数字孪生城市是通过数字孪生技术在城市层面的广泛应用建立起来的。数字孪生城市就是通过构建城市的物理世界和网络虚拟空间的复杂系统，一对一的通信，相互映射和协作交互，在网络空间中创建匹配和对应的模型。数字孪生城市的本质是虚拟空间中对城市的映射，也是支持新型智能城市建设的复杂综合技术体系和信息维度中虚拟城市在物理维度和虚拟城市中的共存，虚拟和真实集成。......
2023-10-30
数字孪生技术与应用：城市特征、架构及关键技术
【摘要】：7.3.3数字孪生城市的关键技术数字孪生城市建设依托云计算、大数据、通信网络、数据处理、模拟仿真为主要构成的技术体系。
7.3.1 数字孪生城市的特征
数字孪生城市有四大特点：精准映射、虚实交互、软件定义、智能干预。
精准映射：数字孪生城市通过天空、地面、地下、河道等各层面的传感器布设，实现对城市道路、桥梁、井盖、灯罩、建筑等基础设施的全面数字化建模，以及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。
虚实交互：城市基础设施、各类部件建设既有痕迹，城市居民、来访人员上网联系即有信息。未来数字孪生城市中，在城市实体空间可观察各类痕迹，在城市虚拟空间可搜索各类信息，城市规划、建设以及民众的各类活动，不仅在实体空间，而且在虚拟空间都得得到极大扩充，虚实融合、虚实协同将定义城市未来发展新模式。
软件定义：孪生城市针对物理城市建立相对应的虚拟模型，并以软件的方式模拟城市中的人、事、物在真实环境下的行为，通过云端和边缘计算，软性指引和操控城市的交通信号控制、电热能源调度、重大项目周期管理、基础设施选址建设。
智能干预：通过在数字孪生城市上规划设计、模拟仿真等，将城市可能产生的不良影响、矛盾冲突、潜在危险进行智能预警，并提供合理可行的对策建议，以未来视角智能干预城市原有发展轨迹和运行，进而指引和优化实体城市的规划、管理，改善市民服务供给，赋予城市生活“智慧”。
7.3.2 数字孪生城市的架构
数字孪生城市建设依托以云、网、端为主要构成的技术生态体系，端侧形成城市全域感知，深度刻画城市运行体征状态；网侧形成泛在高速网络，提供毫秒级时延的双向数据传输，奠定智能交互基础；云侧形成普惠智能计算，以大范围、多尺度、长周期、智能化实现城市的决策、操控。
（1）端侧：群智感知、可视可控。
城市感知终端“成群结队”形成群智感知能力。感知设施将从单一的RFID、传感器节点向更强感知、通信、计算能力的智能硬件、智能杆柱、智能无人汽车等迅速发展。同时，个人持有的智能手机、智能终端将集成越来越多的精密传感能力，拥有日益强大的感知、计算、存储和通信能力，成为感知城市周边环境以及居民的“强”节点，形成大范围、大规模、协同化普适计算的群智感知。(www.chuimin.cn)
基于标识和感知体系，全面提升传统基础设施智能化水平。通过建立基于智能标识和监测的城市综合管廊，实现管廊规划协同化、建设运行可视化、过程数据全留存。通过建立智能路网实现路网、围栏、桥梁等设施智能化的监测、养护和双向操控管理，多功能信息杆柱等新型智能设施全域部署，实现智能照明、信息交互、无线服务、机车充电、紧急呼叫、环境监测等智能化能力。
（2）网侧：泛在高速、天地一体。
提供泛在高速、多网协同的接入服务。全面推进4G，5G，WLAN，NB-IoT，eMTC等多网协同部署，实现基于虚拟化、云化技术的立体无缝覆盖，提供无线感知、移动宽带和万物互联的接入服务，支撑新一代移动通信网络在垂直行业的融合应用。形成天地一体综合信息网络支撑云端服务。综合利用新型信息网络技术，充分发挥空、天、地信息技术的各自优势，通过空、天、地、海等多维信息的有效获取、协同、传输和汇聚，以及资源的统筹处理、任务的分发、动作的组织和管理，实现时空复杂网络的一体化综合处理和最大有效利用，为各类不同用户提供实时、可靠、按需的服务和泛在、机动、高效、智能、协作的信息基础设施与决策支持系统。
（3）云侧：随需调度、普惠便民。
边缘计算及量子计算设施能提供高速信息处理能力。在城市的工厂、道路、交接箱等地，构建具备周边环境感应、随需分配和智能反馈回应的边缘计算节点，部署以原子、离子、超导电路和光量子等为基础的各类量子计算设施，为实现超大规模的数据检索、城市精准的天气预报、计算优化的交通指挥、人工智能科研探索等海量信息处理提供支撑。
人工智能及区块链设施为智能合约执行。构建支持知识推理、概率统计、深度学习等人工智能统一计算平台和设施，知识计算、认知推理、运动执行、人机交互能力的智能支撑能力。建立定制化强、个性化部署的区块链服务设施，支撑各类应用的身份验证、电子证据保全、供应链管理、产品追溯等商业智能合约的自动化执行。
部署云计算及大数据设施，建立虚拟一体化云计算服务平台和大数据分析中心，基于SDN技术实现跨地域服务器、网络、存储资源的调度能力，满足智慧政务办公和公共服务、综合治理、产业发展等各类业务存储和计算需求。
7.3.3 数字孪生城市的关键技术
数字孪生城市建设依托云计算、大数据、通信网络、数据处理、模拟仿真为主要构成的技术体系。首先，数字孪生城市的建设对信息通信技术中的云计算以及大数据有较高的要求，是因为在建设现代化的数字孪生城市中必然对城市中的某些数据进行监测与采集，然后根据所采集的数据进行分析，使其能够精准地模拟城市的原貌。其次，如何使设备进行互联？数字孪生城市在进行数字仿真、实时跟踪，需要形成多设备互联、协同。最后，技术融合与数据是最关键的环节，4G/5G通信、大规模数据并行处理等技术与3D建模、模拟仿真、虚拟现实等数字孪生相关技术的快速集成，极大地推动了在数字空间中建设同步运行的数字孪生城市建设。
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