信与政策, 2020,47(3):1-8.[4]程承旗,任伏虎,濮国梁,等.空间信息剖分组织导论[M].北京:科学出版社,2012.[5]李德仁,朱欣焰,龚健雅.从数字地图到空间信息网格 空间信息多级网格理论思考[J].武汉大学学报(信息科学版),2003,28(6):642-650.作者简介:李林㊀㊀北京北斗伏羲科技有限公司常务副总经理,北京大学时空大数据协同创新中心研究员,主要研究方向为时空大数据与数字经济㊁数字城市程承旗㊀北京大学工学院教授/博士生导师,北京大学时空大数据协同创新中心主任,主要研究方向为地球剖分网格㊁地球空间大数据组织㊁遥感与地理信息工程等任伏虎㊀北京北斗伏羲科技有限公司执行总经理,北京大学时空大数据协同创新中心执行主任,主要研究方向为遥感与地理信息系统㊁地球空间大数据组织等. All Rights Reserved.Beidou Grid Code :CIM spatio-temporal grid frameworkfor digital twin citiesLI Lin 1,3,CHENG Chengqi 2,3,REN Fuhu 1,3(1.Beidou Fuxi Technology Co .,Ltd .,Beijing 102218,China ;2.College of Engineering ,Peking University ,Beijing 100871,China ;3.Peking University Collaborative Innovation Center for Geospatial Big Data ,Beijing 100871,China )Abstract :Digital twin cities have become the mainstream technical route and development goal of the construction ofnew smart cities .The core of digital twin city is the City Information Model (CIM ).The traditional GIS +BIMmodeling method has obvious limitations :the object-oriented data organization method is difficult to solve the problem of data organization and aggregation due to the complexity of the object itself and the private definition of object ID .Beidou Grid Code technology (including Beidou Split Time Code )provides a spatiotemporal grid framework ,whichcan build the global spatial digital twin grid data model .Its essence is an open big data architecture based onspatiotemporal coding ,which can organize urban multi-source heterogeneous spatiotemporal data through gridassociation and support the CIM modeling of digital twin cities .The specific modeling process includes four steps :spatio-temporal grid coding ,grid associated data ,grid data loading and data-driven model .The spatio-temporal gridframework based on Beidou Grid Code has important enabling value for CIM platform .Keywords :spatio-temporal grid framework ;City Information Modeling ;digital twin cities(收稿日期:2021-09-22). All Rights Reserved.。

2023年中国数字孪生行业研究报告数字孪生丨研究报告核心摘要：概念定义：数字孪生指将物理实体镜像映射到虚拟空间，生成一个“数字双胞胎”，在虚拟空间中的克隆体可以通过物联网实现数据实时双向互联互通，反映对应物理实体的全生命周期过程，在整合底层数据信息的基础上进行仿真预测，为优化决策赋能。

根据复杂程度，数字孪生可以分成5级。

受益于数字经济、工业互联网发展、政策落地、技术突破、下游需求增长，当前行业步入快速增长期；数字孪生关键技术包括建模、渲染、仿真及物联网。

市场概览：2022年中国数字孪生市场规模超100亿元，预计2025年将达375亿元；当前全球学术领域对数字孪生研究热度活跃，中国论文发布数量领先。

投融资方面，行业融资热度逐步回暖，城市赛道景气度最高；数字孪生行业玩家可分为技术服务商（如CIM、BIM、可视化平台厂商等）以及集成方案厂商（如运营商、互联网大厂等）。

技术、业务、资源三方面筑造数字孪生厂商竞争壁垒。

数字孪生发展伴随产生四大挑战：厂商商业模式不成熟，支撑技术要求高，标准体系未统一以及数据能力不完善。

应用场景：数字孪生与各行业融合加深，本文主要介绍数字孪生技术在城市管理（智慧交通、零碳园区以及城市应急）、智慧工业（流程型工业、离散型工业）、自动驾驶测试以及医疗场景（智慧医院、精准医疗及药物研发）的应用，通过数字孪生技术赋能各行业应用场景。

发展展望：呼吁数字孪生行业参与者共同建立统一的标准体系，构建协同共赢、开源创新的数字孪生产业生态。

基本概念物理实体克隆与数据双向实时联通构成数字孪生的形与神数字孪生指将物理实体镜像映射到虚拟空间，生成一个“数字双胞胎”，在虚拟空间中的克隆体可以通过物联网实现数据实时双向互联互通，从而反映对应物理实体的全生命周期过程，在整合底层数据信息的基础上进行仿真预测，为优化决策赋能。

同样是在数字空间构建产物，数字孪生并不等于元宇宙，数字孪生是元宇宙的重要技术基础之一，二者的区别在于前者强调复现物理对象的状态使其更加贴近现实，更多使用于B端领域，后者强调人及其感知，更加贴近C端消费场景。

信通院（我国信息通信研究院）数字孪生城市技术在城市管理、交通运输、环境保护、智慧医疗等领域的应用，为建设数字化智能城市提供了成功的实践案例。

本文将从多个方面，介绍信通院数字孪生城市技术应用的典型实践案例，以期为相关领域的研究者和从业者提供参考和借鉴。

一、城市管理方面1.上海智慧城市建设上海市作为我国经济最发达的城市之一，一直致力于智慧城市的建设。

信通院数字孪生城市技术在上海的应用案例是其中的典范。

通过数字孪生城市技术的运用，上海在城市规划、交通管控、智慧物流等方面取得了显著的成效，极大地提高了城市管理的效率和质量。

2.北京市数字孪生城市建设信通院数字孪生城市技术在北京市的应用案例同样值得关注。

在建设首都的过程中，北京市政府在数字孪生城市技术的引导下，实现了城市管理信息化、智能化，促进了城市可持续发展。

二、交通运输方面1.广州交通智能化应用广州作为我国南方重要的交通枢纽城市，交通智能化是该市数字孪生城市技术的一个突出应用方向。

通过数字孪生城市技术的支持，广州实现了交通信号优化、公共交通系统智能调度等一系列措施，为市民的出行提供了更加便捷的环境。

2.深圳智能停车系统深圳作为全国性的科技创新城市，在交通领域也有着突出的实践案例。

信通院数字孪生城市技术在深圳的智能停车系统中的应用，大大提高了市民停车的效率，有效缓解了城市停车难的问题。

三、环境保护方面1.武汉智慧环保系统武汉市利用数字孪生城市技术建设智慧环保系统，实现了对城市环境的实时监测和智能管理。

这一系统有效地提高了城市环境的质量，为市民提供了更加宜居的生活环境。

2.南京智慧排水管理南京市数字孪生城市技术在智慧排水管理领域的应用案例同样引人注目。

通过数字孪生城市技术的引入，南京市可实现对城市排水系统的智能监测和预警，避免了城市内涝等问题的发生，提高了城市的抗灾能力。

四、智慧医疗方面1.上海智慧医疗建设上海市作为我国医疗资源最为丰富的城市之一，数字孪生城市技术在智慧医疗方面的应用成果丰硕。

数字孪生应用技术员,被纳入人社部新职业6月14日,人力资源和社会保障部向社会公示“数字孪生应用技术员”、“城市轨道交通检修工”、“机器人工程技术人员”等18个新职业信息。

这些职业均是参照《数字经济及其核心产业统计分类(2021)》等相关指标进行界定的。

在18个新职业中,“数字孪生应用技术员”引发关注。

这代表着使用数字孪生技术应用,成为各行业数字化升级广泛所需,具备很强的需求和前景。

人社部《机器人工程技术人员等18个新职业信息向社会公示》此次人社部对数字职业进行标注,是我国职业分类工作的重要创新,对推动数字经济、数字技术的发展以及提升全民数字素养具有重要意义。

此次公示的新职业包括数字经济发展中催生的数字职业,以及在碳达峰碳中和的发展目标要求下涌现的绿色职业等,而“数字孪生应用技术员”就属于数字职业这一类别。

据了解,“数字孪生应用技术员”主要的工作任务除了部署、搭建和维护数字孪生技术平台,还要应用数字化仿真建模技术构建数字孪生模型,应用机器学习、增强现实、虚拟现实、混合现实等技术,建立数字孪生模型与物理实体的数据映射关系。

基本涵盖了数字孪生应用技术全链条,对从业者有着较高的技术要求。

此前,《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确指出,要加快数字化发展,建设数字中国。

而以腾讯等科技企业为代表的产业力量,正在积极推动和深度参与数字经济与实体经济融合发展。

数字经济是以数字技术为基础的新的经济形态,其发展离不开数字技术人才的支撑。

“数字孪生应用技术员”这一职业正是在这样的背景下诞生的。

数字孪生技术具备广阔市场空间数字孪生概念提出较早,最初被应用在航天和工业领域,目前已经过近二十年的发展。

行业专家认为,数字孪生的演进和发展主要分为以下几个阶段:在第一阶段,数字孪生主要被应用于场景重现,具备展示与描述功能;第二阶段的数字孪生需要具备实时数据映射能力,即通过IoT和感知设备获取设备实时运行状态信息;在第三阶段,数字孪生需要具备可分析和可计算能力;进入第四阶段,数字孪生拥有干预、改造和提升的能力,能够将方案发送到设备上联动真实世界发生改变,同时能够将通知、预警发送到终端上,让人的行为发生改变。

2023年数字孪生行业市场研究报告数字孪生是指将实体的物理世界与数字世界进行融合，通过数字仿真技术实现实体模型的虚拟建模，从而实现对实体物体的仿真、测试、优化、监控和管理等功能。

数字孪生技术的兴起和发展，改变了传统产业的发展模式和方式，对产业升级和转型起到了重要作用。

本报告主要对数字孪生行业市场进行研究分析。

数字孪生行业市场的发展态势良好。

近年来，数字孪生技术得到了广泛应用，覆盖了制造业、建筑业、能源行业、交通运输等多个领域。

其中，制造业是数字孪生技术的主要应用领域之一，数字孪生技术可以实现对产品生命周期各个环节的模拟和优化，从而提高产品的研发速度和质量。

此外，数字孪生技术在建筑业中也有广泛应用，可以帮助设计师进行建筑模型的仿真和优化，提高建筑的设计效率和品质。

数字孪生技术在能源行业和交通运输领域的应用也十分广泛，可以对能源系统和交通系统进行模拟和优化，提高能源利用效率和交通运输效率。

数字孪生行业市场的主要推动因素有以下几个方面。

首先，数字孪生技术可以帮助企业提高效率和降低成本，这是企业追求利润的核心需求之一。

数字孪生技术可以通过模拟和优化，提高生产线的运转效率，减少资源的浪费，从而降低成本。

其次，数字孪生技术可以提高服务质量和用户体验。

例如，在建筑业中，数字孪生技术可以帮助设计师更好地理解用户需求，从而设计出更符合用户期望的建筑作品。

再次，数字孪生技术可以提高产品的创新能力。

通过数字孪生技术，企业可以在产品研发过程中进行模拟和优化，尽早发现和解决问题，提高产品的创新能力。

数字孪生行业市场还存在一些挑战和问题。

首先，数字孪生技术的成本较高，对企业提出了较高的技术要求。

由于数字孪生技术需要对实体进行精确的建模和数据采集，因此需要企业投入较大的成本和技术力量。

其次，数字孪生技术的应用还受到法律法规的限制。

例如，在交通运输领域，数字孪生技术的应用需要符合相关的安全法规和隐私保护要求。

此外，数字孪生技术的快速发展也带来了数据管理和安全的挑战，如何保护企业和用户的数据安全是一个重要问题。

数据孪生调研报告数据孪生调研报告数据孪生是一种新兴的技术，通过将实际设备或过程与数字模型相结合，可以实现实时的监测、预测和优化。

数据孪生的概念源于生物领域中的孪生兄弟或姐妹，他们基因相同，但环境和经历可能不同，通过比较他们的差异可以帮助我们了解环境对人的影响。

在工程领域中，数据孪生的概念引申为将实际设备或过程与数字模型相结合，利用实际数据实现模型的校准，从而达到准确预测和优化的目的。

数据孪生的核心是建立实际设备或过程的数字模型。

数字模型可以是物理模型、统计模型或机器学习模型等，通过模型的训练和校准，可以实现对实际设备或过程的准确描述和预测。

数据孪生的关键在于建立准确的模型，模型的准确性对于数字孪生的效果至关重要。

数据孪生在工业制造、能源、交通等领域有广泛的应用。

例如，在工业制造中，可以利用数据孪生技术对生产设备进行实时监测，预测设备故障，提前进行维修，避免生产损失。

在能源领域，数据孪生可以帮助优化能源系统的运行，提高能源利用效率，降低能源消耗。

在交通领域，数据孪生可以对交通流进行预测和优化，提升交通系统的效率，减少拥堵和碳排放。

数据孪生的实施过程可以分为模型建立、数据采集和模型校准三个阶段。

首先，需要建立准确的数字模型，模型可以通过实验数据、历史数据或数学建模等方式得到。

其次，需要采集实际设备或过程的数据，并与数字模型进行比对和校准，不断优化模型的准确性。

最后，通过实时监测和分析，可以利用数字模型对实际设备或过程进行预测和优化。

数据孪生技术的优势在于可以提供实时的监测和预测能力，可以帮助企业减少损失、提升效率和降低能源消耗。

同时，数据孪生还可以提供数据驱动的决策支持，帮助企业进行业务优化和战略决策。

然而，数据孪生在实际应用中还存在一些挑战。

首先，数据的采集和处理需要大量的时间和资源。

其次，模型的建立和校准需要专业的知识和技能。

此外，数据孪生的应用还面临着数据安全和隐私保护等问题，需要合理的数据管理和安全控制措施。

数字孪生城市研究报告（）数字孪生城市研究报告数字孪生城市研究报告（（）年）中国信息通信研究院中国信息通信研究院年1010月月致致谢谢，中国信息通信研究院联合业内知名企业，围绕数字孪生城市的概念、内涵和总体架构，进行研讨并发布了数字孪生城市研究报告（）。

进入，面对各地数字孪生城市规划和建设的迫切需求，中国信通院再次牵头组织业界，尤其是与城市三维建模密切相关的创新型企业，聚焦数字孪生城市建设要素之核心平台、关键技术和典型场景，开展深入研究，旨在融会贯通细化建设方案，引领各地政府和相关产业，推进数字孪生城市落地实施。

本次报告编制过程中合作企业提供了大量素材并直接参与了部分章节的撰写，在此致以衷心感谢。

限于时间和能力，内容疏漏在所难免，烦请各界不吝指正。

牵头单位：中国信息通信研究院支持单位：泰瑞数创、51VR、超图公司、中电海康集团研究院、中科院地理科学与资源研究所、中科院生态环境研究中心、中科院广州电子技术有限公司、国家互联网应急中心、中国电信、中国移动、中国联通、腾讯等编写指导：何桂立、胡坚波、王爱华、陈金桥、徐志发编写小组（排名不分先后）：高艳丽、陈才、张育雄、崔颖、刘小林、夏磊、张竞涛、张东、黄栋、刘晓伦、石伟伟、陈正、马亮、刘笑寒、王蕊、陈守双、王瑜、周旗、肖丽、熊锐、李翀、陈婉玲、王潇、孙旭、李文卿、刘中金、周玉科等前前言言数字孪生城市理念自提出以来不断升温，已成为新型智慧城市建设的热点，受到政府和产业界的高度关注和认同。

当前，各地对数字孪生城市规划和建设的需求非常强烈，但数字孪生城市究竟如何建设，各方仍是感到非常困惑，技术方案和实施路径亟待规范和明晰。

本报告通过对数字孪生城市所涉及的关键技术以及技术之间的集成关系、所包含的核心平台以及平台之间的协同性，以及体现数字孪生特色的典型应用场景进行深入剖析，力图对数字孪生城市的建设方案进行通用化提炼抽取，并对国内外相关产业和服务供给进行梳理，从而为各地建设实施数字孪生城市提供帮助和引导。

数字孪生技术研究报告
《数字孪生技术研究报告》是一份关于数字孪生技术的研究报告。

数字孪生技术是指将实际物理系统的数字模型与其运行数据相结合，以模拟其运行状态和行为的技术。

数字孪生技术的应用范围广泛，包括制造业、能源、医疗等多个领域。

数字孪生技术的优势在于可以提高生产效率和降低成本。

通过数字孪生技术，企业可以在数字模型中进行仿真，预测生产过程中可能出现的问题，并进行优化。

这可以减少生产线的停机时间和废品率，提高生产效率和产品质量。

数字孪生技术还可以提高产品的可靠性和安全性。

通过数字孪生技术，企业可以对产品进行全生命周期的监控和管理，及时发现问题并进行修复。

数字孪生技术还可以用于培训和教育，提高员工的技能水平和工作效率。

数字孪生技术是一种具有广泛应用前景的技术，可以提高生产效率、降低成本、提高产品质量和安全性。

随着技术的不断发展，数字孪生技术的应用范围将会越来越广泛。