CAICT 中国信通院
数字孪生城市研究报告
(2019 年〉
中国信息通信研究院
2019年10月
版权声明
本研究报告版权属于中国信息通信研究院及数字孪生
城市研究合作伙伴,并受法律保护。转载、摘编或利用其
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致谢
2018 年 , 中国信息通信研究院联合业内知名企业 , 围绕数字孪
生城 市 的概念 、 内涵和总体架构 , 进行研讨并发布了数字孪生城市
研究报告( 2018 年〉。进入 2019 年 , 面对各地数字孪生城市规划和
建设的迫切需求 , 中国信通院再次牵头组织业界 , 尤其是与城市三
维建模密切相关的创新型企业 , 聚焦数字孪生城市建设要素之核心
平台 、 关键技术和典型场景 , 开展深入研究 , 旨在融会贯通细化建
设方案 , 引领各地政府和相关产业 , 推进数字孪生城市落地实施。
本次报告编制过程中合作企业提供了大量素材并直接参与了部分章
节的撰写 , 在此致以衷心感谢。限于时间和能力 , 内容疏漏在所难
免 , 烦请各界不吝指正 。
牵头单位 : 中国信息通信研究院
支持单位 : 泰瑞数创 、 51VR 、 超图公司 、 中电海康集团研究院 、
中科院地理科学与资源研究所 、 中科院生态环境研究中心 、 中科院
广州电子技术有限公司 、 国家互联网应急中心 、 中国电信 、 中国移
动、中国联通、腾讯等
编写指导 : 何桂立 、 胡坚波 、 王爱华 、 陈金桥 、 徐志发
编写小组(排名不分先后) : 高艳丽 、 陈才 、 张育雄 、 崔颖 、
刘小林 、 夏磊 、 张竞涛 、 张东 、 黄栋、 刘晓伦 、 石伟伟 、 陈正 、 马
亮 、 刘笑寒 、 王忍 、 陈守双 、 王瑜 、 周旗 、 肖丽 、 熊锐 、 李翻中 、 陈
婉玲 、 王潇 、 孙旭 、 李文卿 、 刘中金 、 周玉科等
前言
数字孪生城市理念自提出以来不断升温 , 已成为新型智慧城市
建设的热点 , 受到政府和产业界的高度关注和认同。当前 , 各地对
数字孪生城市规划和建设的需求非常强烈 , 但数字孪生城市究竟如
何建设 , 各方仍是感到非常困惑 , 技术方案和实施路径亟待规范和
明晰。本报告通过对数字孪生城市所涉及的关键技术以及技术之间
的集成关系、所包含的核心平台以及平台之间的协同性,以及体现
数字孪生特色的典型应用场景进行深入剖析 , 力图对数字孪生城市
的建设方案进行通用化提炼抽取 , 并对国内外相关产业和服务供给
进行梳理 , 从而为各地建设实施数字孪生城 市提供帮助和引导。
从关键技术看 , 与传统智慧城市相比 , 数字孪生城 市 技术要素
更复杂 , 不仅覆盖新型测绘 、地理信息 、 语义建模、模拟仿真 、智
能控制 、 深度学习 、 协同计算 、 虚拟现实等多技术门类 , 而且对物
联网、人工智能、边缘计算等技术赋予新的要求,多技术集成创新
需求更加旺盛。其中 , 新型测绘技术可快速采集地理信息进行城市
建模 , 标识感知技术实现实时 “ 读写 ” 真实物理城市 , 协同计算技
术高效处理城市海量运行数据 , 全要素数字表达技术精准“描绘 ”
城市前世今生 , 模拟仿真技术助力在数字空间刻画和推演城市运行
态势 , 深度学习技术使得城市具备自我学习智慧生长能力。
从核心平台看 , 数字孪生城市在传统智慧城市建设所必须的物
联网平台、大数据平台 、 共性技术赋能与应用支撑平台基础上 , 增
加了城市信息模型平台 , 该平台不仅具有城市时空大数据平台的基
本功能 , 更重要的是成为在数字空间刻画城市细节 、 呈现城市体征 、
推演未来趋势的综合信息载体。此外 , 在数字孪生理念加持下 , 传
统的物联网平台 、 大数据平台和共性技术赋能与应用支撑平台的深
度和广度全面拓展 , 功能 、 数据量和实时性大大增强 , 如与数字孪
生相关的场景服务 、 仿真推演 、 深度学习等能力将着重体现。
从应用场景看 , 数字孪生城市的全局视野 、 精准映射 、 模拟仿
真 、 虚实交互 、 智能干预等典型特性正加速推动城市治理和各行业
领域应用创新发展。尤其在城市治理领域 , 将形成若干全域视角的
超级应用 , 如城市规划的空间分析和效果仿真 , 城市建设项目的交
互设计与模拟施工 , 城市常态运行监测下的城市特征画像 , 依托城
市发展时空轨迹推演未来的演进趋势 , 洞察城市发展规律支撑政府
精准施策 , 城市交通流量和信号仿真使道路通行能力最大化 , 城市
应急方案的仿真演练使应急预案更贴近实战等。在公共服务领域 ,
数字孪生模拟仿真和三维交互式体验 , 将重新定义教育 、 医疗等服
务内涵和服务手段。同时 , 基于个体在数字空间的孪生体 , 城市将
开启个性化服务新时代 。
从未来发展看 , 随着数字孪 生 城市建设持续深入和功能的不断
完善 , 未来生活场景将发生深刻改变 , 超级智能时代即将到来。同
时 , 技术加速集成创新将打破智慧城市现有产业格局,促使产业重
新洗牌 , 新的独角兽可能出现。此外 , 技术的变革将倒逼管理模式
的 变革 , 正如生产力进步引发生产关系的变化 , 数字孪生城市的建
设和运行 , 将推动现有城市治理结构和治理规则重塑调整。
目录
数字孪生城市发展概况 ............................... 1
(一)理念引领 , 各地纷纷提出建设数字孪生城市 .... .. . . .. . ..... 1
(二)产业响应 , 各类企业抢抓商机激活 TCT 产业链 ....... . .......... 2
(三)资本助力 , 数字孪生城市板块崛起倍受市场关注 ..... . .......... 4
(四)场景先行 , 数字孪生部分应用先行先试初显成效 ..... . .. . ....... 4
数字孪生城市总体架构与核心平台....... ....... ....... 8
(一)三横两纵总体架构 . ............ .... .
. .. .. .. .
. ~ … .. .. . ... ... 8
(二)泛在感知与智能设施管理平台 ............ .. .... . .. . ......... 11
(三)城市大数据平台 ..........
. . . . . .
. . .
. .... . ......... 13
(四)城市信息模型平台 ............………… . .. .... . ......... 16
(五)共性技术赋能与应用支撑平台 . ........ . . . . ........ . ......... 四
数字孪生城市关键技术要素 . . .... ; . ..... ........ . ... . 21
(一)新型测绘 : 快速采集地理信息 ........... . . . . ................ 21
( 二 )标识感知 · 实时 “读写 ” 真实城市. ... . .. . .... . .. . .
. .
. 27
(三)协同计算 · 高效处理海量数据 . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
. 33
( 四 ) 全要素表达 : 精准 “ 描绘”城市前世今生 ........... . .. . ...... 36
(五)模拟仿真 : 在数字世界推演城市运行态势 ... …………. 44
(六)深度学 习 : 推动城市自我学习智慧成长. ... . .
.............. 48
四 、 数字孪生城市典型应用场景 ................ . ......... 53
(一)城市规划仿真: 形成全局最优决策 ....... . .
........ . .. . .. 53
( 二 ) 城市建设管理: 项目进度可视化管控 .. . .…-
..... . ....... 55
(三)城市常态管理: “一盘棋” 综合治理 .. .... . ........ . ......... 59
(四)交通信号仿真: 最大化道路通行效能 ...... . ..... . .. . ......... 62
(五)应急演练仿真: 应急预案更加贴近实战 ... . .
. . . . . . . . . .
. 67
(六)公共安全防范 : 让 “ 雪亮 ” 更 “ 明亮 ”.......... . ........ . ... 70
(七)公共服务升级: 感同身受的体验 ....... . ..................... 72
五、
数字孪生城市未来发展展望........................ . . 74
(一)有望全面激活智慧城市产业 ....... ............ . . .. . ......... 7-1
(二)有望重塑城市治理结构和规则
(三)数字孪生城市的推进实施建议 . .... . .… … … . . .. ... .. 76
一 、数字孪生城市发展概况
数字孪生城市理念自提出以来 , 在国内政产学研用各界引起广
泛关注 , 掀起研究和建设热潮。数字孪生城 市 已成为各地政府推进
智慧城市建设的主流模式选择 , 产业界也将其视为技术创新的风向
标 、 发展的新机遇 , 数字孪生应用已在部分领域率先展开。
(一〉理念引领,各地纷纷提出建设数字孪生城市
雄安新区率先推进数字孪生城市建设 。 20 18 年《河北雄安新
区规划纲要》中指出 : 坚持数字城市与现实城市同步规划、同步建
设 , 打造具有深度学习能力、全球领先的数字城市。目前 , 新区正
推进 BIM 管理平台(一期 )建设 , 这是一个具有国家自主产权的数
字城市规建管智能审批平台 , 通过创新城市 “ 规 、 建 、 管 ” 的新型
标准体系 、 政策体系和流程体系 , 探索以数字城市的预建 、 预判、
预防来支撑现实城市高质量发展的模式 , 打造展现多维城市空间的
数字平台。平台将建立不同阶段的城市空间信息模型和循环迭代规
则,采取 G lS 和 BlM 融合的数字技术记录新区成长的每一个瞬间 ,
结合町 、 物联网 、 人工智能等新型基础设施的建设 , 逐步建成一个
与实体城市完全镜像的虚拟世界。
全国各地抢抓先机,开展数字孪生城市规划和建设。 数字孪生
城市为各地智慧城市建设提供了新思路 、 新模式 , 让城市治理者看
到城市现代化治理体系以及高质量发展的曙光 , 让城市居民憧憬随
需而动、无处不在的智能化服务。 2019 年 5 月 , 在第二届数字中国
建设峰会数字经济分论坛上,贵阳副市长徐吴发表了“数字孪生城
市的贵阳探索 ” 主题演讲。在实践上 , 贵阳提出从花果园超大型社
区治理 、 数博大道等小型城市生态系统入手打造数字孪生城市。南