全球物聯網、5G、人工智能、無人駕駛、虛擬現實、深度學習等技術研發和產業化加速突破，掀起數字化網絡化智能化新一輪浪潮。同時，智慧城市實施進程不斷加快，實施內容持續深入，其發展理念、推進模式和技術體系不斷更新和演進，建設虛擬服務現實、數據驅動治理、智能定義一切的數字孿生城市將成為智慧城市的重要趨勢。

一、數字孿生城市的建設條件日益成熟

1、信息通信技術（ICT）在城市中成熟應用

近年來，云計算平臺已成城市重要基礎設施，政府、企業乃至個人廣泛使用；大數據成為城市重要資產、戰略資源，基于大數據分析的智能決策應用不斷涌現；物聯網推動萬物互聯成為現實，廣泛應用于城市治理領域的感知監測、數據采集等；（移動）互聯網成為公眾獲取城市生活服務的重要優先渠道，也是延伸服務的重要手段；基于深度學習的人工智能應用可精準預測城市問題，極大提升市民體驗。

2、數字孿生（DT）技術應用向城市廣泛滲透

數字孿生技術應用最早起源于工業領域，尤其飛機、火車發動機等高端制造領域，對產品、生產線和工藝等進行數字仿真、實時跟蹤，研發周期大幅縮減，生產成本大幅降低，形成多設備互聯、協同和優化的建設模式。當前，數字孿生技術應用已逐步向建筑、醫療、城市管理等領域滲透，依托BIM模型完成建筑物的龍骨、結構以及風水電等設計，實現建筑物各類資源的優化、應急方案預演以及建筑群間資源優化配置；達索公司開發3DEXPERIENCity平臺實現城市規劃布局、管網以及氣象的數字孿生，使得城市應急處置效率提升30％，城市擁堵率降低25％。

3、技術融合與數據積淀不斷推動城市創新發展

分布式計算、4G／5G通信、大規模數據并行處理、深度學習等技術與3D建模、高精度地圖、模擬仿真、虛擬現實、智能控制等數字孿生相關技術有機耦合加快集成，推動在數字空間中建設同步運行的數字孿生城市成為可能。此外，經過近十年智慧城市建設，城市傳感器隨處可見，城市智能終端廣泛部署，城市體征運行數據大量匯聚積淀，城市畫像日益清晰，跨層級、跨地域、跨系統、跨部門、跨業務的數據資源加速有序融合，基于海量多維數據分析的智能應用不斷涌現，智慧城市建設正處于量變到質變關鍵時期。

二、數字孿生城市是深度學習自我優化的城市

數字孿生城市的核心要義是，在網絡數字空間，再造一個與現實物理城市匹配對應的數字城市，通過構建物理城市與數字城市一一對應、協同交互、智能操控的復雜系統，使其與物理城市平行運轉，通過虛擬服務現實，數據驅動治理，智能定義一切等運行機制，實現城市全要素數字化和虛擬化、全狀態實時化和可視化、城市運行管理協同化智能化，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的虛擬世界同生共存、虛實交融的城市發展新模式，是具有深度學習、自我優化能力的城市。

圖1數字孿生城市運行機理

1、全域感知，實現由實到虛

通過部署全域感知體系和各行業領域信息系統平臺，采集匯集城市所有靜態數據、業務數據、對象數據等表征城市運行的全量數據，在數字空間建立一一映射的數字孿生城市模型平臺，并加載城市全量靜態和動態數據。

2、深度學習，實現自我優化

基于不斷匯集的海量數據和數字孿生城市模型平臺，運用多維數據分析、機器學習、神經網絡、深度學習等算法或技術，運算得出城市資源配置優化方案、城市災害預測預警模型、城市應急指揮策略等，實現自我優化。

3、智能操控，實現由虛控實

基于以上數字空間得出的優化方案、預警模型、指揮策略等深度學習結論，在數字孿生城市模型平臺中，通過傳感器遠程控制、信息系統功能優化修正等操作，反向作用于物理世界運行的城市，實現動態決策、快速響應和智能操控。

4、更新迭代，實現流程再造

通過深度學習、自我優化后的城市在新的運行流程、運行規則、運行機制下不斷產生和積累新的數據，同時，新智能設備、新技術應用不斷更替出現，進而啟動新一輪的數字孿生更新迭代，實現城市不斷進化的“自生長”發展模式。

三、數字孿生城市是技術和數據深度融合的新模式

數字孿生城市，是與物理城市一一映射、協同交互、智能操控的虛擬城市，其技術體系框架包含智能終端、泛在網絡、支撐平臺、應用系統等必要組成要素，并貫穿城市數據的采集、匯聚、整合、分析、應用等全過程環節，是一個技術融合、業務融合和數據融合的復雜巨系統。

圖2數字孿生城市技術體系框架

1、全域智能終端的數據采集是數字孿生城市前提

全域智能終端的數據采集主要涵蓋四大基礎要素，即數字標識、智能終端、三維模型、地理信息等。其中，數字標識作為城市人、事、物在數字空間的唯一索引，表征城市人、事物身份信息，用于數字信息和實體之間的精準匹配、建立連接和管理控制；智能終端作為城市運行的信息采集器，用于采集城市所有靜態和動態信息；三維模型作為數字空間的信息載體，用于展現城市空間形態；地理信息表征城市人、事、物的位置和位移，主要包括GIS、RS、GPS等。

2、極速泛在的城市信息網絡是數字孿生城市保障

極速泛在的城市信息網絡主要包括三大接入方式，即城市極速專網、4G／5G移動寬帶、NB－IoT／eMTC／LoRa物聯網等，形成互為補充、極速互聯的網絡接入保障。為滿足城市安全運行、虛實互動毫秒級響應以及千萬級的智能設備的同時接入需求，率先組建城市極速專網，統一集成寬帶無線網、寬帶有線網、視頻網、應急通信網、政務網等，實現極速互聯。針對手機、可穿戴設備等移動智能終端主要以4G、5G接入為主，采集城市中人的信息。針對數以億計的傳感器，可通過NB－IoT、eMTC、LoRa等網絡實現統一接入。

3、深度思考的城市信息中樞是數字孿生城市核心

深度思考的城市信息中樞主要包括四類重要平臺，即數據資源管理平臺、數字孿生模型平臺、基于深度學習的人工智能算法平臺、統一智能操控平臺等，共同組成指導數字孿生城市高效運行的信息中樞。數據資源管理平臺用于數據整合、處理、分發等；數字孿生模型平臺作為數字空間集成載體，集成所有數據資源，展現真實世界運行全貌和細節；基于深度學習的人工智能算法平臺用于優化業務流程、資源配置、規劃布局等；統一智能操控平臺主要用于智能決策指揮、自組織運行、遠程操控等。

4、高效運行的智能應用系統是數字孿生城市表現

最終，數字孿生城市要作用于城市治理和民生服務的各個業務環節，推動服務體驗智能化、社會治理智慧化。如，通過模擬仿真、動態評估、深度學習城市規劃方案效果，實現規劃不再走彎路；三維呈現水勢、空氣動力、霧霾變化等，為城市治理決策提前部署提供依據；通過深度學習個人教育和知識體系，實現自適應式定制化學習；通過深度學習民眾出行、生活、消費等習慣，制定個人出行路線；通過交通流量預測，智能疏導和優化信號燈時長。

總之，數字孿生城市建設是一個長期而艱巨的任務，隨著實施不斷深入，其技術體系框架和解決方案將更加清晰，將有力推動城市的高質量發展。