2022年4月29日

淺析 智慧城市“數(shù)字孿生”IOC應(yīng)用

近年來，數(shù)字孿生技術(shù)已被業(yè)界公認(rèn)為未來戰(zhàn)略性顛覆性先導(dǎo)性技術(shù)，其應(yīng)用場景廣泛，已深入到城市治理、智慧園區(qū)、工業(yè)制造、醫(yī)療健康等各行各業(yè)；隨著“新基建”政策的推進(jìn)，以5G通訊、IoT、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的新一代信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，推動著各行業(yè)管理向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)變。

“數(shù)字孿生城市”寫入“十四五”規(guī)劃

智慧城市是數(shù)字城市發(fā)展的高級階段，數(shù)字孿生是構(gòu)建智慧城市的重要技術(shù)手段，尤其是，“探索建設(shè)數(shù)字孿生城市”已寫入國家《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，從打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)新優(yōu)勢到加快數(shù)字社會建設(shè)步伐，從提高數(shù)字政府建設(shè)水平再到營造良好數(shù)字生態(tài)，勾畫出了未來五年數(shù)字中國建設(shè)新圖景，為數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用指明方向。

提煉自“十四五”規(guī)劃和2035遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要

從國內(nèi)的實(shí)踐來看，城市“數(shù)字孿生”具備哪些技術(shù)特征？數(shù)字孿生技術(shù)能夠發(fā)揮哪些業(yè)務(wù)價值？數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效能如何？

圍繞這些問題，本文聚焦城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型、城市賦能和價值創(chuàng)造，結(jié)合數(shù)字冰雹在可視化數(shù)字孿生領(lǐng)域十余年的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行簡單的分析闡述。

城市“數(shù)字孿生”的技術(shù)特征

1.技術(shù)架構(gòu)：純云架構(gòu)、端/流兼容

具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)兼容性和多數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)高效接入能力，是城市“數(shù)字孿生”的技術(shù)特征之一。數(shù)字孿生技術(shù)平臺，作為最終行業(yè)智能應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺，要接入的數(shù)據(jù)包括但不限于：地圖數(shù)據(jù)、三維景觀、地理要素、建筑要素、空間要素、傳感器數(shù)據(jù)、時空分析數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)等，并能夠與各類型數(shù)據(jù)平臺、數(shù)據(jù)庫無縫集成。

城市“數(shù)字孿生”的核心是在數(shù)字空間構(gòu)建與物理城市高度一致的城市孿生體，并以數(shù)據(jù)資源代替物理資源，賦能城市各類應(yīng)用。因此，城市“數(shù)字孿生”必須要能夠?qū)Τ鞘腥繑?shù)據(jù)進(jìn)行高效接入，將多類型數(shù)據(jù)整合到一個三維可視化空間，進(jìn)行高度融合與挖掘分析，在最大限度利用現(xiàn)有信息化建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，構(gòu)建智慧管理相關(guān)應(yīng)用，輔助用戶對各類監(jiān)測對象做出快速、準(zhǔn)確的判斷，為管理決策提供有力支撐，最終實(shí)現(xiàn)“一網(wǎng)匯聚、一庫治理、互聯(lián)共享、一圖融合”。

2.云渲染技術(shù)架構(gòu)、端/流兼容

隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，云渲染技術(shù)架構(gòu)是當(dāng)下主流的發(fā)展趨勢，“純云架構(gòu)、端/流兼容”是城市“數(shù)字孿生”的技術(shù)特征之一。

“純云架構(gòu)”可以實(shí)現(xiàn)任意瀏覽器終端、無需安裝即可秒級開啟 數(shù)字孿生應(yīng)用乃至編輯器；

“端/流兼容”,“端”即“端渲染”，通過瀏覽器端的 WebGL 技術(shù)實(shí)時渲染場景，供用戶操作訪問，具備任意終端都能獲得優(yōu)秀的渲染效果、對服務(wù)器負(fù)擔(dān)小、帶寬要求低、并發(fā)數(shù)量高等優(yōu)勢；“流”即“流渲染”， 基于云端渲染服務(wù)器，生成可交互視頻流，供用戶實(shí)時操作訪問，具備頂級渲染效果、超高性能、支持預(yù)加載，啟動快、訪問終端配置要求低等優(yōu)勢。兩種可視化渲染技術(shù)都是基礎(chǔ)的技術(shù)平臺，數(shù)字孿生技術(shù)廠商應(yīng)該做到全部兼容，提供全面的實(shí)施服務(wù)能力。

3.全粒度城市場景 精細(xì)化渲染、頂級視效

數(shù)字孿生應(yīng)用常作為智慧化建設(shè)的集中成果，高性能的使用體驗(yàn)、高效果的視覺體驗(yàn)也是必不可少的。其實(shí)體驗(yàn)好，本質(zhì)上是最大限度的利用計算機(jī)圖形學(xué)的最新發(fā)展成果，最大程度釋放數(shù)據(jù)和應(yīng)用的價值，也屬于戰(zhàn)斗力的重要組成部分，總結(jié)起來重點(diǎn)就是如下兩方面：

（1）高性能：超大范圍，全要素/全范圍/全精度 實(shí)時渲染，最大限度還原全量數(shù)據(jù)。

（2）高效果：影視級視效渲染，寫實(shí)/信息化風(fēng)格，適應(yīng)不同情境需求，助力提升使用體驗(yàn)。

4.全流程開發(fā)工具鏈 持續(xù)賦能

城市“數(shù)字孿生”的建設(shè)，絕不僅僅是建立一個業(yè)主最終看到的應(yīng)用就結(jié)束了，數(shù)字孿生平臺本身，對于業(yè)主來說，也面臨著長期的維護(hù)工作，更新/擴(kuò)充/定制 的長期賦能是非常必要的基礎(chǔ)要求。

構(gòu)建城市“數(shù)字孿生”，要能夠交付全流程工具鏈，真正為用戶完整業(yè)務(wù)應(yīng)用賦能，確保未來靈活擴(kuò)展定制。

無論最終用戶或者是集成商，不僅要關(guān)注數(shù)字孿生應(yīng)用最終呈現(xiàn)出來的效果和能力，也應(yīng)高度重視基礎(chǔ)技術(shù)平臺的完整性，這就涉及到數(shù)字孿生應(yīng)用構(gòu)建過程中非常重要的三個環(huán)節(jié)：數(shù)字孿生場景構(gòu)建、數(shù)字孿生場景二次開發(fā)托管、數(shù)字孿生應(yīng)用開發(fā)，為用戶交付完善的產(chǎn)品配置工具和深度定制能力，賦能用戶更為靈活、自主、高質(zhì)高效地構(gòu)建個性化數(shù)字孿生應(yīng)用，是數(shù)字孿生技術(shù)平臺更廣泛落地應(yīng)用的必備能力。

（1）數(shù)字孿生場景構(gòu)建

（2）數(shù)字孿生場景二次開發(fā)、云托管

（3）數(shù)字孿生應(yīng)用開發(fā)

5.內(nèi)核自研，確保技術(shù)自主可控

數(shù)字孿生技術(shù)作為政府及企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)技術(shù)，自主可控是國家政策要求，也將是用戶自身信息安全的必然選擇。數(shù)字孿生技術(shù)服務(wù)客戶群體特殊，多為政府部門或行業(yè)主管機(jī)構(gòu)，技術(shù)選型必須慎重。在當(dāng)今中美直接、長期對抗的時代大背景下，安全可控凸顯的尤為重要。美國政府 2018 年就試圖把“數(shù)據(jù)可視化” 技術(shù)列入禁運(yùn)清單，我們不應(yīng)抱任何幻想，選用國外渲染引擎，既有安全風(fēng)險，還有禁運(yùn)風(fēng)險，內(nèi)核國產(chǎn)自研是唯一出路，技術(shù)核心，不應(yīng)該，也不允許讓西方卡住脖子。

智慧城市"數(shù)字孿生"IOC的能力階段

數(shù)字孿生核心價值是為用戶實(shí)際業(yè)務(wù)決策賦能，忽視了落地的業(yè)務(wù)價值，數(shù)字孿生技術(shù)就會變成空中樓閣，或者是裝點(diǎn)門面的擺設(shè)，無法真正發(fā)揮價值。

智慧城市數(shù)字孿生IOC（Intelligent OperationsCenter）往往是建立在各個智慧應(yīng)用系統(tǒng)之上的系統(tǒng)，通過對行業(yè)各部門的業(yè)務(wù)信息共享與整合，賦能實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用，提升運(yùn)維管理水平。隨著 IOT/5G/云計算/大數(shù)據(jù)/AI 五大基礎(chǔ)技術(shù)成熟，建設(shè)“數(shù)字孿生IOC——智能孿生體”目前已經(jīng)成為各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一種趨勢。

對于智慧城市“數(shù)字孿生”IOC的業(yè)務(wù)能力，主要涵蓋兩個階段：

1.初級階段：從 好看 到 可控

數(shù)字孿生IOC，是業(yè)務(wù)管理決策的“神經(jīng)中樞”，基于數(shù)字孿生技術(shù)，能夠幫助用戶建立從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，到視覺交互，再到業(yè)務(wù)控制的完整閉環(huán)。

展示級：針對現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體對象，在數(shù)字化世界中構(gòu)建完全一致的對應(yīng)模型，從而建立了數(shù)字孿生基礎(chǔ)。

監(jiān)視級：打通了實(shí)時數(shù)據(jù)，動態(tài)驅(qū)動仿真模型組態(tài)、行為邏輯、業(yè)務(wù)流程、狀態(tài)變化等，實(shí)現(xiàn)在數(shù)字世界對物理實(shí)體的狀態(tài)和行為進(jìn)行全面呈現(xiàn)、精準(zhǔn)表達(dá)。

監(jiān)測級：初步建立了孿生和業(yè)務(wù)的相互規(guī)則，基于豐富的歷史和實(shí)時數(shù)據(jù)，以及專業(yè)的算法模型，可以高效地在數(shù)字世界對物理對象的狀態(tài)和行為進(jìn)行模擬試驗(yàn)和分析預(yù)測。

監(jiān)控級：進(jìn)行指令發(fā)送，為業(yè)務(wù)決策提供高效支撐，就個體的業(yè)務(wù)對象，建立了完整的智能化閉環(huán)。

2.進(jìn)階階段：從局部打通，到全局運(yùn)維

在實(shí)現(xiàn)初級階段的基礎(chǔ)上，進(jìn)階階段數(shù)字孿生應(yīng)用的能力將大幅提升。不僅僅是具體業(yè)務(wù)對象可知，可控，還要跳出效果展示的“舒適區(qū)”，全面擁抱業(yè)務(wù)。

建立“智能預(yù)警-智能感知-智能派發(fā)-智能處置-智能考評-智能改進(jìn)”的全流程一體化業(yè)務(wù)流程閉環(huán)，將用戶的整體業(yè)務(wù)/業(yè)務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)/業(yè)務(wù)的治理對象，可以理解為主體/客體 以及相互作用的事件的過去/當(dāng)下/未來，全部和數(shù)字孿生體按照業(yè)務(wù)流程進(jìn)行綁定和關(guān)聯(lián)，徹底讓數(shù)字孿生融入業(yè)務(wù)，打造 城市/行業(yè)強(qiáng)運(yùn)維的“孿生智能體”。

智慧城市"數(shù)字孿生"IOC案例分享

那么城市“數(shù)字孿生”技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效能如何？下面就以數(shù)字冰雹實(shí)際交付的部分項(xiàng)目案例，對智慧城市“數(shù)字孿生”IOC的業(yè)務(wù)價值作進(jìn)一步具象的闡述。

1.典型案例：蘇州工業(yè)園智慧城市IOC

以數(shù)字冰雹為蘇州工業(yè)園區(qū)提供的智慧城市運(yùn)營管理中心系統(tǒng)應(yīng)用為例，系統(tǒng)有效集成了5G、IoT、GIS、人工智能、大數(shù)據(jù)、融合通信等先進(jìn)技術(shù)，匯聚了園區(qū)31個部委辦局及相關(guān)單位共計43個信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

結(jié)合園區(qū)的實(shí)際業(yè)務(wù)開發(fā)了21類AI能力以及16類物聯(lián)感知能力，實(shí)現(xiàn)了違法捕撈、藍(lán)藻檢測、垃圾暴露、無照游商、違章停車等50余種城市治理場景的智能發(fā)現(xiàn)，日均自動處置3000多個工單事項(xiàng)，對39類業(yè)務(wù)全部工單數(shù)據(jù)進(jìn)行全流程自動考評，實(shí)現(xiàn)了事件感知、智能研判、及時預(yù)警、指令下發(fā)、現(xiàn)場處置、情況反饋、復(fù)盤推演等全流程可視、可追溯，真正為用戶實(shí)際業(yè)務(wù)決策賦能。

蘇州工業(yè)園項(xiàng)目的成功應(yīng)用，預(yù)示著數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)從展示和基礎(chǔ)建設(shè)階段，最終過渡到與業(yè)務(wù)深度融合、持續(xù)運(yùn)維的新階段，并將在更廣泛的行業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮更大效能。

2.各行業(yè)落地案例集錦

隨著 IOT/5G/云計算/大數(shù)據(jù)/AI 五大基礎(chǔ)技術(shù)成熟，“智能孿生體”目前已經(jīng)成為一種趨勢。數(shù)字冰雹深耕可視化數(shù)字孿生領(lǐng)域十余載，在智慧城市/智慧園區(qū)/公共安全/智能制造等領(lǐng)域，已經(jīng)成功交付了數(shù)百個實(shí)際案例。基于自主研發(fā)的數(shù)字孿生可視化產(chǎn)品平臺，不僅實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的高效建設(shè)，還可根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求進(jìn)行靈活配置，確保了項(xiàng)目的高品質(zhì)交付，獲得了客戶的一致好評。

（數(shù)據(jù)已脫敏 部分項(xiàng)目照片集錦）

3.標(biāo)準(zhǔn) 城市/園區(qū) 數(shù)字孿生IOC

隨著交付經(jīng)驗(yàn)的積累，我們基于數(shù)字孿生的技術(shù)平臺，結(jié)合各個行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域的業(yè)務(wù)需求，歸納了成體系的主題庫 / 指標(biāo)庫 / 業(yè)務(wù)決策卡片庫 / 業(yè)務(wù)孿生對象庫，并形成了完整的行業(yè)產(chǎn)品，以及配套的咨詢定制服務(wù)體系。

一個標(biāo)準(zhǔn)的智慧城市數(shù)字孿生IOC，應(yīng)具備：全要素場景對象集成、多數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)融合、多類型地圖數(shù)據(jù)融、超大場景全尺度細(xì)節(jié)渲染、全要素對象交互控制等基本能力。在這些基本能力之上，數(shù)字冰雹交付的數(shù)字孿生系統(tǒng)正著力從初級階段到進(jìn)階階段的提升，并在用戶的實(shí)際業(yè)務(wù)中發(fā)揮效能。

數(shù)字冰雹深耕可視化數(shù)字孿生領(lǐng)域十余載，已成功落地數(shù)字孿生IOC項(xiàng)目數(shù)百個。基于數(shù)字冰雹成熟完善的可視化產(chǎn)品平臺，不僅實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的高效建設(shè)，還實(shí)現(xiàn)了高度的靈活性，能夠根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求變化便捷高效地進(jìn)行修改調(diào)整，修改操作所見即所得，確保了項(xiàng)目高效、高品質(zhì)交付，獲得了客戶的一致好評，在業(yè)內(nèi)樹立了良好口碑。