一、數(shù)字孿生城市的主要特征有哪些
數(shù)字孿生城市既可以理解為實體城市在虛擬空間的映射狀態(tài),也可以視為支撐新型智慧城市建設(shè)的復(fù)雜綜合技術(shù)體系,它支撐并推進城市規(guī)劃、建設(shè)、服務(wù),確保城市安全、有序運行,一般數(shù)字孿生城市具有四大特征:
1、精準映射
精準映射是指數(shù)字孿生城市通過天空、地面、地下、河道等各層面的傳感器布設(shè),實現(xiàn)對城市道路、橋梁、井蓋、燈蓋、建筑等基礎(chǔ)設(shè)施的全面數(shù)字化建模,以及對城市運行狀態(tài)的充分感知、動態(tài)監(jiān)測,形成虛擬城市在信息維度上對實體城市的精準信息表達和映射。
2、虛實交互
虛實交互是指城市基礎(chǔ)設(shè)施、各類部件建設(shè)即有痕跡,城市居民、來訪人員上網(wǎng)聯(lián)系即有信息。未來的數(shù)字孿生城市中,在城市實體空間可觀察各類痕跡,在城市虛擬空間可搜索各類信息,城市規(guī)劃、建設(shè)以及民眾的各類活動,不僅存在于實體空間,而且在虛擬空間得到極大擴充,虛實融合、虛實協(xié)同將定義城市未來發(fā)展新模式。
3、軟件定義
軟件定義是指孿生城市針對物理城市建立相對應(yīng)的虛擬模型,并以軟件的方式模擬城市中的人、事、物在真實環(huán)境下的行為,通過云端計算、邊緣計算,軟性指引城市的交通信號控制、電熱能源調(diào)度、重大項目周期管理、基礎(chǔ)設(shè)施選址建設(shè)等。
4、智能干預(yù)
智能干預(yù)是指通過對數(shù)字孿生城市規(guī)劃設(shè)計、模擬仿真等,盡早發(fā)現(xiàn)城市可能產(chǎn)生的不良影響、矛盾沖突、潛在危險等,進行智能預(yù)警并提供合理可行的對策建議;以未來視角對城市原有發(fā)展軌跡和運行狀態(tài)進行智能干預(yù),進而指引和優(yōu)化實體城市的規(guī)劃、管理,改善市民服務(wù)供給,賦予城市生活“智慧”。
二、數(shù)字孿生城市的技術(shù)原理是什么
數(shù)字孿生城市的建設(shè)主要應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù),數(shù)字孿生技術(shù)的構(gòu)建需要多個方面的技術(shù)手段和技術(shù)支持,其技術(shù)原理主要有:
1、空間數(shù)據(jù)采集
數(shù)字孿生技術(shù)的構(gòu)建首先需要對城市或建筑物進行空間數(shù)據(jù)采集。通過街景瀏覽車、無人機等技術(shù)手段采集現(xiàn)實世界中的空間數(shù)據(jù),將采集到的數(shù)據(jù)進行整合和加工,形成城市或建筑物的三維空間數(shù)據(jù)模型。這些數(shù)據(jù)包括但不限于環(huán)境數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)等,這些數(shù)據(jù)被整合形成一個空間數(shù)據(jù)庫,為虛擬世界提供了參考和支持。
2、建筑物信息模型
建筑物信息模型(BIM)是建筑行業(yè)較為流行的數(shù)字化技術(shù)之一,數(shù)字孿生技術(shù)的構(gòu)建也需要采用BIM技術(shù)。BIM是一種將設(shè)計、施工和運營以數(shù)字化方式進行集成的方法,利用BIM模型能夠精細化描述建筑物的功能、結(jié)構(gòu)、材料、維護等信息。將采集到的空間數(shù)據(jù)與BIM模型進行整合,可以對建筑物、道路、綠化帶等進行模擬分析,根據(jù)模擬結(jié)果進行優(yōu)化或改進,從而為城市的改造和建設(shè)提供方案支持。
3、圖像處理技術(shù)
數(shù)字孿生城市的構(gòu)建還需要圖像處理技術(shù)的支持。當采集到空間數(shù)據(jù)之后,利用圖像處理技術(shù)對道路、綠化帶、建筑物進行分類和識別,從而實現(xiàn)對各種類型的建筑物的識別和區(qū)分。圖像處理技術(shù)可以將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可視化的智能圖像,可以較為直觀地展示建筑物的結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境信息。
4、計算機模擬技術(shù)
數(shù)字孿生城市的核心是建立實體建筑與虛擬城市體系之間的聯(lián)系,計算機模擬技術(shù)是機器語言與數(shù)學語言結(jié)合的數(shù)字化技術(shù)手段,可以對虛擬世界建立動態(tài)、交互式的模擬系統(tǒng)。根據(jù)實體建筑的數(shù)據(jù),計算機模擬技術(shù)可以精細地建立建筑物的虛擬模型,實現(xiàn)精準的仿真。通過計算機模擬技術(shù),我們可以模擬物理環(huán)境、氣候和人類活動等變量,營造出更加人性化和可持續(xù)的城市環(huán)境。
5、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)
對已有的大量數(shù)據(jù)進行挖掘、分析和釋放,可以為城市智慧化提供多元化支持的策略、方案和實施方案。以數(shù)據(jù)挖掘為基礎(chǔ)的技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中未知或隱藏的規(guī)律、關(guān)聯(lián)性、趨勢等,可以將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可視化、可理解的結(jié)構(gòu),為城市的智慧化提供科學依據(jù)。同時,數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)也可以為城市的運營提供決策支持,通過對數(shù)據(jù)的挖掘和分析,可以實現(xiàn)精準化的城市資源協(xié)調(diào)和運營。