文章转载自微信公众号中地数码MapGIS，版权归原作者及刊载媒体所有。
相关资料表明，过去二十年，中国智慧城市建设投资巨大，建设的传感网络已经领先全球，但硬件重复建设，多注重单方面的智慧化建设，信息孤岛问题仍在，城市智能化程度不足。今年这场重大疫情也将这些问题暴露在人们眼前，步入夏季，一些城市内涝频现，又浮出了我们智慧城市建设的短板，更遑论常见的交通拥堵、环境污染等市民关注的城市病。
智慧城市建设弊端的不断涌现、越来越多互联网技术与理念和城市建设的不断融合、现阶段新基建的兴起，也为数字孪生在全行业迎来新一轮爆发制造契机。数字孪生的意义就在于让真实世界很高成本、很难实现的事情，可以在虚拟世界里低成本、快速地去实施。无论是全域规划一张图，还是城市治理一盘棋，数字孪生都作为新型智慧城市的基础设施，以数字化的虚拟映射来模拟城市全要素和时空全过程，从而打通智慧产业集群之间的信息互联互通，推动新基建大潮下各领域的数字升级。
一、智慧城市云平台 数字孪生城市的核心
数字孪生城市是跨区域、跨部门、跨行业高效协同全景式的城市管理模式，在数据融合方面，与传统智慧城市相比，数字孪生城市不仅包括描述城市运行状态的城市体征数据，也包括基于倾斜摄影、BIM的三维模型数据、基于物联网的实时感知数据等，集成了城市的全量大数据。
MapGIS智慧城市云平台作为全国产化平台，能够很好地承担数字孪生城市建设核心平台的角色。MapGIS智慧城市云平台是通过大数据、物联网、云计算等新一代信息技术，实时汇集城市各种时空信息并提供智能决策及服务的时空信息基础平台。平台采用统一的时空基准，构建地下、地表、地上全空间三维可视化场景，并在此之上提供大数据采集、存储、管理、计算、分析挖掘等服务，致力于打造一个充分感知、互联互通、融合共享、业务协同、按需服务的一站式智慧化服务环境。面向政府、企业、公众提供各类智慧应用服务，提高城市信息资源管理效率、消除部门信息鸿沟，提升居民生活质量，为各类用户提供一个泛在的、精细化的、多层次的智慧城市服务体系。
MapGIS智慧城市云平台采用四层体系架构，分别是云基础设施（IaaS）、智慧城市时空大数据中心（DaaS）、智慧城市云服务中心（PaaS）、智慧城市云应用中心（SaaS），架构图如下所示：
MapGIS智慧城市云平台系统架构图
云基础设施：包括池化的计算资源、存储资源、网络资源、安全资源，为智慧城市云平台提供基础设施服务。
智慧城市时空大数据中心：通过构建基础时空数据库、公共专题数据库、物联网实时感知数据库、互联网在线抓取数据库，实现多源异构数据的接入、汇聚，处理，管理与更新，数据服务发布，为云服务中心提供数据支撑。
智慧城市云服务中心：包括能力开放平台和运维管理中心等。基于丰富的数据服务、功能服务、接口服务、知识服务，以及地名地址引擎、知识引擎、业务流引擎等服务能力，构建能力开放平台，面向二次开发用户提供不同层次的接口服务。智慧城市运维管理中心是MapGIS智慧城市云平台的统一运维管理系统，实现数据维护、服务管理、系统配置和系统监控等功能。
智慧城市云应用中心：智慧城市云应用中心由智慧城市云门户、智慧城市运行中心和二三维一体化系统构成，实现智慧城市云平台的综合展现。
二、三大关键技术，助力城市“智慧大脑”构建
当前我国城市空间复杂程度、数据体量庞大程度已今非昔比，MapGIS智慧城市云平台从城市全空间一体化表达、时空大数据分析、智能GIS等三大关键技术为构建城市“智慧大脑”带来强大支撑。
全空间一体化表达：时间推演城市运行态势
全空间，世界本源完美呈现。MapGIS智慧城市云平台打通与地理信息紧密结合的遥感、无人机、点云、倾斜摄影、BIM、VR/AR等技术环节，涵盖全空间存储、模型构建、高效渲染、全空间三维一体化分析等关键技术点，实现城市立体空间中所有对象的统一描述和管理，支持城市地上、地下空间的一体化管理、展示和分析应用。全空间一体化管理是实现智慧城市“数字孪生”和智慧化运营管理的核心要素。
全空间一体化三维分析
协同计算：时空大数据高性能分析计算
在大数据时代背景下，积极尝试将MapGIS与大数据技术进行结合，基于Hadoop、Spark等分布式计算框架，实现地理大数据的高效存储、计算、分析以及可视化表达，提供多项大数据服务，所以MapGIS智慧城市云平台是一个全面接入大数据的GIS平台。
针对城市建设、管理、运维中所涉及到的海量多源异构时空大数据，平台采用大数据计算框架，提供矢量大数据高性能分析计算、实时数据高效接入处理等大数据计算能力，可以实现城市千万级别的点数据、百万级别的区和线数据的秒级响应，针对实时传感器数据支持区域热力图、人口迁徙图、时空立方体等多维度实时展现，为各类决策提供有效支持。
时空大数据实时分析
智能GIS深度学习：推动城市自我学习智慧成长
在即将到来的人工智能时代，MapGIS积极拥抱人工智能新技术，通过将GIS与机器学习、深度学习技术深度融合，为空间问题智能化解决提供了新的支撑工具。
MapGIS智慧城市云平台是全新智能GIS服务器平台，基于深度学习框架，提供数据关联与融合、空间分析与预测、聚类分类与统计等智能化服务，应用于遥感影像变化检测、建筑物提取、岩性识别、个人画像描绘与行为推断、群体运动模式与异常识别等领域。
三、“数字孪生”的三大典型应用场景
与传统智慧城市建设相比，以MapGIS智慧城市云平台为核心构建的“数字孪生城市”体现出四大优势。一是场景服务，提供建筑物、城市部件等基础设施的空间地理信息服务。二是数据服务，可获取移动物体的实时动态数据及更新服务，以及提供位置追溯、轨迹跟踪等历史数据管理服务。三是仿真服务，提供事件、场景、决策预案的过程模拟服务，模拟发展变化过程，实现事件、场景、决策预案数字孪生。四是渲染服务，根据城市地理信息数据源、模型精度和制作预算，按照不同精度要求实施渲染效果。因此，“数字孪生城市”在智慧园区、城市规划、高精度自动驾驶等三大典型应用场景上有着独特的优势。
应用场景一：赋能智慧园区管理
数字孪生为智慧园区经济管理赋能。数字孪生将园区物理空间与数字空间有机衔接，通过实时接入园区IOT 设备、资产、能源、设施及环境等信息，建立基于园区实时运行状况的数字孪生场景，实现园区运营的可视分析、园区业务的闭环联动、园区决策的仿真模拟以及园区数据的全量集成，开创新一代园区的立体多维管理新模式。
具体表现在：通过构建智能运营中心，对园区人、事、物全面统一管理；以一键式联动指挥、预置应急预案等功能，帮助园区快速响应和处置突发事件，并联动园区视频监控实现园区的综合安防；融合人脸识别技术提供人脸通行、车牌通行、访客线上自助预约、园区内设施和服务导航等功能，实现员工、访客、车辆的实时位置显示、实时轨迹追踪；基于华为新一代物联网AP，结合RFID资产标签，实现海量资产数字化管理，保障资产安全，提高资产使用、管理效率；将传统设备IoT化，通过可视化技术做到园区设备的直观管理，实现设施信息管理可视化、运行监控全局化、异常管理自动化、运行维护智能化，提升设施管理与使用效率；运用物联网、AI、大数据、数字孪生等新ICT技术，构建能源调度、设备运行、环境监测、人流密度等多维分析模型，以数据驱动智慧节能；通过对园区空间资源和环境状态的有效管控，提高环境空间利用效率，提升环境舒适度，促进空间资源共享与增值。
应用场景二：为城市规划仿真提供全局最优决策依据
第一，基于多源数据和多规融合实现规划管控一张图。整合基础空间数据（城市三维实景、地形地貌等）、现状数据（人口、土地、房屋、交通、产业等）、规划成果（总规、控规、专项、城市设计、限建要素等）、地下空间数据（地下空间、管廊等）等城市规划相关信息资源，在数字孪生空间实现合并叠加，形成规划管控的“一张图”，通过对各种规划方案及结果进行模拟仿真及可视化展示，实现方案的优化和比选。
第二，基于全量数据分析进行多方案比选。通过建立城市信息模型平台（CIM），汇聚规划相关数据，如人口分布密度、房屋布局、道路分布等静态信息，以及交通流量、实时环境检测、空气流动、人们社交活动等动态信息。基于全量数据构建各类模型，实现相关统计功能。采用 GIS 方式进行展示，如温度变化、空气动力变化等，为规划提供决策依据。对能源系统、通信系统、医疗资源、教育资源、防灾能力等方面提供专题分析，建立城市规划评价指标，支持进行多方案评价对比。
第三，宏观城区基础稳定性评估与区划。根据城区构造的分布和活动性，对地壳稳定性进行评估和区域划分，辅助城市总体规划编制。
第四，微观地下空间开发适宜性评价。分析岩土工程性质、开发条件和环境影响等因素，对城市地下空间开发适宜性进行综合评估，确定适宜开发的地段和高风险区，辅助城市详细规划编制。
第五，地下工程设计方案优选。动态模拟地下空间开挖过程，根据设计深度、开挖难易程度，综合评价地下工程可行性，辅助地下工程设计方案优选。
第六，地上工程设计方案优选。通过动态三维模拟不同建筑设计规划，对光照、声音、环境等不同方面进行分析，为城市建设规划提供辅助依据。
应用场景三：为高精度自动驾驶提供数字基础
通过搭建真实世界 1:1 数字孪生场景，还原物理世界运行规律，满足智能驾驶场景下人工智能算法的训练需求，大幅提升训练效率和安全度。如通过采集激光点云数据，建立高精度地图，构建自动驾驶数字孪生模型，完成厘米级道路还原。同时基于桥隧监测、气象监测、交通运行系统监测等基础设施监测体系，集成基础地理数据、交通道路、交通设施、道路巡检等交通专题数据、以及智能感知数据，打造实时、准确、高效的智能交通运行监测与管理平台，实现交通应急指挥调度、交通运行监控、基础设施监控、交通信息共享服务等，最终为高精度自动驾驶提供数字基础。
三维视频融合应用
在新基建的浪潮之下，新型智慧城市建设迎来新的发展机遇，无疑也将加快数字孪生在智慧城市建设的应用速度，我们希望能利用全国产化MapGIS智慧城市云平台在地理信息方面的技术优势，协同更多的合作伙伴，共同构建数字孪生城市，让我们的智慧城市变得更“聪明”，让人民生活更舒适便捷！
未来智能实验室的主要工作包括：建立AI智能系统智商评测体系，开展世界人工智能智商评测；开展互联网（城市）云脑研究计划，构建互联网（城市）云脑技术和企业图谱，为提升企业，行业与城市的智能水平服务。
如果您对实验室的研究感兴趣，欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
