李德仁院士:数字孪生城市是智慧城市建设的新高度

面对日益激烈的全球竞争和城市挑战复杂性,城市面临越来越大的压力,所以,这对于更加有效的进行资源分配和城市管理提出了更高的要求。“数字孪生城市”这个概念,是将数字城市作为一个孪生体与物理城市平行运转,它的构建将引发城市智能化管理和服务的颠覆性创新

今年10月,中国科学院、中国工程院李德仁院士,在地理信息技术创新大会上发表了题为《基于数字孪生的智慧城市》的主旨演讲,指出数字孪生既是数字城市的目标,也是智慧城市的新高度,并以生动的案例介绍了数字孪生的相关实践。

李德仁院士:数字孪生城市是智慧城市建设的新高度-BIMBANK

数字孪生与智慧城市的关系

数字孪生作为实现虚实之间的双向映射、动态交互、实时连接的关键途径,可将物理实体和系统的属性、结构、状态和行为映射到虚拟世界,形成高保真的动态多尺度模型,为观察物理世界、控制物理世界、改造物理世界提供了一种有效的手段。

当前对数字孪生存在多种不同认识和理解,目前尚未形成统一共识的定义,但物理实体虚拟模型数据、连接服务这些关键词已经成为数字孪生的核心要素。

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“数字孪生城市”将物理城市中的所有人、物、事件等动态要素数字化,在虚拟空间进行精准映射,形成信息维度上的虚拟世界与物理维度上的实体共存,是数字孪生技术在城市层面的广泛应用。

它将实现在网络空间对物理城市的智能运控与管理,例如在突发公共疫情发生时,精准跟踪确诊者或疑似患者的密切接触者,用这种方式取代“封城”。并且能够实时查看基础设施(水、电、气、交通等)的运行状态,合理调配市政资源(警力、医务、消防等)实现人流、物流和车流的安全运控。

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数字孪生的智慧城市要解决的5大科学问题

当我们实际运行中,面对大量实时观测的数据,不可能简单地通过批量导入的方法接入实时数据,数据的管理是动态的,系统需要提供实时分析功能,向管理者输出动态变化的结果。所以当前,急需解决数字孪生城市的五大科学问题为:

物理实体维度:如何实现城市多源异构物理实体的智能感知与互联互通,实时获取物理实体对象多维度数据,从而深入认识和发掘相关规律和现象,实现物理实体的可靠控制与精准执行。

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虚拟模型维度:如何构建城市动态多维多时空尺度高保真模型,如何保证和验证模型与物理实体的一致性/可靠性,如何实现多源多学科多维模型的组装与集成等。

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孪生数据维度:如何实现城市海量大数据和异常小数据的变频采集;全要素/全业务/全流程多源异构数据的高效传输;信息物理数据的深度融合与综合处理。

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连接与交互维度:如何实现城市跨协议/跨接口/跨平台的实时交互,进行数据-模型-应用的迭代交互与动态演化等。

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服务/应用维度:如何基于多维模型和孪生数据,提供满足不同领域、不同层次用户、不同业务应用需求的服务。

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数字孪生的智慧城市应用

会上,李德仁院士通过生动的案例向大家介绍了数字孪生的智慧城市应用,我们选取了几项应用与大家分享。

智能电网数字孪生服务

智能电网的数字孪生非常重要,通过在虚拟空间中完成对智能电网的映射,反映智能电网的全生命周期过程,进而做出仿真分析的决策。

在电网输电线路的巡检中,原有的巡检手段单一、智能化程度低、不能满足应急的需求。通过使用无人机+人工智能在线算法代替人力巡线,实现了巡检、故障判读、报表输出实时处理,极大地降低了劳动强度。

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LiDAR诊断子系统测定电线杆与树的距离,倾斜摄影进行三维建模,红外热成像诊断子系统研究输电线的温度异常。通过建立电力走廊无人机巡检与智能监测系统,解决了电力走廊安全风险的定位和预警的问题。

经现场测量,与无人机测量误差低于10%,实现了超5万公里的电力自动巡检。

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智慧城市的交通大脑

依托全息感知、时空分析、数据挖掘技术打造了道路交通智慧应急系统,与公安部一起进行了智慧交通管理和智慧应急管理的实践。智慧交通应急管理大脑把手机轨迹数据、视频轨迹数据、出租车轨迹数据、公交刷卡数据等进行一体化24小时监测管理。在武汉市的上线使用中,2017年1月至2018年3月,武汉市全国拥堵排名实现从23位降至53位,拥堵情况大幅缓解。

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智慧城市公共疫情服务

李德仁院士认为,智慧城市公共疫情服务的终极目标是通过网络把城市管理好,精准跟踪确诊者或疑似患者的密切接触者,用这种方式取代“封城”。

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要做到这点,实现疫情安全距离自动感知非常重要,针对北斗信号无法穿透室内空间,室内定位精度低的难题,李德仁院士团队研发了,基于音频的高精度智能手机测距技术。

与目前广泛采用的蓝牙定位技术相比,其信号作用距离从5-10米扩大到50米,测距精度从2-5米提升到0.12米,是目前世界上可支持所有大众手机精度最高的定位技术,同时,这项技术可用于疫情近距离接触场景的感知,结合大数据检测平台,实现智慧城市公共疫情服务。目前已在全国多地开展试点。

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数字孪生城市是智慧城市建设的新高度

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数字孪生城市赋予了城市政府全局规划和实时治理能力,使公共机构更快响应并进行弹性治理,是数字城市的高级阶段,也是智慧城市的新高度。通过利用5G/6G、物联网、城市信息模型、时空大数据,云边计算和人工智能来建设好基于数字孪生的智慧城市。李德仁院士在演讲的最后特别提到,在今年的疫情常态化下,业内各位专家、学者、企业更应抓好基于数字孪生的智慧城市的各种智能化应用,推动新型智慧城市的升级发展,更好地服务与国家和人民。

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