国际视野|智慧城市与数字孪生技术
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目前，智慧城市中有一个新兴的流行语：Digital Twin（数字孪生）。数字孪生作为一种超越现实的概念，最初是为工业系统开发的，现在传播到智慧城市这一领域。它为物理资产创建3D数字副本，在网络空间构建一个与物理世界相匹配的以数字为基础孪生模型。目前，数字孪生技术正在影响着世界上许多行业，特别是公用事业部门。国际数据公司(IDC) 最近指出，到2020年，将有近一半的大型工业公司和大约210亿个数字连接的传感器将使用该技术，这可能帮助人们节省数十亿美元的维护维修和运营费用，从而将组织及生产效率提高25%。
图1：根据2018年Gartner Hype周期，数字孪生是一种趋势，目前正接近“过高的预期峰值”，估计将在5到10年内达到“生产力高原”
（图片来源：Gartner，Inc.）
我们可以看到，数字孪生概念已经被逐渐炒热，但这一概念却并不新鲜。数字孪生概念在21世纪初就开始在一些演讲中出现，但关于具体概念的时间起源上，业界还存在争议。近些年，伴随着物联网的发展，它们蔓延到各种领域。在智慧城市领域，数字孪生是城市的虚拟模型，是自然世界的复制品。它正在迅速成为智慧城市管理中不可缺少的工具，它允许人们通过建筑物，城市基础设施，公用事业，企业，人员流动和车辆的分层数据源实时可视化城市的动态。通过掌握紧急情况的实时信息，规划者也可以分配资源、规划运营和优化交通，这将改善许多其他与城市系统本身相关的问题。如果我们能够在相关城市规划实施之前测试虚拟模型中的所有内容，那么它将降低成本和在现实世界中失败的可能性。
在《2019年GIS Cafe Voice 行业预测》中，数字孪生被视为2019年值得关注的行业发展趋势之一。与此同时，我们熟知的地理空间信息则有助于数字孪生技术了解其现实世界对应方的实际和相对位置，即资产与周围环境和环境条件（如平坦或丘陵地形、炎热或寒冷气候、安全或危险位置）的关系。这两项技术的相互促进是一个充满潜力的发展方向
地理信息系统已经开始与建筑信息管理系统（BIM）软件等系统的相互融合。虽然一个系统通常关注内部，另一个关注外部，但在整个工业互联网生命周期中，这两个系统是密不可分的连接在一起的。很多任务，要求获取相关的资产数据，还要求某些材料和资产位于特定的地理位置。地理空间数据，如边界、地块、建筑环境和环境数据，将有助于提供相关的数字环境，使相关实体资产的数字孪生模型得以诞生。数十年来，诸如ESRI之类的公司一直在协助城市进行制图。而现在他们也面临着转型，ESRI法国业务发展总监David Jonglez曾在文章中讨论了中型城市在数字孪生方面是如何走在前沿的，并提到了戛纳，勒阿弗尔和布雷斯特等沿海城市和港口城市。Autodesk已经与ESRI展开合作，以确保其BIM软件与ESRI的ArcGIS能够集成在一起，从而协助城市将过去和将来的建筑环境与地理布局融合在一起，加速数字孪生的形成。
图2：智慧城市阿玛拉瓦蒂（Amaravati）将是第一个拥有数字孪生的城市
（图片来源：CityZenith）
得益于传感器、图像采集和分析技术以及强大的数据传输和基于云的处理能力的不断提高，创造数字孪生模型也变得更加容易。CityZenith作为早期为城市景观提供软件的供应商之一，当他们第一次推出城市景观模型的时候，周围有很多质疑的声音，但是物联网的井喷式发展改变了人们的态度。他们的智能世界平台已经被用于超过100个城市的项目，包括芝加哥和伦敦。他们的软件平台5D Smart City也已经被用于开发印度的Amaravati。这是一个理想中的数字孪生概念，因为其物理城市尚未开发。数字孪生的现成实例还有许多，例如达索公司曾与新加坡总理办公室的机构, 创建虚拟新加坡(Virtual Singapore)，也就是该城市的动态3D数字模型。它是一个具有丰富数据环境和可视化技术的协作平台,可供居民、企业、公共机构和新加坡研究团体使用。而在大洋的彼岸，作为地理信息系统巨头的ESRI，也与波士顿规划发展局合作创建了波士顿最古老的公园的数字孪生模型。
图3：虚拟新加坡Virtual Singapore
（图片来源：govinsider.asia）
数字孪生技术的应用场景有很多，它可以帮助城市提高环境，经济，和社会的可持续性。它使用户能够通过创建数字模型来指导他们的未来规划，并为城市所面临的复杂问题提供解决方案。根据ABI 调查的数据，到2025年，智慧城市的数字孪生数量将达到500个。这项技术在Gartner 2018年十大战略技术趋势中排名第5位，专家预测在未来几年内将有数十亿人拥的生活与数字孪生相关，这一技术或将成为第四次工业革命的重要基石。
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编辑：魏青 审核：杜一鸣
指导：万剑华教授