数字孪生城市研究报告docWord格式.docx

1、 其中，新型测绘技术可快速采集地理信息进行城市建模，标识感知技术实现实时“读写”真实物理城市，协同计算技术高效处理城市海量运行数据，全要素数字表达技术精准“描绘”城市前世今生，模拟仿真技术助力在数字空间刻画和推演城市运行态势，深度学习技术使得城市具备自我学习智慧生长能力。 从核心平台看，数字孪生城市在传统智慧城市建设所必须的物联网平台、大数据平台、共性技术赋能与应用支撑平台基础上，增加了城市信息模型平台，该平台不仅具有城市时空大数据平台的基本功能，更重要的是成为在数字空间刻画城市细节、呈现城市体征、推演未来趋势的综合信息载体。 此外，在数字孪生理念加持下，传统的物联网平台、大数据平台和共性技术

2、赋能与应用支撑平台的深度和广度全面拓展，功能、数据量和实时性大大增强，如与数字孪生相关的场景服务、仿真推演、深度学习等能力将着重体现。 从应用场景看，数字孪生城市的全局视野、精准映射、模拟仿真、虚实交互、智能干预等典型特性正加速推动城市治理和各行业领域应用创新发展。 尤其在城市治理领域，将形成若干全域视角的超级应用，如城市规划的空间分析和效果仿真，城市建设项目的交互设计与模拟施工，城市常态运行监测下的城市特征画像，依托城市发展时空轨迹推演未来的演进趋势，洞察城市发展规律支撑政府精准施策，城市交通流量和信号仿真使道路通行能力最大化，城市应急方案的仿真演练使应急预案更贴近实战等。 在公共服务领域，

3、数字孪生模拟仿真和三维交互式体验，将重新定义教育、医疗等服务内涵和服务手段。 同时，基于个体在数字空间的孪生体，城市将开启个性化服务新时代。 从未来发展看，随着数字孪生城市建设持续深入和功能的不断完善，未来生活场景将发生深刻改变，超级智能时代即将到来。 同时，技术加速集成创新将打破智慧城市现有产业格局，促使产业重新洗牌，新的独角兽可能出现。 此外，技术的变革将倒逼管理模式的变革，正如生产力进步引发生产关系的变化，数字孪生城市的建设和运行，将推动现有城市治理结构和治理规则重塑调整。 目目录录一、一、数字孪生城市发展概况数字孪生城市发展概况11（一）理念引领，各地纷纷提出建设数字孪生城市1（二）产

4、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、二、数字孪生城市总体架构与核心平台数字孪生城市总体架构与核心平台88（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、三、数字孪生城市关键技术要素数字孪生城市关键技术要素2121（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（

5、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、四、数字孪生城市典型应用场景数字孪生城市典型应用场景5353（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、五、数字孪生城市未来发展展望数字孪生城市未来发展展望7474（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

6、（三）数字孪生城市的推进实施建议.761一、数字孪生城市发展概况数字孪生城市理念自提出以来，在国内政产学研用各界引起广泛关注，掀起研究和建设热潮。 数字孪生城市已成为各地政府推进智慧城市建设的主流模式选择，产业界也将其视为技术创新的风向标、发展的新机遇，数字孪生应用已在部分领域率先展开。 （一）理念引领，各地（一）理念引领，各地纷纷纷纷提出建设数字孪生城市提出建设数字孪生城市雄安新区率先推进数字孪生城市建设。 河北雄安新区规划纲要中指出：坚持数字城市与现实城市同步规划、同步建设，打造具有深度学习能力、全球领先的数字城市。 目前，新区正推进BIM管理平台（一期）建设，这是一个具有国家自主产权的数

7、字城市规建管智能审批平台，通过创新城市“规、建、管”的新型标准体系、政策体系和流程体系，探索以数字城市的预建、预判、预防来支撑现实城市高质量发展的模式，打造展现多维城市空间的数字平台。 平台将建立不同阶段的城市空间信息模型和循环迭代规则，采取GIS和BIM融合的数字技术记录新区成长的每一个瞬间，结合5G、物联网、人工智能等新型基础设施的建设，逐步建成一个与实体城市完全镜像的虚拟世界。 全国各地抢抓先机，开展数字孪生城市规划和建设。 数字孪生城市为各地智慧城市建设提供了新思路、新模式，让城市治理者看到城市现代化治理体系以及高质量发展的曙光，让城市居民憧憬随需而动、无处不在的智能化服务。 5月，在

8、第二届数字中国建设峰会数字经济分论坛上，贵阳副市长徐昊发表了“数字孪生城市的贵阳探索”主题演讲。 在实践上，贵阳提出从花果园超大型社区治理、数博大道等小型城市生态系统入手打造数字孪生城市。 南2京江北新区着力推动城市发展向智能化高级形态迈进，提出力争到率先建成“全国数字孪生第一城”。 浙江省发布未来社区建设试点实施方案，制定“未来社区”九大场景，提出构建现实和数字孪生社区要求。 舟山市、西咸新区、重庆市、长三角一体化示范区等地纷纷采用数字孪生城市的建设理念和模式，先后制定智慧城市顶层设计和规划，以数字孪生城市为导向推进智慧城市建设。 （二）产业响应，（二）产业响应，各类各类企业抢抓商机激企业抢

9、抓商机激活活ICT产业产业链链数字孪生城市正在激活庞大的信息技术产业链。 数字孪生城市自提出以来，吸引产业界广泛关注，成为技术创新和业务拓展的重要方向。 多地学术机构开展关于“数字孪生”的专题研讨，探索数字孪生技术对于城市治理、工业制造等领域的应用和价值。 以BIM、CIM（CityInationModel）、VR/AR、AI等先进技术为主攻方向的科技公司发力“数字孪生”方案研发，并已应用到多个行业。 数字孪生城市涉及技术门类较多，诸如新型测绘、地理信息、物联感知、三维建模、图像渲染、虚拟现实、仿真推演、深度学习、智能控制等，几乎涉及信息产业所有链条，无论是传统的智慧城市龙头企业，还是新入局的

10、创新型中小企业，对数字孪生城市均给予了高度重视，各类企业依托自身优势加紧布局，抢占市场先机，同时推动技术方案不断完善。 传统智慧城市厂商顺势而为推出数字孪生城市解决方案。 科大讯飞打造数字孪生城市的“城市超脑”，基于互联网、物联网等基础设施，汇聚城市时间与空间数据，运用人工智能算法，挖掘城市发展与运行轨迹，进行即时分析和仿真建模，促进物理城市公共资源最优化。 软通动力与华为合作，发布支持数字孪生城市的aPaaS平台，为多个场景提供API服务，涵盖交通、环保、安全等各种领3域。 阿里巴巴联合千方科技、银江股份、浙大中控、数源科技、海康威视等众企业，基于阿里云平台，共同打造数字孪生城市大脑，提升杭

11、州市交通系统和城管系统的智能化水平。 紫光云集成数字孪生底座，推出“1+4+N”智慧城市应用体系，重点打造安全生产“大数据”分析预测能力和“物联网”动态感知能力，有效防范和遏制重特大事故发生。 空间信息产业纷纷入局，成为数字孪生城市建设中坚力量。 数字孪生和空间信息产业密切相关，需要空间信息采集、建模、开发、服务、应用全产业链的深度参与，同时空间信息产业通过数字孪生在智慧城市中找到了新的支点，多年的技术积累在巨大的市场空间得以释放活力，并造就独特的竞争优势。 国内GIS领头企业超图公司在新推出的新一代三维GIS技术体系中，全方位支持倾斜摄影建模、激光点云、BIM等多源异构的三维模型数据，并推出

12、国内首个三维空间数据规范标准Spatial3DModel（S3M），该标准融合了倾斜摄影模型、BIM、精模、激光点云、矢量、地下管线、地形、动态水面、三维栅格等多源数据，突破了大规模三维数据传输和解析的技术瓶颈，进一步促进了数字孪生的广泛应用。 泰瑞数创提供了涵盖高端航测传感器、数据采集、处理服务到应用开发的数字孪生城市建模全产业链服务，还发布实景世界云平台SmartEarth，利用结构化语义模型整合了BIMCAD和地理测绘等技术，高效自动地构建城市信息模型，已经成功应用于智慧城市、智慧工业和自动驾驶等领域。 51VR公司运用GIS、高程、无人机斜拍点云、卫星图、街景图等技术和数据，能够快速自

13、动化构建大规模数字孪生城市模型，复原城市的每个细节，并进行大场景动态实时渲染，在数据可视化和场景可视化基础上，实现城市运营管理的可视化和精细化。 4（三）资本助力，数字孪生城市板块崛起（三）资本助力，数字孪生城市板块崛起倍倍受受市场关注市场关注智慧城市相关投资持续保持高速稳定增长。 IDC预计，中国智慧城市技术相关投资在间将保持年复合增长率19.3%的稳定增长。 根据IDC全球半年度智慧城市支出指南发布的数据，中国智慧城市技术相关投资达到的173亿美元增长了5月，英国虚拟仿真初创公司Improbable完成了5.02亿美元的B轮融资，由软银国际领投，公司估值突破10亿美金。 该公司基于Goog

14、le的计算平台“SpatialOS平台”，构建了一个基于蜂窝云服务的“超级虚拟世界”。 以来，我国以数字孪生为概念的多只股票出现涨停，数字孪生城市的价值被资本市场初步认同。 看好数字孪生创新发展前景，资本巨头积极投资数字孪生相关企业，如阿里巴巴入股银江股份，超图公司获得中国人寿与光大银行的定向增发融资。 51VR完成B轮2.1亿元融资，泰瑞数创获得启迪金控和中信建投等机构过亿元投资。 （四）场景先行，数字孪生（四）场景先行，数字孪生部分部分应用先行应用先行先试先试初显成效初显成效数字孪生技术重新定义智慧园区。 据预测，到，85的物联网平台将使用数字孪生技术进行监控，产业园区有望率先利用数字孪生

15、技术，重塑园区管理与服务模式。 在华为和51VR联合研发数字孪生的深圳坂田园区及东莞松山湖园区，通过实时接入园区IOT设备、资产、能源、设施及环境等信息，建立基于园区实时运5行状况的数字孪生场景，实现园区运营的可视分析、园区业务的闭环联动、园区决策的仿真模拟以及园区数据的全量集成，开创新一代园区的立体多维管理新模式。 华为在廊坊经济技术开发区，利用GIS空间信息平台，构建虚拟城市数字资源体系，一方面支撑IOC运营，同时为各个政务部门提供全空间的地理信息服务。 6图1数字孪生智慧园区大型工业生产制造数字孪生风行。 通过数字孪生模型与仿真技术，对高成本高复杂性大型设备产品进行设计、生产、装配全流程

16、的数字化，并借助传感器实时数据与运行数据，实现对设备产品的远程监控和预测性维护，已成为大型工业制造企业的共识。 西门子建立了贯穿于产品生命周期各环节间的数据模型，仿真模拟一些工厂的实际操作空间；通用电气与ANSYS公司借助数字孪生概念，提出物理机械和分析技术融合的实现途径，让每个引擎，每个涡轮，7每台核磁共振都拥有一个数字化的“双胞胎”；德国软件公司SAP利用数字孪生概念，在产品试验阶段采集设备的运行状况，通过分析后得出产品的实际性能，再与需求设计的目标比较，从而形成产品研发的闭环体系。 波音737MAX8不到半年发生两次重大事故，而数字孪生技术可用于航空飞机的维护与保障。 美国空军已经和波音

17、合作构建了机体数字孪生模型。 波音公司在最新的NMA项目上，已经率先使用数字孪生技术进行研发。 泰瑞数创在能源电力行业，利用数字孪生技术建立了电厂规划设计和运营服务的一体化系统，目前已经在国家能源集团和中石油等企业投入使用。 数字孪生提升智能驾驶试验精度。 通过搭建真实世界1:1数字孪生场景，还原物理世界运行规律，满足智能驾驶场景下人工智能算法的训练需求，大幅提升训练效率和安全度。 如通过采集激光点云数据，建立高精度地图，构建自动驾驶数字孪生模型，完成厘米级道路还原，同时对道路数据进行结构化处理，变现为机器可理解的信息，通过生成大量实际交通事故案例，训练自动驾驶算法处理突发场景的能力，最终实现

18、高精度自动驾驶的算法测试和检测验证。 数字孪生在医疗领域获得突破性进展。 。 数字孪生给予健康医疗新的视角和手段，通过对身体器官、血液循环、神经系统、肌体骨骼、心率脉搏等进行“镜象映射”，建立人体的数字孪生体，进而通过人体标准数据库，记录人体每个细节特征，进行人体健康的实时动态管理。 通过引进小型化的穿戴式设备，实时对人体进行数据收集。 孪生数据还可来源于CT、核磁、心电图、彩超等医疗检测和扫描仪器检测的数据，血常规、尿检、生物酶等生化数据，医疗机构基于人体数字孪生综合数据，可对患者提供健康状况预测与及时8干预，同时人体的数字孪生还将大大提高诊断的准确性和手术的成功率。 数字孪生为智慧校园经济

19、管理赋能。 数字孪生将学校物理空间与数字空间有机衔接，全面感知校园物理环境，建立智能舒适的生活与教育环境，实现二维三维一体、虚实一体的校园精细化管理。 我国多所大学已建立三维数字校园信息系统，在地上地下一体化、室内室外一体化的全三维校园空间信息中整合地下管理、能源、安全等多种传感器信息，实现对校园后勤资源、教学教育设施、能源管控、校园安全等多种管理功能。 二、数字孪生城市总体架构与核心平台（一）三横两纵总体架构（一）三横两纵总体架构本质上，数字孪生城市是面向新型智慧城市的一套复杂技术和应用体系，多门类技术的集成、多源数据的整合和各类平台功能的打通是数字孪生城市成功的关键要素。 因此，数字孪生城

20、市并没有脱离智慧城市的总体架构布局，由新型基础设施、智能运行中枢、智慧应用体系三大横向层，以及城市安全防线和标准规范两大纵向层构成。 区别在于延展与增强。 技术体系内涵延展，新增强化了新型测绘、标识感知、三维建模、仿真模拟等技术应用，核心平台能力增强，强化了全要素数字表达、大数据模型驱动与反向智能控制，应用体系更强调集约一体，突出跨领域、跨行业、全域视角的超级应用地位。 城市新型基础设施包括全域感知设施（包括泛智能化的市政设施和城市部件）、网络连接设施和智能计算设施。 与传统智慧城市不同的是，数字孪生城市的基础设施还包括激光扫描、航空摄影、移动9测绘等新型测绘设施，旨在采集和更新城市地理信息和

21、实景三维数据，确保两个世界的实时镜像和同步运行。 智能运行中枢是数字孪生城市的能力中台，也是城市大脑，由五个核心平台承载，一是泛在感知与智能设施管理平台，对城市感知体系和智能化设施进行统一接入、设备管理和反向操控；二是城市大数据平台，汇聚全域全量政务和社会数据，与城市信息模型平台整合，展现城市全貌和运行状态，成为数据驱动治理模式的强大基础。 三是城市信息模型平台，与城市大数据平台融合，成为城市的数字底座，是数字孪生城市精准映射虚实互动的核心。 四是共性技术赋能与应用支撑平台，汇聚人工智能、大数据、区块链、AR/VR等新技术基础服务能力，以及数字孪生城市特有的场景服务、数据服务、仿真服务等能力，

22、为上层应用提供技术赋能与统一开发服务支撑。 五是泛在网络与计算资源调度平台，主要是基于未来软件定义网络（SDN）、云边协同计算等技术，满足数字孪生城市高效调度使用云网资源，由于本部分内容发展尚不充分，未纳入本次研究范围。 智慧应用体系不仅包括基于数字孪生内核的各行业领域应用，如城管、应急、医疗等，更包括凸显数字孪生“一盘棋”管理特征的超级应用，如城市画像、人口画像、虚拟服务、决策仿真等。 10图2数字孪生城市总体架构随着城市数据的不断汇聚累积，各类新技术交叉集成创新赋能，以及共性应用支撑能力加大封装力度，数字孪生城市的智能中枢作为连接底层终端设施、驱动上层行业应用的核心环节，在传统智慧城市重大

23、平台的建设基础上，进一步形成泛在感知与智能设施管理平台、城市大数据平台、城市信息模型平台、共性技术赋能与应用支撑平台等核心平台。 图3数字孪生城市核心平台与传统智慧城市平台关系11（二）（二）泛在感知与智能设施管理平台泛在感知与智能设施管理平台泛在感知与智能设施管理平台，是终端设备与智能应用之间的纽带。 是数字孪生城市的基础性支撑平台，以全域物联感知和智能化设施接入为基础，以统筹建设运维服务为核心，以开放共享业务赋能为理念，服务于设备开发者、应用开发者、业务管理者、运维服务者等各参与者，向下接入设备，兼容适配各类协议接口，提供感知数据的接入和汇聚，支持多级分布式部署，推进信息基础设施集约化建设

24、，实现设备统筹管理和协同联动；向上开放共享数据，为各类物联网应用赋能，支撑物联数据创新应用的培育。 物联感知平台是数字孪生城市与真实世界的连接入口，泛在感知粒度决定数字孪生城市的精细化程度。 图4泛在感知与智能设施管理平台功能架构1、接入管理。 针对不同类型感知设备采用的多种传输协议接口，平台提供通用协议适配模块、接口适配模块、协议模型适配模块、插件适配模块等，支持CoAP、LWM2M、HTTP、MQTT等多种协议接口，确保各类感知终端设备统一接入。 各类行业通常自建的业务系统，12可通过SOA/DOA等方式接入到城市大数据平台，也可通过部署行业传感器的方式接入到泛在感知与智能设施管理平台。

25、2、数据管理。 平台根据物联网协议模型和设备插件，对各类感知设备采集的数据进行解析、清洗、预处理，并通过调用开放API接口，为设备管理、上层应用开发提供高质量数据支撑服务，包括数据协议管理、数据分析、数据统计、数据调用等。 3、设备管理与反向控制。 面向城市能源设施、水利设施、交通设施、通信设施、环卫设施、防灾设施、建设设施、地下管廊等各类设施中的感知终端，平台将根据设备开发者、应用开发者、业务管理者、运维服务者不同业务需求，提供设施设备健康状态监测管理、远程运营维护、设备远程指令控制、故障问题告警等管理和服务能力。 通过泛在感知与智能设施管理平台，城市建筑、桥梁、道路、管网、灯杆等公共基础设

26、施可实现“被感知”，从而提高设施的安全性和可维护性；交通违章、违法停车、垃圾满溢、井盖破损等城市运行状态及市容秩序可实现“智能发现”，为非现场执法和政府监督管理提供技术保障，提高城市管理效能，提升城市品位和形象；车辆、人员等位置及移动轨迹可实现“被追溯”，从而提高城市管理力量和资源的科学调度，用数据管理。 目前，国内的城市物联网平台主要聚焦在设施管理、生态监测、物流运输、智能抄表等领域，城市级物联网平台建设仍处于起步探索阶段，在技术功能、领域覆盖、建设模式等方面有待完善。 例如，重庆市巴南区打造的物联网管理平台，覆盖区域面积达83.08平方千米，主要对超过63万个城市部件进行统一管理。 上海市

27、制定出台13新型城域物联专网建设导则，对全市感知设备的部署进行统筹指导和规范约束，明确泛在感知与智能设施管理平台的技术架构，各区县、街道按照统一架构自行建设区域内平台，实行分级部署和分层管理，形成市-区-街道三级物联感知体系。 （三）城市大数据平台（三）城市大数据平台数字孪生城市的数据资源体系具备三个特征：一是从政务信息资源到城市大数据的转变。 数据更加多元多源，从政府业务数据扩展到感知数据、互联网数据、企业数据等，实现从封闭自用的政务信息资源到多方共建共享共用的城市大数据的跨越。 二是与物理世界动态连续映射。 所有主体数据都将叠加时空信息，每个物理实体任何时间、任何地点的状态，均可以映射到数

28、字孪生世界，实现物理实体在时空上的连续精准映射。 三是从封闭割裂到有机整体的跨越。 以往每一条独立的空间地理数据、建筑数据、业务数据、传感器数据、互联网数据如今均可关联到实体上，形成该实体的全量属性数据，并以实体为基础形成城市知识图谱。 图5城市大数据平台的功能架构数字孪生城市以城市信息模型为底座，以物理实体映射的一个14个数字孪生体为对象，将城市大数据作为对象的属性进行叠加。 与传统智慧城市相比，数字孪生城市不仅包括传统测绘数据、新型测绘数据等常规GIS数据类型，也包括基于倾斜摄影、BIM、激光点云的三维模型数据，基于移动互联网的地理位置数据、基于物联网的实时感知数据等，以及非结构化的视频、

29、图片、文档等。 城市大数据平台以城市BIM数据为骨架，整合城市规划、建设、管理等数据，同时不断融入物联网感知数据、位置数据和各种运行数据，保证城市数据的实时性，展示城市真实运行状态。 除此之外，通过对接已建政务系统、行业系统的政务数据和行业数据，实现城市数据的协同共享。 城市信息模型的数据组织应基于开放共享的城市信息模型和三维传输交换标准来构建。 城市信息模型可参照国际标准组织OGC框架下的CityGML标准实现。 CityGML核心模块定义了CityGML数据模型的基本概念和组件。 基于CityGML核心模块，每个模块包含一个逻辑上独立的主题组成的CityGML数据模型。 具有十三个专题扩展模块包括外观、桥、建筑、城市部件、城市目标组类、泛型、土地利用、救援物资、交通、隧道、植被、水体以及纹理面。 CityGML数据模型的主题分解可以实现支持任何组合的扩