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数字孪生推动智慧城市建设

2021-10-11 18:06:17 中央纪委国家监委 点击量:18271
  【安防展览网 智慧城市】福建省福州市时空信息公共服务平台汇聚城市建筑、道路、交通等数据,打造统一的信息数据资源池,用于全市的数据共享与服务。
 
  国庆假期,在北京首钢园区举办的2021中国科幻大会吸引了不少游客。现场,有一个虚拟的“共同体号”神舟飞船更是让不少太空迷们直呼过瘾。
 
  游客进入“共同体号”神舟飞船,便可沉浸式体验来自未来的“太空探险”——经历生息、生产、生活三个板块,感受智慧生活、智慧科研、智慧休闲三种未来场景。如此科幻的场景搭建,离不开数字孪生技术的加持。
 
  什么是数字孪生?就是综合运用感知、计算、建模等信息技术,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程,又被称为数字映射、数字镜像。
 
  简单来讲,就是在虚拟的数字世界里,“克隆”一个现实存在的物理世界,且可对物理空间进行描述、诊断、预测、决策,进而实现物理空间与数字空间的交互映射,曾被认为是下一个改变世界的颠覆性技能。
 
  基于这一技术,数字孪生城市的概念也逐步进入国家决策视野,探索建设数字孪生城市被纳入“十四五”规划和2035年远景目标纲要,多地纷纷开始试水。如今,它正从一个技术概念,演变成一种新转型路径、新变革动力。
 
  那么,什么是数字孪生城市?它的构建将给我们的工作生活带来哪些变化?
 
  实时交互映射,“孪生兄弟”如影随形同生共长
 
  在广州塔下的广州国际媒体港内,有一座数字化的广州城——“穗智管”城市运行管理中枢。与现实的广州一样,包括环境、建筑、道路、人在内的点点滴滴,都在数字化的城市信息模型上一一对应,如影随形同生共长。
 
  这就是数字孪生城市。它赋予实体城市新的数字基因,使不可见的城市隐形秩序显性化。
 
  “相当于通过数字化重构一座现实的广州城,实现实体城市向数字空间的全息投影,从而增强城市治理灵敏感知、快速分析、迅捷处置能力。”广州市政务服务数据管理局副局长梁文谦表示。
 
  据了解,业内人士把2020年称为数字孪生城市元年。“穗智管”城市运行管理中枢的建设攻坚就是在这一年。
 
  综合运用大数据、云计算、区块链、物联网、人工智能等技术手段,广州建立起“一图统揽、一网共治”运行模式,经济、医疗、城管、交通、生态、民生等各领域要素的数据信息聚集于此,经联动融合分析,反过来再为各部门提供更精细更全面的数据支撑,赋能城市治理、民生服务等。
 
  目前,广州“穗智管”核心底座已搭建完成,建成了城市运行体征指标体系“一张图”,已对接30多个部门的业务系统,归集了超29亿条城市运行数据,实现对城市运行体征的实时监测和大数据分析应用,为城市管理决策指挥和调度协同一体化提供了平台支撑。
 
  以数字为基础,以模型为载体,助力城市运营和治理……可以说,数字孪生城市是智慧城市建设的升级,也是城市治理体系和治理能力现代化的“助推器”。
 
  不止在广州,这样的尝试正在北京、上海、浙江、福建等多地开花。作为城市副中心所在的北京市通州区,还于近日成立了“数字孪生城市创新实验室”,以张家湾小镇建设为起点,将推动城市全生命周期信息化和城市审批管理全流程数字化,全面提高城市精细化治理水平,将通州打造成数字孪生城市创新高地。
 
  和以往的二维视角不同,数字孪生城市以三维技术为支撑,空间信息更加清晰、立体感更强,能够高真实度还原物理城市信息,且更加强调虚拟空间对现实空间的实时性与互动性。
 
  具体来讲,实时性指借助物联网时刻感知现实城市的动态运营状况,并在虚拟空间随时监测、分析和发现城市实际运营中存在的问题,如城市生态问题、灾害问题、交通问题、治安问题、疫情问题等。而互动性则是针对现实城市所面临的管理问题和发展诉求,通过虚拟空间的仿真模拟和分析反作用于现实城市的规划、建设、运营与治理,最终形成虚实结合、孪生互动的城市发展新形态。
 
  从白洋淀里走出的雄安新区,在城市建设史上首次实现了“数字城市”和“物理城市”齐头并进,从规划到建设,一张蓝图绘到底。
 
  从智慧路灯到智能井盖,从智慧泊车到智能工地……自雄安新区设立,“数字雄安”智慧基因的植入无处不在。
 
  传统的智慧城市往往更多关注建筑、交通、水务、园林等某一行业或领域的智慧化,而雄安是基于城市信息模型的全城智慧化,在此平台上可以把城市各专业数据进行集成,从而达到规划一张图、建设监管一张网、城市治理一盘棋的新格局。
 
  以数字孪生的雄安高铁站为例。据高铁站有关负责人介绍,以科技手段替代传统肉眼观察是数字孪生站的最大不同。比如,在日常运营和维护过程中,通过5G、全景影像等技术,工作人员可以轻而易举地调取和录入设备数据。
 
  站内的幕墙、雨棚、吊顶等关键部位发生故障怎么办?不用担心,系统可以通过大数据深度挖掘和图像智能识别技术,自动分析比较巡检数据和影像,主动发现问题并及时反馈分析处理结果。
 
  能感知会思考,城市的每根“毛细血管”都是活的
 
  全面对接城市治理、民生服务、经济发展、绿色环保等不同领域系统,对重大事件和特殊场景需求进行实时响应,按需调用相关子系统业务能力,从而实现城市治理的协同联动和一网统管,这是建设数字孪生城市的目的所在。
 
  作为智慧城市的实践者,浙江在数字孪生城市建设及应用层面进行了许多尝试。
 
  在2021年世界互联网大会的举办地乌镇,“数字孪生一张图”数据底座为乌镇的城市治理提供了不少帮助。
 
  走在乌镇的城市主干道上,你会发现每一个井盖、电线杆、消防栓都有自己的编码。如果你发现了井盖破损等问题,怎样快速处理?
 
  打开微信扫一扫设备上的二维码,就能将维修信息上报乌镇管家平台。工作人员在接收到平台处置信息后,可以第一时间赶赴现场,避免意外的发生。
 
  距离乌镇300公里外的衢州市,基层治理“一件事”平台也在数字孪生技术的支撑下上线。其中基层治理的“老大难”——违规占道经营问题有了新的突破口。
 
  “过去占道经营的流动性大,发现难、管理也难,经常出现因信息共享不畅通的反应迟滞以及部门之间踢皮球的现象。”衢州市城管局工作人员介绍道。
 
  如今,在衢州的城市运营指挥中心里,数字孪生城市构建的数据底座,已经把城市中的人、事、物所有要素数字化,创造了一个与之完全对应的“虚拟”城市,道路的“生命体征”也随之活跃起来。
 
  摄像头抓拍的画面、网格员巡查的信息以及群众举报的问题等,实时汇总到指挥中心,一旦发现有占道经营行为,预警信息马上发到乡镇统一指挥平台,平台派单给综合执法队伍处置……整个流程高效快捷。
 
  当城市的每一根“毛细血管”都可以在虚拟世界复现,许多物理空间难以克服的问题就可以借助其“孪生兄弟”得到解决,譬如交通拥堵这样普遍存在的“城市病”。
 
  在陕西西安,作为国家5A级景区的曲江区域,有大唐不夜城、大唐芙蓉园等知名景点,节假日期间经常出现较长时间交通拥堵等问题。
 
  今年中秋节又恰逢第十四届全国运动会在西安举办,各景点纷纷将全运会元素融入景区。9月21日下午不到五点,西安“城市交通智慧大脑”平台就显示:通往大唐不夜城的芙蓉西路即将进入拥堵时段。
 
  “南三环——芙蓉西路路口有可变导向车道和借道左转,已提前调整沿线信号灯配时!”在西安“城市交通智慧大脑”里,后台通过数字孪生城市提供的行人、车辆、道路、环境等实时三维仿真交通数据,综合分析该时段车辆的到达、驶离、排队和消散规律,并根据各路口不同方向交通需求,已经自动匹配出最优的方案。
 
  据了解,截至8月底,西安市主城区已有1508处路口接入智能信号灯,321处路口信号灯实现自适应控制,124条路段718个路口常态“绿波”,车辆平均在途时间缩短约20%。
 
  惠及民生福祉,感知城市感知人心
 
  数字孪生城市,一端连接着政府治理,另一端则直接服务着广大百姓。
 
  今年7月,第6号台风“烟花”来势汹汹,浙江宁波连降暴雨,导致部分区县、乡镇街道出现大量积水,但宁波城市大脑仅用3个小时就完成了“台风积水地图”应用的集成,并在“浙里办”宁波频道上线,为市民出行提供便利。
 
  “西湾路0.45m,新芝路0.48m,体育场路30弄12号0.34m……”市民只要用手机打开“浙里办”APP,点击宁波城市频道“台风积水地图”,一键就能查看宁波城区149个积水点的位置。借助物联网感知设备,所有积水点深度都能够实时更新,还能看到水深的变化曲线图。7月25日,该功能上线后,受到群众一致好评,“浙里办”宁波频道单日访问量较前一日提升1.4万人次。
 
  “作为一个城市治理的平台,首先要感知这个城市。要感知的是人心,市民在生产生活中有哪些需求,都能通过对大数据的深化智能分析来进行感知,精准找到当前城市运行存在的痛点、堵点,从而精准施策、有效治理。”广州市政务服务数据管理局有关负责人表示。
 
  医疗卫生是群众最为关切的领域之一。在数字孪生城市建设中,部分医院也被纳入先行先试的重点。四川大学华西医院里的一些试点病房,就借助数字孪生技术,搭建起可视化、场景化智慧医院示范平台,为病人就诊带来了便利。
 
  在试点病房里,患者入院当天,医护人员就会给其佩戴一个特别的手环。这个手环不仅可以呼叫工作人员,还能实时监测心跳和血压。
 
  不仅如此,华西医院的智慧医院管理平台还依托门诊住院大楼的三维模型,将患者的看护等级、住院信息等与三维场景深入融合,对床位进行区分。只要在后台点击床位模型,就能及时查看患者的就诊和护理信息。
 
  根据监测到的患者的实时状态,平台还可以将各种数据直观呈现给医护人员,帮助医护人员及时判断可能会发生的紧急情况并提前做出应对措施。
 
  数字孪生城市带来的变化,让居民生活更便捷,也更有温度。
 
  在上海,如果你居住的小区发生停电,一个报修电话之后,1分钟之内,抢修工单就能精准发送。而这样看似简单的操作在以往却并不容易。
 
  国网上海市电力公司有关工作人员介绍,他们采用大数据和人工智能技术,研究研判算法,基于GIS(地理信息系统)可视化,实现抢修工单自动精准派发。
 
  万物互联的时代,数字孪生城市的应用还能延伸到更多场景。
 
  9月27日,上海首个数字孪生博物馆系统在上海市历史博物馆(上海革命历史博物馆)正式上线——依托上海城市运行“一网统管”框架和上海城市运行数字体征的理念,对上历博(上革博)及周边进行了超精细三维数字化复原,利用三维数字孪生引擎实现了博物馆大楼内外的1∶1三维数字孪生。同时,对接政府业务数据、物联感知数据、环境天气等多维实时动态数据,让博物馆“活”了起来。
 
  未来,数字孪生城市还将同步拓展公共服务、商业办公等系统,打造智慧服务、智慧营商等平台,以及对应的应用场景。以大数据为代表的新一代信息技术与城市深度融合的数字孪生城市建设,将用技术创新实现更有温度、更有质量的生活体验。

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