数字孪生城市：现状、案例、趋势、玩家

DigitalTwin概念由密歇根大学的Michael Grieves首次提出【1】，具体指：“指的是物理产品或资产的虚拟复制。此复制实时更新（或尽可能定期更新），以尽可能地匹配其真实世界”【1】。Digital Twin的最大好处是不用花费太高成本构造一个物理资产，就可以通过数字化技术进行相关操作，并且无需承担物理资产损害的后果。最早的玩家是NASA。

随着IoT技术的发展，Digital Twin的理念被引入到智慧城市建设中来，而“建立全城或部分城市的3D数字比例模型的好处是显而易见的”【2】，，比如“从城市规划到土地利用优化，它有能力有效地管理城市。数字双胞胎允许在实施计划之前模拟计划，在问题成为现实之前揭露问题”【3】。

Gartner将数字双胞胎定义为一种软件设计模式，代表一个物理对象，目的是了解资产的状态，响应变化，改善业务运营和增加价值【11】。

在一篇文章中，提到自动驾驶的场景，“汽车制造商完全有可能使用模拟城市环境在无风险的空间中测试自己的自动驾驶软件，实际访问整个城市。这是一个在现实世界中无法实现的庞大测试环境”。【3】

目前已经开始实施的数字孪生城市项目主要是虚拟新加坡（Virtual Singapore） ，新加坡计划开发一个“动态的三维（3D）城市模型和协作数据平台”，这个项目是新加坡国家研究基金会（NRF）发起的。该项目投资7300万美元用于开发平台以及在五年内研究最新技术和先进工具。虚拟新加坡的用途在于协作决策、沟通可视化、城市规划决策以及太阳能能效分析等。

这个项目的合作伙伴是DassaultSystèmes，基于其“3DExperience”设计平台进行监督，提供四种主要功能：虚拟实验，测试服务，以验证服务的提供，决策和研究与开发【5】：

虚拟实验：虚拟新加坡可用于虚拟测试 - 床上用品或实验。例如，虚拟新加坡可用于检查3G / 4G网络的覆盖范围，提供覆盖率差的区域的真实可视化，并突出显示可在3D城市模型中改进的区域。

VirtualTest-Bedding ：Virtual Singapore可用作测试平台，以验证服务的提供。例如，虚拟新加坡内具有语义信息的新体育中心的3D模型可用于模拟和模拟人群分散，以在紧急情况期间建立疏散程序。

规划和决策：虚拟新加坡拥有丰富的数据环境，是开发分析应用程序（即应用程序）的整体和集成平台。例如，可以开发应用程序来分析运输流量和行人运动模式。此类应用在非连续的城市网络中非常有用，例如我们在榜鹅的公园和公园连接器。

研究和开发 ：虚拟新加坡的丰富数据环境，当具有必要的访问权限时，可供研究团体使用，可以使研究人员创新和开发新技术或新功能。具有语义信息的3D城市模型为研究人员开发先进的3D工具提供了充足的机会。

在文章【11】介绍了虚拟新加坡集成的数据源：来自政府机构的数据，3D模型，来自互联网的信息以及来自物联网设备的实时动态数据，并且是公民可视化环境变化的便利平台。通过准确表示景观，它还有助于改善可访问性。例如，它可用于识别和显示残疾人和老年人的无障碍路线，以及为司机找到最方便的路线。

另一个城市是印度的Amaravati，按照规划Amaravati是一个开放式平台，可以在一个集成的3D城市模型中访问跨行业的数据和工具。该项目投资额为65亿美元。该项目的主要功能【4】包括：

• 通过无处不在的多节点物联网（IoT）传感器实时建设进度监测，环境和健康监测等

• 先进的移动性和流量监控和模拟

• 先进的小气候和气候变化监测和模拟

• 数字“拖放”建筑许可证提交

• 数字分区，挫折，环境，交通和其他法定合规相关的初步分析

• 为每位Amaravati公民提出的数字双胞胎用户ID计划，该计划将作为所有政府信息，通知，表格和应用程序的单一公民门户网站。

该项目使用Cityzenith 的Smart World Pro™（SWP）建筑和城市数字双胞胎解决方案【6】。

SidewalkLabs与多伦多市合作建设加拿大首都的数字双胞胎。典型的项目是多伦多人行道。将城市设计与最新的数字技术相结合，以应对城市面临的挑战，例如住房负担能力，交通运输和能源使用。Sidewalk开发了一种名为Replica的城市规划工具，可以帮助公共机构，土地开发商和社区识别城市运动模式。【9】

巴黎市计划在2019年初开始实施数字双胞胎计划，该计划计划持续到2024年，在一篇博客中，关于该项目的介绍是：巴黎市当局的目标是在2019年初之前建立一个数字双胞胎并运行，但整个建模项目计划运行到2024年。除了数字化街道和建筑物外，市政厅还在考虑对地下发生的事情进行建模，尤其是污水处理网络。【7】

对数字孪生城市的智能化程度，Afconsult给出了六个等级【12】：

1）视觉城市第一级（称为0级）：在该等级下，城市建立了一个城市环境的数字模型，并模拟交通，噪声，光，粒子，风，水和设计监测数据。

2）数字阴影第二级（级别1）：在该登记下，提供在线验证的模型。城市管理者可以通过数字技术模拟各类场景遇到的问题，并制定解决方案。

3）数字诊断第三级（级别2）：在该等级下，提供诊断并跟踪设计的使用寿命

4）智能预测，第四级（级别3）：在该等级下，数字孪生城市可以提供预测功能，为即将发生的事情制定解决方案。

5）自主学习，第五级（级别5），在该等级下，数字孪生城市可以通过人工智能（AI）学习新知识，可以直观地获取城市管理者需要的数据，关键是发现人类错过的关系。

6）自动优化，第六级（级别5），在该等级下，数字孪生城市具备自行评估并优化处理问题的能力，同时向城市管理者反馈。

下面是一些数字孪生城市的海外厂商的玩家。

1）法国3D设计和工程软件公司DassaultSystèmes。一家以设计广泛用于航空和汽车领域的软件而闻名的公司，其“3DExperiencity”平台是在收购了Rennes（布列塔尼）的软件公司Archividéo后成立的，该公司专门从事陆地区域的3D建模。

2）法国3D城市建模和软件开发商Siradel：SIRADEL的解决方案能够对城市进行极其精确的3D建模，并在现实环境中提供一系列重要城市数据的直观表示。行政，经济，社会和技术数据【8】

3）微软是数字孪生的一个新玩家，在2018年发布了Azure Digital Twins平台，可用于全面的数字模型和空间感知解决方案，可应用于任何物理环境【10】

4）Cityzenith的Smart World Pro可访问超过10亿个经过地理标记的地理标记数据层，包括开放城市数据，付费信息服务，物联网数据，并支持通过API导入或连接的任何数据。

在一篇博客【13】中，作者介绍了数字孪生城市的可视化平台技术公司，为我们提供了一些有用的信息。

参考文献

【1】 https://www.pgs-soft.com/blog/digital-twin-explained-the-next-thing-after-iot/

【2】 https://openlm.com/blog/creating-digital-twins-for-smart-cities-the-race-is-on/

【3】 https://www.pgs-soft.com/blog/digital-twin-explained-the-next-thing-after-iot/

【4】 https://www.smartcitiesworld.net/news/news/digital-twin-created-for-new-indian-smart-city-3674

【5】 https://www.nrf.gov.sg/programmes/virtual-singapore

【6】 https://cityzenith.com/smart-world-pro-digital-twin-smart-city-india/

【7】 https://atelier.bnpparibas/en/smart-city/article/cities-digital-double

【8】 https://www.siradel.com/engie-acquires-siradel/

【9】 https://eandt.theiet.org/content/articles/2019/01/digital-urban-planning-twins-help-make-sense-of-smart-cities/

【10】https://blogs.microsoft.com/iot/2018/09/24/announcing-azure-digital-twins-create-digital-replicas-of-spaces-and-infrastructure-using-cloud-ai-and-iot/

【11】https://www.information-age.com/gartner-digital-twins-123479330/

【12】https://www.afconsult.com/en/newsroom/future-cities-blog/future-cities-blog-5-smart-cities-and-intelligent-twins--can-we-create-digital-versions-of-the-city/

【13】https://www.arcweb.com/blog/smart-cities-sparking-innovation-digital-twin-visualization-platforms