新型智慧城市数字孪生整体建设方案.pptx
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1、数字孪生城市解决方案,新型智慧城市数字孪生整体建设方案,行业概述/问题与挑战,行业背景,CONTENTS,数字孪生解决方案 方案特点/亮点/优势 智慧城市数字孪生系统 技术路线/核心技术,背景:数字孪生正成为全球信息技术发展的新焦点,加强城市管理数字化平台建设和功能整合; 建设综合性城市管理数据库,发展民生服务智慧应用。 中央城市工作会议 分级分类推进新型智慧城市建设,打通信息壁垒,,用好信息化手段感知社会态势、畅通沟通渠道、辅助科 学决策。加强信息基础设施建设,强化信息资源深度整 合,打通经济社会发展的信息大动脉。 网信工作会议 以推行电子政务、建设新型智慧城市等为抓手,以 数据集中和共享为
2、途径,建设全国一体化的国家大 数据中心,推进技术融合、业务融合、数据融合, 实现跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨业务的 协同管理和服务”。 中共中央政治局第三十六次集体学习,构建全国信息资源共享体系。,网信工作会议,加强顶层设计,提高城市基础设施、运行管理、公,共服务和产业发展的信息化水平,分级分类推进新,型智慧城市建设。国家信息化发展战略纲要,新型智慧城市建设行动。 到2020年,新型智 慧城市建设取得显著成效,形成无处不在的惠民服 务、透明高效的在线政府、融合创新的信息经济、 精准精细的城市治理、安全可靠的运行体系。 “十三五”国家信息化规划,将城市各部门、行业信息的传统物理媒介(纸质
3、表格等)转变成计算存储的数字系统,从而提高 城市各部门、各行业“个体”的效率。,第一阶段数字化,会 商,文 件,报 告,行业信息 数字化,没有解决信息互通,各政府部门自行开发的系统 众多,系统间缺乏共同的标准规范,横向整合共 享难以深入进行,政务信息的跨部门共享协作仍 然存在困难,大数据对于科学决策的辅助支持不 够。,信息孤岛问题,把分散的城市各部门、行业的数字化要素、单元和系 统连接起来,形成各部门、行业互联互通的城市信息 流系统,从而提高整体效率。,第二阶段,网络化,工 商,环 保,交 通,医 疗,税 务,数 据 中 心,行业数据关联 化,由于缺乏顶层设计、统一规划,会导致城市智慧与城 市
4、建设脱节、规划相对主观,与周围环境缺乏融合等 弊端;同时,在组织智慧城市建设中存在盲目跟风现 象,把智慧城市建设作为政绩工程和形象工程,贪大 求全。,需求问题,对已有的城市信息流系统进行深入分析,找出其中的瓶 颈或可以优化的环节,用人工智能技术加以解决,提高 自动化和智能化程度。在进行数字城市、智慧城市建设 的时候必须要遵循这样一个规律。,第三阶段智能化,智慧城市 关联数据 智能化,数据大,而不是大数据,缺乏对应用的支撑。目前,存 在着一个普遍的观点,只要有大量的甚至是海量的数据, 就称为大数据,却忽略了数据对业务的支撑,与业务没 有直接联系,失去了大数据建设的主题。,应用问题,背景-城市信息
5、化建设三阶段与存在的问题,背景-智慧城市建设多源集成的推进逻辑,中国工程院院士、深圳市规划和国土资源委员会巡视员郭仁忠:,智慧基础设施:数字孪生底座,党的十九大引领中国进入新时 代,“数字中国”成为国家重大战略, 18年两会上,组建了自然资源部和 生态环境部并提出,要发展壮大新 动能,实施大数据发展行动,加强 新一代人工智能研发应用,在多领 域推进“互联网+”。发展智能产业, 拓展智能生活,加快建设数字中国, 更好地服务我国经济社会发展和人 民生活改善。随着全球数字化水平 不断提高、物联网等技术飞速发展, “数字孪生”也更多被认知和引用。 据报道,美国国防部、PTC、西门 子、达索等公司都深度
6、关注并认可 “数字孪生”概念,通用电气、西门 子甚至已着手“数字孪生”布局。 随着5G网络的发展,数字孪生三维数据必将成为10年后城市发展的社会公共基础设施 未来物理世界中的各种事物都将在数字世界中复制,与现实世界实体同步规划同步建设同步运行,数字孪生是各行业信息化发展必然趋势,智 慧 水 利,数 字 孪 生 系 统 是 实 现 智 能 管 理 的 前 提,虚拟设计,数字化工程设计 (场景:BIM),智慧优化,数字仿真,智能化管理应用 (场景:GIS),虚拟设计,评价分析,原材料,数据/信息设备,厂房,智 能 决 策,实际生产,智能优化,人力,虚拟加工,虚拟装配,产品/设施,数 字 仿 真,智
7、 慧 交通,未来之城,地上实体,地 面 地下实体,室内,室外,管线,轨道,地质,现实,城市,虚拟 城市,城市信 息模型,时空 信息云,目标-智慧城市建设思路-运营机制-建设内容,新型智慧城市,技术融合,数据融合,业务融合,城市治理和公共服务 智慧化,城市空间基础地理信 息数据库,大 数 据,人 工 智 能,多元数据资料信息,城市系统 运行,系统监控 评价,城市综合管 理决策部门,城市管理机制 目的、判断,数据建模 仿真分析,结论和 建议,结果分析 与综合,调整模型和参数 专家专业知 识公众意见,数据聚合一套表-实时动态的城市状态管理看板,城市仪表盘为决策者提供统一的 实时动态的城市状态管理看板
8、,城市仪表盘,各种城市应用数据,城 管 数 字 孪 生 体,平 安 城 市 数 字 孪 生 体,智 能 交 通 数 字 孪 生 体,。 。 。,表现层,智能分析,灵活展现,数据挖掘,统一指挥调度,智能操控的 “城市大脑”,城市数据资产管理体系 (数据汇聚+开放共享),汇聚整合 质量监控 有序治理,数据提供 决策依据,智能分析 量化指标,智能操控 反向控制,实时感知 虚实交互,数字孪生载体 数字孪生城市模型 (全域感知+虚实交互),城市操作系统 (深度学习+运营指挥),资源要素,深度学习能力,驾驶舱,全 域 全 过 程 的 评 估 计 算 体 系,面向智能城市应用的计算分析服务,Data Min
9、ing and Machine Learning for Spatial and Spatio-Temporal Data,s c ti y l a n A ta a D,Azure Cloud ML,Cross-Domain Data fusion Methods,Categories Regions,Regions,Features,X = RU,Z,Time slots,Regions AY CategoriesY = TRT Categories,X,t,Nt,Na,v,dv,fr,w,fg fp Np,Temporal Classifier,Traffic: Ft Meteorolo
10、gic: Fm Human mobility: Fh Temporal,Road Networks: Fr POIs: FpSpatial,Spatial Classifier,Air quality data Traffic Data,Joint Task Learner,Good, moderation, fast, normal, Unhealthycongestion,Visulaization,s n o ti a c i l p p A,Air Quality: Inference, Prediction and Causality,City-wide Traffic: Speed
11、, Volume, Energy and Pollution emission,Cross-Domain Spatio-Temporal Correlation Pattern Mining,Spatial and Temporal Static,Point- based,Network- based,Spatial Static-Temporal Dynamic,Spatial-Temporal Dynamic,(Road Networks),Data Source Types,e gs ae rp oy tT S,( Stationary Readings,(Traffic Reading
12、s),(Crowd Sourcing Readings),(Trajectories),Azure SQLAzure TableAzure BlobAzure File,Azure Queue,e g a r Sto,Data,HDInsight,Virtual Machines,Spatial Index,Spatio-temporal Index,Spatial Index,Temporal .Index,.,.,Value Index,Hybrid Index,e c a f r e t n I,1. Location-based Range Query 2. Spatio-tempor
13、al Range Query 3. Value-based Inverted Lookup,API,g n i x e d n I,t n e m n o r i v En g n ti u p m o C,数 据,存 储,计 算 环 境,数,据,分 析,应 用,数 据 源 类 型,基于 网络,基于 点,路网,交通量读数,( POIs) 时空静态,轨迹,固定读数) 空间定时动态,所有读数 时空动态,存 储,类 型,空气质量:推断、 预测和因果,全市交通:速度、容量、 能源及污染排放,跨域时空关联模式挖掘,可视化,跨域数据融合方法,时空数据的数据挖掘和机器学习,基于位置的范围查询 时空范围查询
14、基于值的反向查询,指数,接 口,索 引,空间索引,时空索引,价值索引,城市数字孪生可以分为四个阶段: 对城市现状进行精准、全面、动态映射的现状孪生; 从历史数据中学习、分析、识别、总结并发现城市 运行规律的学习孪生;,人工监督下模拟不同环境背景下的发展情景的模拟,孪生;,最终通过实时数据接入与人工智能自动决策的自主 孪生。 结合物联网数据采集、大数据处理和人工智能建模分 析,数字孪生需要实现上述四个阶 段,实现对当前状态的评估、对过去发生问题的诊断, 以及对未来趋势的预测,并给予分析的结果,模拟各 种可能性,提供更全面的决策支持。,行业概述/问题与挑战,行业背景,CONTENTS,数字孪生解决
15、方案 方案特点/亮点/优势 智慧城市数字孪生系统 技术路线/核心技术,数字孪生系统建设的基本单元-CIM城市信息模型,结构化可量化索引,计算机可理解,从面片化到结构化,语义化的空间结构逻辑标准,可查询检 索粒度细,从人眼可识别,到计算机可识别,可智能仿真分 析,多源语义信息集成,以空间数据索引传感器及各行业数据形成城 市信息有机体,数字孪生“体”成为物理世界与数字 世界的对应纽带,新型的城市信息模型成为组成数字 孪生世界的基本“粒子”,构建万物互联的智能世界 从孪生底座开始的“赋能”,未来世界 数字 孪生城市,现实世界被 数字世界映射感知,数字世界 决策管控现实世界,城市信息模型(CIM)构建
16、技术,元数据 模型,真三维模 型,行业数据 索引,云数据描述模型 语义化的空间结构 逻辑标准,实体模型 城市多要素结构化 实景全息三维,大数据集成工具 以空间数据索引各行业数据 形成城市信息有机体,City Information Modeling,竣工验收+三维模型,分层分户 -竣工验收CAD,构建相互关系信息 -BIM -室内高精度测绘,BIM+GIS,三维仿真可视化,传感器信息 -物联感知,三维+物联网,颜色信息 -指示仿真,纹理信息 -倾斜摄影 -近景摄影,Lidar+倾斜摄影,不动产信息 -不动产测量,三维测绘+不动产测量,城市信息模型(CIM)构建技术,元数据 模型,真三维模 型,
17、行业数据 索引,云数据描述模型 语义化的空间结构 逻辑标准,实体模型 城市多要素结构化 实景全息三维,大数据集成工具 以空间数据索引各行业数据 形成城市信息有机体,City Information Modeling,以图谱型数据结构记录空间关系,城市信息模型(CIM)构建技术,元数据 模型,真三维模 型,行业数据 索引,云数据描述模型 语义化的空间结构 逻辑标准,实体模型 城市多要素结构化 实景全息三维,大数据集成工具 以空间数据索引各行业数据 形成城市信息有机体,City Information Modeling,SHCJL18 003,编码、名称、地址、基地面 积、建筑面积、分类用途、 结
18、构、层数、建筑年代、业 主信息、审批信息,性别、年龄、职业、工 作单位、社保,实景照片,三维模型,50多个建筑属性 指标,各种人口属性 (来源:出租屋登记/户籍 登记/房产登记),行业数据集成,公安系统专题属性,地理属性、户籍、安防 设施信息、视频监控、 通讯设施,数字孪生,以人工智能技术为手段,结合空间地理信息技术,通过综合运用大数据和物联网技术为数据赋能,驱 动“智能+”在城市、园区、街镇等各个级别场景下应用。,智慧城市数字孪生底座,数字孪生的核心价值在于: 实现城市全要素数字化和虚拟化、全状态实时化和可 视化、城市运行管理协同化智能化。应用新型测绘技 术、物联网技术、人工智能技术等先进技
19、术,构建虚 实交融、万物互联的数字孪生城市。 形成数据闭环赋能体系。通过城市信息模型,实现实 时模拟、监控、诊断、预测和控制,解决城市问题, 提高城市资源配置效率,形成城市内生发展能力。,数字孪生底座整体架构,统 一 的 标 准 规 范,政府,公众,企业,数字孪生城市,3D GIS数据,BIM数据,20,三元 世界,反馈演进,物 理 空 间,数 字 空 间,构建物理世界、数字世界和人文空间的三元世界融合,通过人文空间在数字空间再造一个与物理空 间之匹配对应、虚实交融的“数字孪生体”, 形成虚实结合、孪生互动的城市发展新形态。 数字孪生体 人文空间,人; 物; 设备; 城市部件; 工业; 建筑;
20、 城市; 环境,人口信息; 资产信息; 地理信息模型 (3D GIS); 建筑信息模型 (BIM); 地下空间模型 (BIM) 城市部件模 型,数字孪生体,数字孪生体,21,数字孪生体是数字孪生基座的基础,人口信息; 资产信息; 地理信息模型; 建筑信息模型; 地下空间模型 城市部件模 型,可应用; 可互动; 可开发; 可赋能; 可计算 可分 析,模型处理,全域感知,事态洞察 提前预测,科学决策,数字孪生体,数字孪生基座,城市数字孪生基座基本组成,22,CIM城市数字孪生基座,3DGIS:地理信息系统 Geographic Information System 对整个或部分地球表层(包括大气层
21、)空 间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管 理、运算、分析、显示和描述的技术系统。,BIM:建筑信息模型 Building Information Modeling 通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的 建筑相关数据信息。它具有信息完备性、信 息关联性、可视化、协调性、模拟性、优化 性和可出图性八大特点,云,IOT:物联网 The Internet of Things 物联网是一个基于互联网、传统电信网等 的信息承载体,通过信息传感器装置与技术, 实现物与物、物与人的泛在连接,实现对物 品和过程的智能化感知、识别和管理。,数字孪生基座的特征,民 政 局,DB,网络,税 务 局,DB,网络,水
22、 务 局,DB,网络,交 通 局,DB,网络,环 保 局,DB,网络,司 法 局,DB,网络,人 社 局,DB,网络, ,时间,内容,二维结构,时间,内容,空间,三维结构,基于时间序列 汇聚数据,为数据叠加空间属性 基于时空模型 融合数据,数据汇聚,智慧城市数据共享交换平台,数字孪生基座,数据融合,人口库法人库,交通库,环境库,教育库,卫计库,政务库,城管库,地理库,城市应用服务,城市应用服务,数据价值 N2 智慧城市数据资源目录,税务库元数据 结 构 决 定 价 值,石墨,钻石,数据价值 NN 城市CIM模型,传统智慧城市 数字孪生城市,24,数字孪生基座技术架构,三维地理信息数据,BIM竣



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- 新型 智慧 城市 数字 孪生 整体 总体 建设 方案
