基于数字孪生智慧城市

习近平总书记论新型智慧城市建设 "以信息化推进国家治理体系和治理能力现代化，分级分类推进新型智慧城市建设，打通信息壁垒，构建全国信息资源共享体系，更好地用信息化手段感知社会态势、畅通沟通渠道、辅助科学决策。 一习近平总书记十九大重要讲话 2020年4月4日习近平总书记在杭州城市大脑运营指挥中心指出：让城市更聪明一些、更智慧一些，是推动城市治理体系和治理能力现代化的必由之路，前景广阔。 主要内容 数字李生的智慧城市 二基于数字李生的智慧城市特点 三、数字李生智慧城市的应用 一、数字李生的智慧城市 1.1何谓“数字李生”？ 一般认为，“数字李生（DigitalTwin）”是充分利用物理模型和物联网传感器采集的全生命周期的运行历史等数据，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对象的全生命周期过程。 一、数字李生的智慧城市 1.1何谓“数字李生”？ 数字李生的核心是一种物理空间与虚拟空间的虚实交融、智能操控的映射关系，通过在实体世界，以及数字虚拟空间中，记录仿真、预测对象全生命周期的运行轨迹，实现系统内信息资源、物质资源的最优化配置 关键特征：全生命周期、实时/准实时、双向 一、数字季生的智慧城市 1.1何谓“数字生” 数学季生作为实现虚实之间双向映射、动态交互、实时连接的关键途径，可将物理实体和系统的属性、结构、状态、性能、功能和行为射到虚拟世界，形成高保真的动态多维/多尺度/多物理量模型，为观察物理世界、认识物理世界、理解物理世界、控制物理世界、改造物理世界提供了一种有效手段 数字李生的智慧城市 1.2数字李生城市的概念 数学季生城市通过构建城市物理世界、网络虚拟空间的一一对应、相互唤射、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“李生城市”，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，是数字生技术在城市层面的广泛应用 数字李生的智慧城市一 在数字李生城市中，基础设施（水、电、气、交通等）的运行状态，市政资源（警力、医疗、消防等）的调配情况，人流、物流和车流的安全运控，都会通过传感器、摄像头、数字化子系统采集出来并通过包括5G在内的物联网技术传递到云端和城市的管理者。基于这些数据以及城市模型可以构建数字李生体，从而更高效地管理城市 数字李生的智慧城市 数字世界：数字李生城市 具有深度学习能力、虚实融合、选代进化的数字城市 物理世界：钢筋水泥城市 相比于工业制造的“产品生命周期”，城市的“生命周期”更长，效益将更大 数学李生的智慧城市 印度海德拉巴、新加坡，还有我们中国的深圳、雄安，都已经在做这方面的摸索和尝试，大量的投资，正在涌向“智慧城市+数字李生”的应用场景 多源点云数据融合 口机载、地面站、车载和背包点云高精度融合，融合精度达0.03m。 多源城市空间信息数据高精度融合（红色、绿色、蓝色、黄色分别为机载、地面站、车载和背包采集的点 与深度学习结合，建模过程中对城市中移动车辆识别与覆盖区修复 单体化的作用与难题 口对Mesh模型内容进行标签化，便于挂接属性，让模型和应用连接，如：挂接人口信息、建筑物楼层管理 口减少模型数据量，从Mesh模型三角网到面和结构化的转变，便于图形分析和可视化，如：规划应用分析、三维展示等；口...（还有很多） 问题点： 1.单体化的粒度问题：单体化到什么层级，楼栋、楼层、部件？ 2.一套数据多行业应用：不同行业单体化需求差异大？提前做的别人不要3.单体化工作量大：自动化程度低，单体化技术能力和不同行业需求多变之间的矛盾很大4.标准问题：什么应用对应什么内容？数据标准是什么？前，没有标准，都在摸索 常用的单体化方式：重建单体化，标签单体化 重建单体化 标签单体化 基于倾斜Mesh模型，通过人工交互编辑，重新建立三维模型和贴图类似于传统的3DMax建模 口只对模型进行标签，在模型后边隐藏失量模型，如：立方体，对Mesh模型进行标识，不改变模型的数据 优点： 优点 1.整洁、干净，视觉感觉好2.模型体量小，便于分析和展示 1.不改变模型本身，保存标签矢量数据2.随意切分粒度3.数据最真实，信息最完整 缺点： 缺点： 人工操作量巨大，纯手工编辑自动化程度低 1.数据量大，展示慢2.不便于行业分析 交互编辑工具：倾斜摄影测量单体化建模(SVSModeler) 面向新型基础测绘与数字城市建设，自主研发了精细化室内外实体建模 SVSModeler，詹总谦博士）等技术及软件系统，有效提升数字城市室内外实本建模和编辑的效率和精度，得到广泛应用支持室外倾斜三维模型实体编辑，和室内点云模型三维编辑。广泛应用于各个 测绘单位和机构。 标签单体化：任意粒度、自动化生成（融合深度学习技术） 标签单体化：任意粒度、自动化生成 标签单体化：识别每种类型，建筑分层，识别每个窗户 Semantics3DModel Boted on the Al 3D dato recognition function,all hinduelements inthomodel q!e annctoted,undorstpodanoitignedsemantic(nformqtiorUteculomglcTobenofbuldinge,automaticcortespondingcroaitatistict 图片为计算机自动生成 融合深度学习与三维重建，计算机自动处理城市三维分类，建筑模型语义化分解 融合深度学习，识别城市部件，进行单体模型替换 一、数学李生的智慧城市 基于数字李生的智慧城市特点 ①精准映射 数字李生城市通过空中、地面、地下、河道等各层面的传感器布设，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 基于数学字李生的智慧城市特点 ②虚实交互 城市基础设施、各类部件建设均有痕迹，城市居民、来访人员上网联系均有信息在数字李生城市中，城市实体空间可观察各类痕迹，在城市虚拟空间可搜索各类信息城市规划、建设以及民众的各类活动，不仅在实体空间，而且在虚拟空间得到极大扩充，虚实融合、虚实协同将定义城市未来发展新模式 基于数字李生的智慧城市特点 软件定义3 李生城市针对物理城市建立相对应的虚拟模型，并以软件的方式模拟城市人、事，物在真实环境下的行为，通过云端和边缘计算，软性指引和操控城市的交通信号控制电热能源调度、重大项目周期管理、基础设施选址建设 数字李生的智慧城市特点一 ④智能反馈 通过在“数字李生城市”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，赋予城市更多的“智慧” 三、麦数字李生的智慧城市应用 （一）智慧城市运营大脑 由城市主管领导牵头，成立智慧城市运营中心，任命城市首席运营官（COO） 三、数字李生的智慧城市应用 （一）智慧城市运营大脑 SCOB的职能 参与和审核智慧城市的顶层设计；规划和审核各行业信息化发展的总体目标、框架、任务、运营管理机制等； 多部门协同与指挥： 足进面向社会的大数据开放应用服务与交易体系的形成.. 三、数字李生的智慧城市应用 三、数学李生的智慧城市应用 3.1智慧城市运营大脑 形成智慧城市中的大数据生态 智慧城市时代IT的合作是围绕大数据的合作：数据采集加工、存储、清洗、挖掘、决策、控制与利用服务 三、数字李生的智慧城市应用 3.1智慧城市运营大脑 基于大数据共同实现城市运行监控与指挥调度 数字李生智慧城市的应用 智慧城市运营脑（感知、1认知和行动） 武大吉奥 智慧城市运营中心 三数字李生智慧城市的应用 城市出行轨迹大数据 武汉交警数据大脑-智慧监管应用 武汉交管智慧监管平台旨在实现对全市“人、车、路、企、环境”的全面监控 >以“车”为本，对公共营运客车、旅游大巴、渣土车、危险品运输车、混凝土车、普通货车等进行监控： >落实到“人”，对重点车驾驶人、失格驾驶人、违法大户驾驶人、酒驾毒驾驾驶人、精神病驾驶人进行监控; >督办到“企”，对企业车辆驾驶员进行事故违法监管，并下达整改指令，与市城管委、市运管处、市客管处互通信息、共享情报，共同监管；治理到“路”，对全市危险道路、事故违法高发道路 管哪兰 、施工道路、桥隧等进行监管，严防拥堵、事故发生；严控“环境”，对全市易发大雾、结冰、渍水道路进行实时监控，对异常事件进行实时预警，保障人民群众生命财产安全。 1、数字说话：2017年11月以来，某市共查处毒驾100余起，违法大户900余人，黄标车1500余辆渣土车超速50余起、整治危险路段100余条，生成报表600余份.... 2、领导关怀：公安部交管局局长刘钊指出要把智慧监管重要意义进一步提升，作为明年全国交管系统开创新局面，深化交管改革一个新的起点 3、媒体报道：如下所示。改革经 武汉交警数据大脑-智慧应急应用 依托全息感知、时空分析、数据挖掘技术打造道路交通智慧应急系统 智慧交通应急大脑的效果 1、2017年1月至2018年3月，武汉市全国拥堵排名实现从23位降至53位，交通拥堵延时指数从2.34下降至1.676，降幅高达30%，拥堵情况大幅缓解（数据来源于高德地图统计）2、2017年3月至今，武汉市实现拥堵事故快处新模式，闭环处置时间从7分钟降至90秒 3.2数字李生的智慧城市应用-深圳月亮湾综合车场 数字李生的智慧城市应用-深圳月亮湾综合车场 数学李生的智慧城市应用-深圳月亮湾综合车场 亮点二：车辆、设备全生命周期管理 设备全生命周期管理 车辆录入系统后·有矢车辆每次维修的部位·保养使用材料·行驶路线·车牌号录入系统直至报废等相信息就会被系统记录保存 通过二维码管理实现实物与BIM模型的交互对全场设施进行从采购，维修、直至报销的全生命周期管理。 数学李生的智慧城市应用-深圳月亮湾综合车场 亮点三：采用BIM技术管理车场 可视化：在模型中就可了解感应设备、消防设备、通风设备等重要设备以及一些隐藏构件具体分布情况和具体位置，并可以在模型中直接定位模型。， 参数化：每个BIM构件都可以点击，并显示长、宽、高、材质、生产日期等基础信息·并且有系统录入的相矢维修纪录 亮点四：室内精准导航 手机端、一体查询机、从一层到入口到每次坡管控系统都可以通对车牌号快速查询到车辆所停的位置， 道口都有到屏幕进行导航·到了该停楼层屏幕会显示精确到米的停车路线。 司机快速寻车、停车：事故发生时可以根据诱导提示快速到达安全位置：避免受损。 数字李生的智慧城市应用-深圳月亮湾综合车场 亮点五：应急预案联动管控 配置应急人员和应急物资进入相应的应急预案，确保安全责任落实到个人。 责任明确 一键启动 智能联动一键启动应急预案实现场内广播、显示屏、手机推送等智能联动 实时通话应急人员之间的实时多方视频通话，能更快的应对突发事故，以减低其带来的损失，并提高安全效益。 数字李生的智慧城市应用-深圳月亮湾综合车场 亮点六：资产管理 设施绑定位置 区域可以自由划分快速定位和BIM模型可进行交互。 ·三数字李生智慧城市的应用 3.3智慧电网 智慧电网数学李生：充分利用电力系统物理模型、先进计量基础设施的在线量测数据、无人机巡线和机器人巡查加上电力系统历史运行数据，并集成电气、计算机、通信、气候、经济等多学科知识，进行的多物理量、多时空尺度、多概率的仿真过程，通过在虚拟空间中完成对智能电网的映射，反映智能电网的全生命周期过