[TOC] # 概述 ## 数字孪生城市定义 数字孪生是指充分运用物理模型、传感器、运作历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的模拟仿真全过程，在虚拟空间中完成映射，进而反映相对应实体设备的生命周期全过程。 数字孪生城市是在建筑信息模型和城市三维地理信息系统的基础上，利用物联网技术把物理城市的人、物、事件和水、电、气等所有要素进行数字化，然后在网络空间上构造一个与之完全对应的“虚拟城市”，形成物理维度上的实体城市和信息维度上的数字城市同生共存、虚实交融的局面。 ——李德仁院士 **“数字孪生城市”本质是通过数据全域标识、状态精准感知、数据实时分析、模型科学决策、智能精准执行，构建城市级数据闭环赋能体系，实现城市的模拟、监控、诊断、预测和控制，消除城市规划、建设、运行、管理、服务的随机不确定性。** ## 溯源 数字孪生最早是由美国国防部提出来的技术，用于航空航天飞行器维护保障。其过程主要是在数字空间建立真实飞机的模型，再通过传感器实时感知飞机的状态，及时分析和评估该飞机是否需要维修、能否承受下次的任务载荷等（图1）。 在我国，“数字孪生城市”的概念最早是由中国信息通信研究院的研究人员提出，相关的概念和要求在2018年被写入《河北雄安新区规划纲要》。 ## 数字孪生城市的主要支撑技术 数字孪生城市是基于**3S空间信息技术，物联网技术，人工智能技术，三维模型，建筑信息模型（BIM）以及城市智能模型（CIM）等多种技术构建起来的新型智慧城市**。数字孪生城市需要通过这些技术来创建一个虚拟的智慧城市，进而对城市中各个要素（比如建筑、交通、能源、医疗等）进行监测、模拟仿真、分析和预测等，从而提出符合智慧城市建设的规划以及智慧城市应用的各种解决方案。如果将数字孪生城市比喻为人类生命体，则这个生命体可以通过3S空间信息技术获取的城市自然、人文、生态等基底模型作为骨架。利用三维建模技术、BIM和CIM等技术，可以将城市的实体建筑数字化成计算机上的建筑，生成生命体的血肉。进而通过物联网感知技术生成神经网络，最后结合人工智能技术，塑造成一个成熟的大脑，最终将城市真正打造成一个可感知，可判断，快速反应，会学习的城市生命体。因此，数字孪生城市的实现需要**3S空间信息技术、三维建模技术、物联标识感知技术以及人工智能与深度学习**等支撑技术。 ## 相关概念：**3D城市模型介绍** 3D城市模型是在虚拟世界（网络空间）中再现现实世界（物理空间）城市的三维地理空间数据，由国土交通省作为PLATEAU项目的一部分开发。 3D城市模型把那些能联系起与城市活动有关的各种数据的基本信息运用起来，这样通过它就可以共享各种知识和信息。3D城市模型是实现城市数字化转型，实现"数字孪生"和社会 5.0 的基本要素技术之一，产生创新的解决方案。 ## 相关概念：**CityGML介绍** CityGML是地理空间数据的唯一标准数据格式，可以描述城市尺度分析和模拟所需的语义。 在其他国家，国家和城市层面的数据开发正在进行，但在日本尝试大规模的数据开发尚属首次。 CityGML将城市中的建筑物、街道、桥梁等对象定义为地理对象，并将对象的所有空间、时间和主题信息，如形状、名称、类型、建造年份等定义为地理属性。 无论谁创建了3D城市模型，也无论3D城市模型位于何处，这种严谨的态度都会使数据结构一致。  此外，CityGML还有一个叫做LOD（Level of Details）的概念，它可以综合管理同一对象的不同细节层次的各类信息。 过去，同一对象的信息，如以不同比例尺保存的地图数据，都是分开保存和存储的。 这导致了数据之间的不一致和数据的重复，成为横截面数据使用和高效数据更新的障碍。LOD使得对同一对象的所有信息进行统一管理、积累和使用成为可能。 此外，CityGML还提供了一个名为ADE（Application Domain Extension，应用域扩展）的功能来扩展地理特征和属性的定义，我们可以将必要的信息作为地理特征和属性添加到各个目的中。 通过按照ADE规则对模型进行扩展，使增加的地理特征和属性的再利用性增高，并可扩展用于其他目的和用途。 # 案例实践 ## 数字孪生城市的思考 —— 以雄安新区规划建设BIM管理平台项目为例 https://mp.weixin.qq.com/s/wUXGJZNM7STAWwmzDTyc_g # 日本城市级数字孪生开放平台 PLATEAU **PLATEAU是日本国土交通省推动的三维城市模型开发的主导项目。把城市活动的平台数据通过对3D城市模型的开发，并以开放数据的形式发布，这样每个人都可以自由提取和利用城市数据。** PLATEAU项目的目标是在日本全国范围内普及3D城市模型的开发并扩大其使用范围。其在2020财年结束前将在包括东京23区在内的日本全国约50个城市开发三维城市模型，并开展各种主题的用例开发和黑客马拉松活动。 通过项目积累的知识和利用方法，将成果转化为开放数据，在全国范围内进行推广。  ## 应用1： 虚拟城市空间的购物体验 在虚拟的城市空间中提供"走遍全城"这样的流通体验，利用 3D 城市模型打造城市规模的"虚拟新宿"，在虚拟空间中提供购买、流通体验等城市功能。在"虚拟新宿"中，用户可以体验到"在城市中行走"、与其他用户交流、使用虚拟人物参与活动等各种内容。我们将验证这种在虚拟空间的体验是如何促进用户 QoL 的改善、区域价值的提升以及参与企业的货币化。 ## 应用2： 通过游戏化传播地区景点 利用 3D 城市模型制作的"虚拟银座"的舞台上，验证通过游戏化提供流通体验的价值。通过在"虚拟银座"中提供与物理空间相连接的内容，旨在传递具有多元文化和历史的银座的魅力，并使该地区重新焕发活力。  ## 应用3： 利用AR/VR的网络物理交叉通信 将利用3D城市模型在涉谷区搭建 AR/VR 交流平台，验证该区域的AR。 用户和偏远地区的 VR 用户如同在同一空间共享的全新跨域物理交流价值。沟通价值。 ## 应用4： 基于空间识别技术的AR旅游指南 利用 3D 城市模型数据搭建 VPS，并利用该技术开发 AR 导览和移动点餐系统，验证新常态时代的旅游和餐饮体验。 ## 应用5： 物流无人机飞行模拟 利用三维城市模型进行飞行模拟，以验证其在高层建筑林立的城市地区实现安全高效的无人机导航的作用。此外，为了高效更新三维城市模型，我们将利用物流无人机拍摄的送货路线航拍照片，验证更新三维城市模型的可能性。 ## 应用6： 物流无人机飞行模拟施工车辆的交通模拟 利用三维城市模型模拟工程车辆的运送路线，验证其对施工企业和当地居民的影响和价值。 ## 应用7： 区域管理的数字孪生 利用以东京港市竹芝为中心的三维城市模型，以及从模型中设置的 1000 多个传感器中获取的数据，验证基于三维城市模型的建筑管理运营效率的提高，以及对游客的便利性的提高。 **1.活动监测** **摄像机图像分析可行性研究** **通过激光传感器进行高精度、实时的人流量测量** **利用智能手机和其他设备发出的无线电波(Wi-Fi和4G/LTE)监测拥堵情况** **结合使用不同的监测技术进行人流分析** **用Wi-Fi分组传感器监测人流的点对点移动** **2.灾害管理** **区域管理的数字孪生** **基于垂直疏散建筑的可视化等防灾规划研究** **通过时间序列洪水模拟数据的三维可视化进行防灾规划和宣传** **3.智慧规划** **与城市发展相关的人流量变化的可视化，促进步行中心的发展** **利用调查人员的调查进行智能规划** ## 参考： Digital Twins︱日本城市级数字孪生开放平台 PLATEAU 公测版上线 (上) https://mp.weixin.qq.com/s/MVjMC178EzOi9r4jWY1OIQ Digital Twins︱日本城市级数字孪生开放平台PLATEAU公测版上线 (下) https://mp.weixin.qq.com/s/r10mG6hvCcMbPbACq3Js9w # 软件产品 ## Virtualcity Systems 一种构建数字孪生城市的工具介绍 提供了整套的解决方案，以CityGML标准为基础，除了Virtualcity Building Reconstruction可用于城市建模外，Virtualcity Systems还提供了Virtualcity DATABASE数据库，另外还有Virtualcity PUBLISHER、Virtualcity WAREHOUSE、Virtualcity MAP等一系列应用。 https://mp.weixin.qq.com/s/uqW5HfjgFFgEGelZb_i-zg # 微信文章 ## 李德仁院士：数字城市的未来——数字孪生城市 https://mp.weixin.qq.com/s/91D9iXSTr2QOdybDIu1amg ## CIM智汇 | 基于城市仿真系统的数字孪生城市规划 https://mp.weixin.qq.com/s/sZWKAFdure_TrqjKhDx_QA ## 张新长,等.建设数字孪生城市的逻辑与创新思考 https://mp.weixin.qq.com/s/RLMIDvAdl-6OV_ug_Z7yAg ## 数字孪生城市的内涵及特征 https://mp.weixin.qq.com/s/eTOtSWFM5eClXcmeg6hj5w