近日,阿布扎比市政交通部(DMT)發(fā)布了阿布扎比數(shù)字孿生項目。該項目集成了最先進的技術(shù),旨在推廣智慧城市的基礎(chǔ)和概念,提供準確的數(shù)據(jù)和衡量標準,為城市運行助力。

當今世界,超過半數(shù)的人口居住在城鎮(zhèn)地區(qū)。預計到2050年,全球城市居民還將新增25億人。數(shù)字孿生城市作為未來新型智慧城市演進的重要方向,將給全球城市帶來怎樣的改變?又將如何改變?nèi)藗兊纳?

阿布扎比馬斯達爾城

圖源:Smart Cities World

什么是數(shù)字孿生城市?

本世紀初,邁克爾·格里夫斯(Michael Grieves)教授在美國密歇根大學的課堂上首次提出“數(shù)字孿生”(Digital Twin)的設(shè)想。作為一種仿真技術(shù),在理論上不僅要求與物理實體的幾何結(jié)構(gòu)保持一致,而且能夠在信息系統(tǒng)中鏡像復原物理實體的狀態(tài)和行為,技術(shù)上即利用大量的傳感器監(jiān)測物理實體的運行狀態(tài),通過數(shù)據(jù)建模仿真來驗證對物理實體的控制效果,最終可以控制物理實體的運行。

數(shù)字孿生技術(shù)和創(chuàng)新的價值,可以抽象為“過去、現(xiàn)在與未來”三大維度:

對于過去,數(shù)字孿生可以沉淀數(shù)據(jù),輔助分析提升;

對于現(xiàn)在,數(shù)字孿生場景可以實現(xiàn)全局感知、智能運控和實時調(diào)度;

對于未來,數(shù)字孿生場景則起到了模擬推演、仿真預測和輔助決策的關(guān)鍵作用。

數(shù)字孿生城市,是“數(shù)字孿生”在城市空間中的應(yīng)用。城市是由物理空間、社會空間和信息空間相互交疊而成的開放復雜的巨系統(tǒng)。而在“數(shù)字孿生城市”中,信息則將成為“物理”和“社會”的載體。換句話說,在“數(shù)字孿生城市”中,物理空間和社會空間都將以信息的形式呈現(xiàn)在我們面前。

圖源:騰訊網(wǎng)

世界經(jīng)濟論壇和中國信息通信研究院聯(lián)合發(fā)布報告《數(shù)字孿生城市:框架與全球?qū)嵺`》,歸納了數(shù)字孿生城市的4個典型技術(shù)特征:

01 物理城市與數(shù)字城市的精準映射

通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(loT)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)(GIS)、智能建筑模型技術(shù)(BIM) 等,數(shù)字孿生城市可以呈現(xiàn)出物理城市運行的全貌,包括城市建筑物、交通道路、植被、水系、城市部件、管線等全要素靜態(tài)地理實體,以及人、車輛、終端、各類組織等城市動態(tài)變化的各類主體。

02 數(shù)字城市的深度洞察

在數(shù)字空間中,基于物理城市采集數(shù)據(jù)的匯聚整合,人們可以分析城市擁堵情況、樓宇能耗情況、規(guī)劃是否合理、地下管線是否需要維修等,洞察城市運行風險,并以數(shù)字化模擬的方式呈現(xiàn)出真實場景效果,用戶可以通過修改信號燈配時、控制高耗電設(shè)施、改變規(guī)劃選址等,制定策略舉措,以改善城市運行狀態(tài)。

03 數(shù)字城市與物理城市的虛實交互

物理城市在數(shù)字空間中得以豐富、延展、擴大,例如城市管理者可以基于數(shù)字平臺界面與物理城市互動,搜索實體和框選統(tǒng)計便城市規(guī)劃者調(diào)節(jié)建筑物的位置、高度、形狀,為居民創(chuàng)造一個更舒適、更涼爽的環(huán)境。此外,平臺還可以隨時疊加噪聲圖、能源消耗熱力圖等,進行分析模擬計算,指定改善環(huán)境的措施。

04 數(shù)字城市對物理城市的智能干預

在數(shù)字空間中,數(shù)字孿生城市平臺可以實時呈現(xiàn)城市運行狀態(tài),一旦物理城市出現(xiàn)事故、災(zāi)害等警報,城市管理者可以快速地決策部署相應(yīng)對策予,此外,也可以通過深度學習、模擬仿真來預測城市可能發(fā)生的問題或風險,加以預防,以降低財產(chǎn)損失,保障人民安全。

數(shù)字孿生在城市中如何應(yīng)用?

2020年以來,國際上的一些國家將數(shù)字孿生上升為國家戰(zhàn)略。英國發(fā)布《國家數(shù)字孿生體原則》,闡述了構(gòu)建國家級數(shù)字孿生體的價值、標準、原則及路線圖;德國“工業(yè)4.0”參考框架也將數(shù)字孿生作為重要內(nèi)容;新加坡率先搭建“虛擬新加坡”平臺,用于城市規(guī)劃、維護和災(zāi)害預警項目;法國推進數(shù)字孿生巴黎建設(shè),打造數(shù)字孿生城市樣板;在中國,“探索建設(shè)數(shù)字孿生城市”已經(jīng)納入“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要。

Virtual Singapore(虛擬新加坡)計劃

圖源:National Research Foundation

回歸實際應(yīng)用領(lǐng)域,數(shù)字孿生已在國際范圍內(nèi)被廣泛接納。現(xiàn)階段,除了航空航天領(lǐng)域,數(shù)字孿生還被應(yīng)用于電力、船舶、城市管理、農(nóng)業(yè)、建筑、制造、石油天然氣、健康醫(yī)療、環(huán)境保護等行業(yè)。ABI research數(shù)據(jù)顯示,到2025年,預計將有500多個城市部署數(shù)字孿生技術(shù),以改善城市運營、加強韌性規(guī)劃據(jù)預測。也有數(shù)據(jù)統(tǒng)計,到2030年,數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用將為城市規(guī)劃、建設(shè)、運營節(jié)省成本達到2800 億美元。

2022年北京冬奧會國家速滑館數(shù)字孿生操作系統(tǒng)

圖源:中國青年網(wǎng)

沙特阿拉伯于近期開始采用STC公司的智能窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)垃圾管理解決方案,將在涉及垃圾收集和處理的區(qū)域內(nèi)安裝智能超聲波傳感器,以實時監(jiān)測垃圾數(shù)量、狀態(tài)及垃圾箱溫度等數(shù)據(jù),并自動對垃圾收集路線、拾取頻次和車輛負載等給出優(yōu)化建議,以達到提高垃圾處理效率、降低碳排放量的目的。

美國邁阿密市宣布,將在全市范圍內(nèi)建立空氣質(zhì)量智能監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境分析數(shù)據(jù)庫。除了通過安裝在各處的智能傳感器采集空氣質(zhì)量數(shù)據(jù),市民們也可以將自己發(fā)現(xiàn)的環(huán)境變化情況上傳到Algorand區(qū)塊鏈上。相關(guān)數(shù)據(jù)將悉數(shù)用于檢測和鎖定空氣污染熱點,并及時處置,以更好地保護城市環(huán)境和市民健康。

在中國,產(chǎn)業(yè)園應(yīng)用智能化系統(tǒng)解決方案,借助智能物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生、AI應(yīng)用等先進技術(shù),實現(xiàn)了多個場景的數(shù)字化管理。比如,作為“中央大腦”的智能控制塔,讓管理者可以從信息系統(tǒng)中實時掌控產(chǎn)線和產(chǎn)品狀況,從而第一時間做出決策,實現(xiàn)智能制造。

2022年7月,阿里云發(fā)布超融合數(shù)字孿生平臺。這個平臺可以將感知、仿真、控制、可視等四域數(shù)據(jù)進行融合和計算,保障孿生世界中分析推演的速度和準確性,并在相對應(yīng)的真實世界場景中實現(xiàn)業(yè)務(wù)價值。目前,該平臺已廣泛應(yīng)用于高速管理、城市交通、港口調(diào)度、機場運營、車路協(xié)同等場景。

圖源:中國軍網(wǎng)

2022年9月,香港科技大學啟動國際交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生協(xié)同創(chuàng)新平臺建設(shè),助力粵港澳大灣區(qū)打造世界級智能交通創(chuàng)新示范。

目前看來,數(shù)字孿生作為較新的數(shù)字化技術(shù)概念,發(fā)展空間巨大。數(shù)字孿生城市為我們提供了對未來城市生活與城市治理豐富的想象空間,也為發(fā)展城市科學提供了基礎(chǔ)條件。隨著信息技術(shù)進步、城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求提升以及政策的持續(xù)加持,數(shù)字孿生將繼續(xù)改變城市生活,為我們帶來嶄新體驗。

參考 | 科技日報、世界經(jīng)濟論壇、中國青年網(wǎng)、中國軍網(wǎng)、澎湃新聞、新浪新聞、Smart Cities World等