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数字城市的目标 智慧城市的新起点——数字孪生
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数字城市的目标 智慧城市的新起点——数字孪生

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来源:中国建设报 2020-04-27
                                     作者:陈 宇
在信息化高速发展的今天,城市的发展正在由“数字化”时代进入“智慧化”时代,再到“新数字时代”。数字城市的目标是将现实世界的许多工作搬到网上,通过计算机网络来实现。智慧城市是在信息港和数字城市的基础上发展起来的新方向。现阶段,随着各种技术的发展与应用,越来越多的概念不断涌现并应用到城市建设中,数字城市的内涵也在不断丰富,为城市的自动监控、信息采集、数据分析处理、科学决策反应提供支撑。
不断发展的数字城市
数字城市狭义上是指以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础,以宽带网络为纽带,运用遥感、全球定位系统、地理信息系统、仿真-虚拟等技术,对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述,即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现。广义则是指城市的数字化,通过数字化的手段来处理、分析和管理整个城市,促进城市运行的通畅和协调。
早期的数字城市是现代信息技术对城市社会经济信息进行的全面整合,实现城市各种信息的共享与服务。可以说前期的数字城市是智慧城市发展的前提和基础,它最主要的内容就是在信息相同的前提下,将其信息技术本身所具有的优势完全发挥出来,以此让实体城市向数字化方向发展。
而随着物联网、云计算等新一代信息技术以及移动通信、人工智能等工具和方法的不断发展,实现城市信息全面透彻的感知、宽带泛在的互联以及智能融合的应用已经具备了条件,城市的发展正在由“数字化”时代进入“智慧化”时代。智慧城市是在信息港和数字城市的基础上发展起来的新方向。在智慧城市阶段,智慧园区、智慧社区、智慧工地等平台、应用、场景成为建设的重点。
智慧城市的建设源于智慧地球。智慧地球本身是在各个行业之中使用新的IT技术,然后将感应器镶嵌在全球的每一个地方,将铁路、电网、桥梁等全部链接起来,最终形成物联网。智慧城市在本质上其实是一个小型的智慧地球,将智慧地球本身所存在的各项内容完全体现在了城市之中。它能够让整个城市变得更加智慧,这主要是因为运用互联网能将城市之中的各个传感器设备进行相互连接,由此构建起来一个区域之中的物联网,让城市可以被全面感知。
随着互联网以及信息技术的发展,越来越多的其他领域的新概念应用到智慧城市建设中。近年来,数字孪生——这一工业互联网中的重要概念开始与智慧城市的建设不断融合,基于数字孪生理念的新时代数字城市成为新的潮流,尤其是《河北雄安新区规划纲要》中提出“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,推动全域智能化应用服务实时可控,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”以来,数字孪生城市成为现阶段最前沿的理念。
“孪生”成为数字城市的新内核
在雄安新区建设的指引下,数字孪生城市建设在行业内一时炙手可热。数字孪生城市的兴起并非偶然,智慧城市建设弊端的不断涌现、越来越多互联网技术与理念和城市建设的不断融合、现阶段新基建的兴起,也为数字孪生在全行业迎来新一轮爆发制造契机。数字孪生的意义就在于让真实世界很高成本、很难实现的事情,可以在虚拟世界里低成本、快速地去实施。无论是全域规划一张图,还是城市治理一盘棋,数字孪生都作为新型智慧城市的基础设施,以数字化的虚拟映射来模拟城市全要素和时空全过程,从而打通智慧产业集群之间的信息互联互通,推动新基建大潮下各领域的数字升级。
与传统基建不同,新基建作为当前经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键助力,其最大的特征就是数字化。智慧城市信息处理核心也是数字化,通过大数据、云计算、5G、人工智能、物联网、智能感知等方式推进城市治理现代化,加速万物互联、全感知全连接、虚实交互的数字城市的到来。
此外,对于数字孪生城市,物联网也是十分重要的一环,没有物联网的建设,数字孪生城市是建不起来的。因为从现实城市到数字城市,要把数据采集到数字城市中,全域数字化之后,在数字城市进行映射,从而自动发现问题。无论是新基建还是传统基建,物联网以及智能感知技术的发展都是不可或缺的。无所不在的传感网络将实现城市部件的实时感知与自主联网,地理信息系统将水、电、气、交通、环境等基础信息与特定时空下的城市事件紧密关联、实时融合,将全面满足城市人与物的联通、管理、响应的需要。
基于物联网以及智能感知设备,营造全域数据汇聚、融合共享的环境,实现物理世界与虚拟世界的虚实交互,打通数据流通通道,从源头上避免数据壁垒的产生,促进数据融合、开放的常态化、制度化和规范化。以城市信息模型为关键技术建设数字孪生城市,全面推动海量数据的跨领域融合应用,构建安全、有序的数据开放生态,充分释放数据资源价值,打造融合城市灾害预警、应急管理、公共服务等功能的一体化智能城市管理服务模式,推动城市运转的全面数字化、智能化,让城市居民生活更舒适、更方便。
以现实构建虚拟,以虚拟指导现实,全面提升城市规划质量和水平,实现科学的城市规划、顶层设计、决策管理,让决策者和评估者快速、直观地了解智慧化对城市环境、城市运行等状态的提升效果,辅助政府在信息化、智慧化建设中的科学决策,避免走弯路或重复、低效建设,实现智慧城市建设协同创新。
智慧城市是数字城市发展的高级阶段,数字孪生城市作为数字城市最初的目标,也将成为智慧城市建设新的起点。以基础设施为支撑,赋予城市实现智慧化管理与科学决策的能力,现实世界物理问题通过采集反映到数字世界进行优化,然后在数字世界仿真、在物理世界执行,最后进行反复迭代,形成具有深度学习能力、虚实融合的管理和运营模式,推动现代化治理能力与治理体系的形成。