数字孪生城市建设研究摘要：我国智慧城市

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摘要：我国智慧城市，经历了十多年的发展，正在从过去以垂直服务为主导的传统智慧城市建设，逐步转变为以整体数字空间为载体的新型智慧城市建设。数字孪生城市是智慧城市的一种发展模式，旨在改变以往依赖资源投入带动城市发展的粗放模式，通过新技术的应用，促进多方参与，优化资源配置，提升生产效率，创造更多的价值。本文主要分析数字孪生城市的建设路径，为数字孪生城市建设提供抓手。
关键词：数字孪生、新基建、数字孪生城市、新型智慧城市
一、数字孪生城市的内涵（一）数字孪生
根据美国航空航天局（NASA）权威定义，数字孪生是指充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，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。简言之，数字孪生就是将现实世界的物理体、系统以及流程等复制到赛博空间，生成一个“克隆体” ，二者最终组成一个“数字双胞胎” 。
数字孪生在虚实之间存在一种双向映射、动态交互和实时联系的特征。双向映射即本体向孪生体输出数据和建成模型，同时孪生体向本体反馈信息和输出优解，是数字孪生的核心特征。动态交互即根据传感现实数据、历史数据以及物理本体周边场景数据进行仿真分析，为物理实体的后续运行提供改进与优化方案，并会辐射到物理实体的全生命周期过程。实时联系数字孪生实时与准时创建与物理实体等价的“克隆体”或数字模型。
数字孪生技术架构分为物理层、数据层、模型层、功能层、应用层。物理实体、数据、虚拟模型、连接、应用是数字孪生的核心要素。目前，数字孪生广泛应用于智慧城市、工业互联网、车联网等新型场景。
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图 1数字孪生技术架构
（二）数字孪生城市
数字孪生城市是城市物理世界与网络虚拟空间一一对应、相互映射、协同交互的复杂巨系统，在网络空间再造一个与之匹配、对应的“孪生城市” ，实现城市全要素数字化和虚拟化、城市全状态实时化和可视化、城市管理决策协同化和智能化，形成物理维度上的实体世界和信息维度上的虚拟世界同生共存、虚实交融的城市发展格局。
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图 2 数字孪生城市运行机理
数字孪生城市的核心价值，在于通过建立基于高度集成的数据闭环赋能体系，生成城市全域数字赛博空间，并利用数字化仿真、虚拟化交互等技术，使得城市运行、管理、服务由实入虚，可在虚拟空间的进行仿真建模、现象演化、智能操控、智能决策等，开辟新型智慧城市的建设和治理新模式。
二、数字孪生与城市建设的内在关系（一）数字孪生推动城市智能化
数字孪生城市基于数字化标识、自动化感知、网络化连接、普惠化计算、智能化控制、平台化服务的信息技术体系和城市信息空间模型，有助于推动城市全要素数字化和虚拟化、全状态实时化和可视化、城市运行管理协同化智能化，实现物理城市与数字城市协同交互、平行运转。
从技术角度看，基于数字化标识、自动化感知、网络化连接、普惠化计算、智能化控制、平台化服务的信息技术体系和城市信息空间模型，为城市治理提供数据驱动决策、技术综合集成的智慧城市综合技术支撑体系。
从城市发展看，数字孪生城市是是支撑新型智慧城市建设的复杂综合技术体系，也是是物理维度上的实体城市和信息维度上的虚拟城市的同生共存、虚实交融的城市未来发展形态。
1、数字孪生推动城市数据信息精准表达。通过对城市各方面的传感器布设，实现对城市道路、桥梁、井盖、灯盖、建筑等基础设施的全面数字化建模，以及对城市运行状态的充分感知、动态监测，形成虚拟城市在信息维度上对实体城市的精准信息表达和映射。
2、数字孪生赋予城市生活“智慧” 。通过在“数字孪生城市”上规划设计、模拟仿真等，将城市可能产生的不良影响、矛盾冲突、潜在危险进行智能预警，并提供合理可行的对策建议，以未来视角智能干预城市原有发展轨迹和运行，进而指引和优化实体城市的规划、管理、改善市民服务供给，赋予城市生活“智慧” 。