基于数字孪生的智慧城市

李德仁

各位领导、各位专家同志们好！我今天汇报的题目是《基于孪生的智慧城市》。

习近平总书记在十九大发表了重要讲话，指出要推进信息与国家治理能力和治理能力现代化，分期分类推进新型城市建设，更好地用信息化手段感知社会态势，畅通各种渠道。

一、数字孪生的智慧城市

什么是数字孪生？数字孪生作为虚实之间双向映射、动态交互、实时连接的关键途径，将物理实体与系统属性、结构、状态、性能、功能和行为映射到虚拟世界，形成高保真的动态、多维多纬度、多物理模型，为观察物理世界、认识物理世界、理解物理世界、控制物理世界、改造物理世界提供新的有效途径。

在数字孪生城市中，基础设施包括水、电、气、交通的运行状态，城市资源包括医疗、消防等调配情况，城市活动着的人流、车流、物流的安全运控，都会通过传感器、摄像头、数字化子系统采集起来，通过5G、6G、北斗在内的物联网技术传到云端和城市管理平台上，利用这样数据和城市模型可以构建一个数字孪生体，更好地经营管理、运营城市，为人民服务。

物理世界就是大家所说的钢筋水泥世界，实现从虚拟到实体空间，产生景象映射，通过各种云计算模型、软件、人工智能方法洞察态势，提前进行预测，做出科学的决策与反馈，从而推动城市的智能化，这样的数字孪生城市必须要有城市地理信息系统加上BIM模型和物联网，构成城市信息模型。十八大、十九大以来，这种模式的数字孪生智慧城市成为了全国各个城市建设的重点任务。

国际方面，新加坡有出台关于数字孪生城市建设的计划，国内方面，我们在深圳做了虚拟实景模型，在数字孪生城市中能实现一些颠覆性的创新，总结而言就是信息可见、轨迹可循、状态可查，虚实同步运转，情景交融，过去可追溯、未来可预期，当下知冷暖，见微知著，全市一盘棋尽在掌握，实现管理扁平化，信息跑路，群众少跑腿。

建好这样的数字孪生智慧城市，需要从全程的数字化开始，实现一体化感知体系，深入深度学习的智能平台建设，做成一个能够有计算能力的、全员覆盖的数据资源库，实现实时映射的孪生反馈平台，从而推动城市运营。

数字孪生城市是数字城市的最高阶段，也是智慧城市建设的新高度，它赋予城市大脑，实现指挥化的重要设施和基础能力。数字孪生智慧城市将在网络空间实现对物理空间的现实城市的智能运控与管理。

二、基于数字孪生的智慧城市特点

要解决五个关键技术。从全面动态的感知开始，到多纬度、尺度模型的精准构建，全要素、全流程、全业务数据的深度融合，和实现智能化、人性化、个性化服务的按需使用，从而实现全面动态实时交互。

数字孪生的智慧城市有四大特点：第一，精准映射。物理空间全部映射到网络空间。第二，虚实交互。在网络空间可以去动态搜索各种信息、参与社会规划管理建设、支持城市各种活动，在实体空间与虚拟空间之间实现虚实交互。第三，软件定义。这样子的过程可以说是软件定义的，所有的行为要依靠云端和计算解决软性指导下的操控，城市所有运营都有这样的软件定义后，形成数字经济、数字社会。第四、智能反馈。这样的智慧城市能实现智能反馈，赋予城市管理更多智慧和智能，让老百姓满意。

三、数字孪生城市的各种应用。

（一）智慧城市运营大脑。

这是城市的运营平台，通过应用层服务各行各业，完成城市为百姓服务的智能功能，包括政府的为民服务与智能化生产。这样的城市大脑将具备很好的指挥调度平台：大数据形成生态流，从数据采集、加工、存储、挖掘、决策、控制等形成一条龙，不断在大数据生态环境中让它活起来；需要有GEO  Mmarter这样的实时定理信息系统，实行动态管理与推荐，给有关部门主动推送需要的服务类型，实现对城市的感知与运营。

（二）智能电网数字孪生服务

利用电力系统的物理模型、先进计量基础设施在线量测数据，电力系统历史运行数据，并集成电气、计算机、通行、经济多学科知识，进行多物理量、多时空尺度、多概率的仿真过程，通过在虚拟空间中完成对智能电网的映射，反应智能电网从发电、送电到卖电直至任务完成的全生命周期的过程。

需要解决的关键技术有三个，即在线数据的感知和量测，进行数字空间的建模和仿真分析。我们跟南电北电合作开发了激光雷达的子系统，获取必要的信息，实现电线与树之间的距离研究，同时研究上面所有的设施，利用红外测向系统发现是否存在异常，并进行实时数据采集，用5G传输到指挥中心，然后再利用电力巡检机器人（电力巡检机器人上面装有红外摄像、光学摄像和激光雷达成像及北斗，可以实现像人一样的巡逻）对变电、输电、配电设备进行全天时、全方位、全自主智能巡检和安全防护（包括巡逻、读表、户外测温、实时视频回传等功能），以人工智能先进化手段保证电网安全，提升电网智能化巡检水平。这个系统在中国南北十五个省市做了推广实验，现在还在继续扩大。湖北省智慧电网的运营大脑即是这种系统模式，可以完成从发电、运电到卖电的全过程管理。

（三）智慧城市交通大脑

我们和公安部在武汉市做了一个试点，解决所有信息感知、时空分析、数据挖掘技术，解决智慧交通的管理特别是智慧交通应急处理问题。采集了所有运行大数据（包括人驾驶员、车、路还有环境信息）。2017年系统上线以后，仅用了一年时间，武汉市的拥堵排名从23名降到53名，有很大的提高。月亮湾是其中一个无人值守的中国停车场案例，它结合了无人脸识别、BIM技术、室内精准导航定位、应急预案管理和资产管理五个方式，实现了智能化、无人化管理。

（四）智慧城市公共疫情服务

在疫情期间，要解决数字城市公共舆情问题，通过网络把好城市关，用人工智能、大数据回溯人的活动轨迹，寻找紧密接触人群，预测高危传播区域，以及协助进行病毒传播动力模型分析。在去年超过200个城市7000多个场所地点采用了此应用，有力支持了疫情防控。

定位问题方面，室外靠北斗，室内定位靠光源、相机、蓝牙、各种传感器、各种射频信号。武汉大学通过音频的高精度智能手机测距技术，可以在50×50的空间里，做到手机信号扩大50米。这个已经在广州白云机场做测试，测试结果很好。用这样的系统做一切疫情安全距离的自动感知，能把近距离的接触者和安全距离的人群区分开，找到密切接触者和正常人员，无需隔离，可以实现更科学、最大限度的精准管控。通过这个方法尽量做到不封城、不封区，实现疫情常态化管理。

（五）长江流域生态环境与灾害智能管理

1.长江流域生态环境管理方面

习主席教导我们要把修护长江生态环境摆在压倒性位置，我们按照习主席要求做到上游多蓄水多发电，下游抗洪抗旱，把水用好，我们研发了长江流域生态环境的水域资源管理以及灾害应急的智能化管理系统，将长江流域水域环境和水资源管起来。我们用了32种类型的传感器，沿着长江布了三万个传感器，获取上亿条数据（包括水力数据、流速数据、流量数据等）。通过软件分析系统进行水文分析，将从原来的定时数据改为实时数据，可以实现多蓄水、多发电。中游21个水库群防群治联合处理做洪水体验的系统，灾害预警从1小时做到20-30分钟。在下游由于有这样的传感器服务，可以每小时提供一次水力，通过5G送到船上，就能够指挥船只安全航行。

2.洪涝灾害应急管理方面

一方面利用各种数据采集，利用各种知识做分析推理，自动做灾情预报以及灾后评估。在郑州就用了这种方法，不同的郑州水面积从原来只有35个平方公里迅速涨到130个平方公里水域。我们用同样的方法研究了道路受灾情况，道路受灾的面积占了整个道理面积16.89%，还研究了房屋受灾比例，这些数据都及时告诉了郑州和中央。我们又用同样的方法对新疆的洪涝灾害做了分析，分析的结果大家可以看得出来，不同颜色代表了不同状态，影响灾害面积占了总面积的8.23%。

总结

今天用这么短的时间给大家讲了三个问题，一是数字孪生城市是数字城市的高级阶段，也是智慧城市的新高度，要有这样的基础来管理城市，更好地实现治理精细化，为人民服务；二是要把数字孪生城市做好需要利用5G、6G、互联网、物联网、城市信息模型、时空大数据、云计算和人工智能，要针对每个城市的特点，抓好数字孪生智慧城市的智能化应用建设；三是要抓好基于数字孪生的智慧城市各种智能化应用，推动新型智慧城市的发展，实现国家和城市治理，推动强国目标建设的实现。

谢谢大家！