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新型数字城市如何建设?

发表于:2019-05-18 11:53:26 bianji1
【内容导读】建设真正的数字孪生城市真正要在“供给侧改革”方面下功夫、照镜子,从理论方法、政策配套、应用场景中...

建设真正的数字孪生城市真正要在“供给侧改革”方面下功夫、照镜子,从理论方法、政策配套、应用场景中去做“绣花针”功夫,用实践价值的力量推动意识的转变和城市人口美好生活需要的响应步伐。

数字孪生城市尚缺乏系统的基础理论研究

目前,数字孪生城市就城市全要素建模方法、空间语义数据表达、全域的数字化标识规则、全域传感器的空间布设规则、城市多功能信息杆柱的设置规范、感知数据的采集规则与使用权限、城市边缘计算和信息节点的设置规范、边缘计算设备与物联网以及云计算的关系等等,尚缺乏系统的基础理论研究。

与此同时,动态信息的反映,如城市事件如何在数字模型中实现语义化表达,政府和社会数据在城市信息模型中的展现规则,数据、软件和模型之间关系,都是目前我们需要迫切关注的对象。如何在数字孪生模式下体现城市管理和服务的优势?如何根据静态和动态数据进行决策的仿真优化?这些问题有待解决。

此外,“由虚控实”实现城市智能控制的软硬件系统,更是前所未有,缺乏研究。

数字孪生城市缺乏系统的建设方案

数字孪生城市几乎囊括了迄今为止所有的信息科技。这种前所未有的技术集成创新,不仅要能理解并体现——非精确、模糊化的城市治理规则和运行机制,而且能通过要实现对物理城市的模拟、监控、诊断、预测和控制等五大环节融合创新。

第一层次是模拟,即建立物理对象的虚拟映射。鉴于城市的复杂性和要素的多样性,其全量模拟的技术和标准还需要深入探索。

第二个层次是监控,即在虚拟模型中反映物理对象的变化。物理对象数据的收集与传递离不开物联网,其编码、寻址、标准、安全等问题还有待解决。

第三个层次是诊断,即当城市发生异常,基于人工智能的多维数据复杂处理与异常分析,我国与发达国家相比仍存在差距。

第四层次是预测,即预测潜在风险,合理有效规划城市或对城市设备进行维护。城市预测需要众多技术融合集约,在灵活性和适应性方面存在巨大挑战。

第五层次是控制,即需要庞大复杂的软硬件系统支撑,尤其是通过软件实现对城市管理与服务的赋能,设施控制。

从数字孪生城市基本特征看,在数字化水平相对较高、需要运行机理建模、实现虚实空间协同优化、彰显多维智能决策支撑等方面,数字孪生城市必将发挥更重要作用。同时考虑建设难易程度,遵循局部突破、示范带动、有序建设的原则,数字孪生城市建设可优先考虑城市规划、建筑、交通、能源等四大领域。

一是推进智能规划建设,通过数字孪生城市模型,三维可视化展示城市环境温度变化、水势变化、空气动力变化、雾霾分布情况等,为城市管理提供决策依据;通过模拟仿真、动态评估、深度学习城市规划方案对未来城市带来的影响,保证规划城市楼宇、绿地、公路、桥梁、公共设施等每一寸土地时,实现经济效益最优化。

二是开展基于BIM 的智能建筑建设,推进规建管一体化建设,在建设过程中,赋予城市“一砖一瓦”以数据属性,与物理空间同步建设数字孪生城市,建成后的数字孪生城市可实时呈现建筑物内景细节,类似于工业领域的数字孪生体一样,可远程调控远程维护,实现虚拟控制现实。此外,在水利、国土、环保等其他与基础设施空间相关的领域同步开展落地建设。

三是推进智能交通建设,通过数字孪生城市对城市交通流量实时监控,和分析计算,基于人工智能算法预测交通流量变化,智能导引车流,智能调节交通信号灯,缩短车辆等待时间,优化城市道路网络的交通流量;实时显示汽车定位位置周边的车位信息,针对智能停车场和智能网络汽车,可率先实现智能泊车。

四是建设智能能源体系,通过数字孪生城市可仿真城市太阳能光伏发电量,自我优化城市能源供给结构、供给方式、供给量等,有利于实现发电与用电最佳匹配;数字孪生城市三维呈现实时能耗数据,智能发现能源浪费现象,制定能源梯度利用方案,降低城市总体能耗。

从整体布局看,数字孪生城市建设要加强基础理论与关键技术研究,同时联合全国相关领域的优势创新团队和产学研用等多方主体,聚焦数字孪生城市中的共性、难点问题,统筹基础研究、共性关键技术研发和典型应用等环节与任务的衔接,集中力量,联合攻关。从城市层面看,数字孪生城市建设不可一蹴而就,要循序渐进,稳步推进。

第一阶段,“打基础”。建设能够精准映射实体城市的数字基础设施,实现城市建设“由实入虚”。在城市的天空、地面、地下、河道等各层面广泛部署物联网感知设施,利用二维码、RFID、3DGIS、北斗卫星定位等技术手段,实现对实体世界的人、物、事件等要素数字化;建设物联网(传感网)、通信网(宽带、移动和无线)及承载平台,通过对象识别、数据采集、数据传输、数据存储、数据处理,在城市建设之初同步形成与实体城市“孪生”的数字城市。

第二阶段,“建模型”。构建基于“虚拟城市”的数字化模型,实现规建管一体化。利用GIS、BIM、3DGIS 等技术,构建统一的城市信息模型,打通规划、建设、管理的数据壁垒,将规划设计、建设管理、竣工移交、市政管理进行有机融合,将城市规划数据、建筑数据、物联感知的数据、政务业务的数据、城市运行的数据,全部实时准确地加载在城市数字化模型之上,形成关于城市运行的全面影像,为城市的可视化智能化管理创造条件。

第三阶段,“强应用”。“由虚入实,虚实结合”,实现智能化控制。通过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,通过软件定义实现城市的赋能,决策的仿真和指令的执行。进而逐步拓展应用范围,实现由城市规划和管理向城市服务方面扩展,通过服务场景、服务对象、服务内容等方面的数字孪生系统构建,引发服务模式向虚实结合、情景交融、个性化、主动化方向加速转变。