大数据GIS赋能数字孪生城市

智慧城市是数字城市发展的高级阶段。数字孪生城市做为数字城市的目标，却是智慧城市建设的新起点，它是城市实现“智慧”的重要设施和基础能力，是技术驱动下城市信息化从量变走向质变的里程碑。

数字孪生城市主要利用三维模型、传感器、运行历史等数据，在网络空间构建一个与物理世界相匹配的孪生城市。它以数字为基础，对城市治理进行运营、决策。数字孪生城市的建设需要大数据GIS技术创新赋能，以实现对城市数据、城市计算、城市智能，以及城市感知和城市可视化展示的支持。

▲数字孪生城市

城市大数据资源

数字孪生城市数据资源体系主要包括城市底板数据、城市细胞数据、城市网络数据、城市感知数据以及城市专题数据。其中，城市底板数据主要包括矢量数据、影像数据、三维数据等；城市细胞数据主要是指BIM模型数据，可实现对城市建筑的表达及描述，数据粒度可以细化到建筑内部的一个机电配件、一扇门；城市网络数据是通过一种网状关系来表达城市要素间的相互链接关系，包括不同空间中的物质、资源、信息的流动关系等；同时，数字孪生城市不断融入城市感知数据，保证了城市数据的实时性，展示最新的城市运行的最新状态；除此之外，通过对接城市专题数据，数字孪生城市实现了城市数据的协同共享，避免资源浪费、重复建设，以及数据孤岛现象的发生。

针对多源异构的海量城市大数据资源，超图提供了标准、统一的基于UGC内核的空间大数据引擎SuperMap SDX+，在原有对文件数据库、关系型数据库、国产数据库等支持的基础上，扩展了对分布式数据库、分布式文件系统的支持能力，实现了对城市大数据资源的统一存储与管理。

SuperMap SDX+引擎主要支持Hbase、HDFS、MongoDB、Elasticsearch等数据库。其中，HBase引擎具有高性能、可弹性伸缩及分布式特性，支持PB级大数据存储，同时满足千万级并发，主要实现对海量城市空间大数据的存储；MongoDB引擎实现了对栅格瓦片、矢量瓦片和三维瓦片等城市基础底图的存储支持；Elasticsearch引擎实现了对亿级以上的城市感知物联网数据的存储支持；HDFS引擎不仅支持非结构化城市数据存储，同时也提供了数据的空间化能力和空间索引技术，对十亿级城市矢量静态数据具有非常卓越的支持能力。

▲城市大数据资源

城市计算

面对如此海量的城市大数据，数字孪生城市需要高效的城市计算能力来挖掘数据背后的价值，实现对城市内部人流、物流以及事件流的分析计算，为城市管理及决策提供科学支撑。

SuperMap平台产品通过与Spark技术进行全方位的深度融合，提供了分布式分析运算能力，帮助用户便捷高效地进行大数据处理与信息挖掘。目前，SuperMap提供了丰富多样的分布式空间数据处理和分析算子，来支持城市发展变化中多样化的数据分析需求，帮助人们从空间、时间、属性多个维度了解和认知城市，同时提供更加强劲的分析性能，挖掘更多有价值的信息。

面对城市这一复杂的有机体，简单的分析计算并不能满足城市计算的需要。因此，需要面向城市特定应用场景，在基础空间分析算子基础上，构建城市复杂空间运算模型（如可视化建模、Python等方式），开发高自动化的分析模型，实现对城市数字化空间管理的定制化、流程化，发现城市信息背后潜藏的知识与规律。

▲复杂模型定制

▲基于深度学习实现目标识别

城市智能

随着人工智能技术的发展，将人类智能和机器智能相结合，把专业经验和数据科学有机融合，实现对城市大数据的高效智能计算，可以更好地实现对城市数据的有效采样、模式识别、行动指南和规划决策，保证数据决策的有效性和高效性，以适应不断变化的城市各种服务场景。如，提供人工智能基础服务、自主无人系统智能支撑、群体智能服务等。

城市感知

随着物联网技术和应用的发展，数字孪生城市逐渐“鲜活”起来。将物联网技术应用到数字孪生城市建设中，人们可以及时、透彻地感知城市中建筑、桥梁、地下空间设施、地上基础设施、植被、水体、各类设备等物理实体对象的运行状况，以及各类法人、自然人的生产、生活活动。同时数字孪生城市还可模拟城市中各实体对象的运行状态，实现对各类对象的实时在线监测；在城市尺度上，通过现有的、有限的智能感知设备，获取 一定范围内具有代表性的任意连续点的信息，不断收集、汇聚，支撑城市实现全面感知、全面接入、全面监控、全面预警，达到对物理城市的实时控制、精确管理和科学决策等。

城市可视化

数字孪生城市建设过程中，面对城市级别数据，为实现高效、快速可视化展示，数字孪生城市需要分布式数据可视化技术的支持，如金字塔、分布式渲染、自动缓存和前端渐进加载等技术；同时，为满足视觉效果的需求，数字孪生城市需要不断与IT可视化交互技术相融合，如WebGL\VR\AR，实现对城市信息更加炫酷、真实的表达。

SuperMap GIS平台助力打造孪生城市管理平台

数字孪生城市的建设落地，最终需要依靠建立数字孪生城市管理平台来实现。该平台需要支撑整个城市TB\PB级别的数据量以及上百上千的服务，同时提供面向不同场景、不同行业领域的多种应用。为保证平台系统的稳定性、并发响应，超图通过借鉴IT行业云原生技术，重构GIS软件基础架构，为用户提供了更加弹性、集约、稳定的基础软件产品。

超图在提供数字孪生城市管理平台建设关键技术的基础上，同时提供全体系的产品支撑，助力平台建设，支撑数字孪生城市落地。

SuperMap iSever具有服务发布、管理与聚合能力，主要实现对城市应用服务进行发布与管理，如地图服务、数据服务等；SuperMap iPortal主要用于对各种GIS资源进行整合、发现、分享与管理，主要实现对城市信息资源的整合与共享； SuperMap iManager是作为运维管理中心，主要对城市级平台内部系统的运行情况，进行监控和协同各功能模块的正常运行，确保城市服务的可用性；SuperMap iEdge作为GIS边缘服务器，部署在靠近客户端或数据源的一侧，实现就近服务发布与实时分析计算，优化大型城市或城市群的终端访问体验；SuperMap iDesktop主要提供丰富多样的城市数据处理、专题图制作以及空间分析等能力。除此之外，超图还提供了针对桌面端、Web端、移动端的SDK和API，支持用户进行城市应用的二次开发。

▲数据孪生城市可视化

撰文 | 超图研究院产品咨询部 闫玉娜

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