2022年4月29日

淺析 智慧城市“數字孿生”IOC應用

近年來，數字孿生技術已被業界公認為未來戰略性顛覆性先導性技術，其應用場景廣泛，已深入到城市治理、智慧園區、工業制造、醫療健康等各行各業；隨著“新基建”政策的推進，以5G通訊、IoT、云計算、大數據、人工智能為代表的新一代信息技術蓬勃發展，推動著各行業管理向數字化、網絡化、智能化轉變。

“數字孿生城市”寫入“十四五”規劃

智慧城市是數字城市發展的高級階段，數字孿生是構建智慧城市的重要技術手段，尤其是，“探索建設數字孿生城市”已寫入國家《國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》，從打造數字經濟新優勢到加快數字社會建設步伐，從提高數字政府建設水平再到營造良好數字生態，勾畫出了未來五年數字中國建設新圖景，為數字孿生技術應用指明方向。

提煉自“十四五”規劃和2035遠景目標綱要

從國內的實踐來看，城市“數字孿生”具備哪些技術特征？數字孿生技術能夠發揮哪些業務價值？數字孿生技術的實際應用效能如何？

圍繞這些問題，本文聚焦城市數字化轉型、城市賦能和價值創造，結合數字冰雹在可視化數字孿生領域十余年的實施經驗，進行簡單的分析闡述。

城市“數字孿生”的技術特征

1.技術架構：純云架構、端/流兼容

具備強大的數據兼容性和多數據標準高效接入能力，是城市“數字孿生”的技術特征之一。數字孿生技術平臺，作為最終行業智能應用的基礎平臺，要接入的數據包括但不限于：地圖數據、三維景觀、地理要素、建筑要素、空間要素、傳感器數據、時空分析數據、業務系統數據等，并能夠與各類型數據平臺、數據庫無縫集成。

城市“數字孿生”的核心是在數字空間構建與物理城市高度一致的城市孿生體，并以數據資源代替物理資源，賦能城市各類應用。因此，城市“數字孿生”必須要能夠對城市全量數據進行高效接入，將多類型數據整合到一個三維可視化空間，進行高度融合與挖掘分析，在最大限度利用現有信息化建設成果的基礎上，構建智慧管理相關應用，輔助用戶對各類監測對象做出快速、準確的判斷，為管理決策提供有力支撐，最終實現“一網匯聚、一庫治理、互聯共享、一圖融合”。

2.云渲染技術架構、端/流兼容

隨著5G、物聯網、云計算等新一代信息技術的發展和廣泛應用，云渲染技術架構是當下主流的發展趨勢，“純云架構、端/流兼容”是城市“數字孿生”的技術特征之一。

“純云架構”可以實現任意瀏覽器終端、無需安裝即可秒級開啟 數字孿生應用乃至編輯器；

“端/流兼容”,“端”即“端渲染”，通過瀏覽器端的 WebGL 技術實時渲染場景，供用戶操作訪問，具備任意終端都能獲得優秀的渲染效果、對服務器負擔小、帶寬要求低、并發數量高等優勢；“流”即“流渲染”， 基于云端渲染服務器，生成可交互視頻流，供用戶實時操作訪問，具備頂級渲染效果、超高性能、支持預加載，啟動快、訪問終端配置要求低等優勢。兩種可視化渲染技術都是基礎的技術平臺，數字孿生技術廠商應該做到全部兼容，提供全面的實施服務能力。

3.全粒度城市場景 精細化渲染、頂級視效

數字孿生應用常作為智慧化建設的集中成果，高性能的使用體驗、高效果的視覺體驗也是必不可少的。其實體驗好，本質上是最大限度的利用計算機圖形學的最新發展成果，最大程度釋放數據和應用的價值，也屬于戰斗力的重要組成部分，總結起來重點就是如下兩方面：

（1）高性能：超大范圍，全要素/全范圍/全精度 實時渲染，最大限度還原全量數據。

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

4.全流程開發工具鏈 持續賦能

城市“數字孿生”的建設，絕不僅僅是建立一個業主最終看到的應用就結束了，數字孿生平臺本身，對于業主來說，也面臨著長期的維護工作，更新/擴充/定制 的長期賦能是非常必要的基礎要求。

構建城市“數字孿生”，要能夠交付全流程工具鏈，真正為用戶完整業務應用賦能，確保未來靈活擴展定制。

無論最終用戶或者是集成商，不僅要關注數字孿生應用最終呈現出來的效果和能力，也應高度重視基礎技術平臺的完整性，這就涉及到數字孿生應用構建過程中非常重要的三個環節：數字孿生場景構建、數字孿生場景二次開發托管、數字孿生應用開發，為用戶交付完善的產品配置工具和深度定制能力，賦能用戶更為靈活、自主、高質高效地構建個性化數字孿生應用，是數字孿生技術平臺更廣泛落地應用的必備能力。

（1）數字孿生場景構建

（2）數字孿生場景二次開發、云托管

（3）數字孿生應用開發

5.內核自研，確保技術自主可控

數字孿生技術作為政府及企業數字化轉型的重要基礎技術，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。數字孿生技術服務客戶群體特殊，多為政府部門或行業主管機構，技術選型必須慎重。在當今中美直接、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“數據可視化” 技術列入禁運清單，我們不應抱任何幻想，選用國外渲染引擎，既有安全風險，還有禁運風險，內核國產自研是唯一出路，技術核心，不應該，也不允許讓西方卡住脖子。

智慧城市"數字孿生"IOC的能力階段

數字孿生核心價值是為用戶實際業務決策賦能，忽視了落地的業務價值，數字孿生技術就會變成空中樓閣，或者是裝點門面的擺設，無法真正發揮價值。

智慧城市數字孿生IOC（Intelligent OperationsCenter）往往是建立在各個智慧應用系統之上的系統，通過對行業各部門的業務信息共享與整合，賦能實際業務應用，提升運維管理水平。隨著 IOT/5G/云計算/大數據/AI 五大基礎技術成熟，建設“數字孿生IOC——智能孿生體”目前已經成為各行業數字化轉型的一種趨勢。

對于智慧城市“數字孿生”IOC的業務能力，主要涵蓋兩個階段：

1.初級階段：從 好看 到 可控

數字孿生IOC，是業務管理決策的“神經中樞”，基于數字孿生技術，能夠幫助用戶建立從基礎數據，到視覺交互，再到業務控制的完整閉環。

展示級：針對現實世界中的實體對象，在數字化世界中構建完全一致的對應模型，從而建立了數字孿生基礎。

監視級：打通了實時數據，動態驅動仿真模型組態、行為邏輯、業務流程、狀態變化等，實現在數字世界對物理實體的狀態和行為進行全面呈現、精準表達。

監測級：初步建立了孿生和業務的相互規則，基于豐富的歷史和實時數據，以及專業的算法模型，可以高效地在數字世界對物理對象的狀態和行為進行模擬試驗和分析預測。

監控級：進行指令發送，為業務決策提供高效支撐，就個體的業務對象，建立了完整的智能化閉環。

2.進階階段：從局部打通，到全局運維

在實現初級階段的基礎上，進階階段數字孿生應用的能力將大幅提升。不僅僅是具體業務對象可知，可控，還要跳出效果展示的“舒適區”，全面擁抱業務。

建立“智能預警-智能感知-智能派發-智能處置-智能考評-智能改進”的全流程一體化業務流程閉環，將用戶的整體業務/業務的執行機構/業務的治理對象，可以理解為主體/客體 以及相互作用的事件的過去/當下/未來，全部和數字孿生體按照業務流程進行綁定和關聯，徹底讓數字孿生融入業務，打造 城市/行業強運維的“孿生智能體”。

智慧城市"數字孿生"IOC案例分享

那么城市“數字孿生”技術的實際應用效能如何？下面就以數字冰雹實際交付的部分項目案例，對智慧城市“數字孿生”IOC的業務價值作進一步具象的闡述。

1.典型案例：蘇州工業園智慧城市IOC

以數字冰雹為蘇州工業園區提供的智慧城市運營管理中心系統應用為例，系統有效集成了5G、IoT、GIS、人工智能、大數據、融合通信等先進技術，匯聚了園區31個部委辦局及相關單位共計43個信息系統數據。

結合園區的實際業務開發了21類AI能力以及16類物聯感知能力，實現了違法捕撈、藍藻檢測、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現，日均自動處置3000多個工單事項，對39類業務全部工單數據進行全流程自動考評，實現了事件感知、智能研判、及時預警、指令下發、現場處置、情況反饋、復盤推演等全流程可視、可追溯，真正為用戶實際業務決策賦能。

蘇州工業園項目的成功應用，預示著數字孿生技術已經從展示和基礎建設階段，最終過渡到與業務深度融合、持續運維的新階段，并將在更廣泛的行業應用中發揮更大效能。

2.各行業落地案例集錦

隨著 IOT/5G/云計算/大數據/AI 五大基礎技術成熟，“智能孿生體”目前已經成為一種趨勢。數字冰雹深耕可視化數字孿生領域十余載，在智慧城市/智慧園區/公共安全/智能制造等領域，已經成功交付了數百個實際案例。基于自主研發的數字孿生可視化產品平臺，不僅實現了項目的高效建設，還可根據用戶業務需求進行靈活配置，確保了項目的高品質交付，獲得了客戶的一致好評。

（數據已脫敏 部分項目照片集錦）

3.標準 城市/園區 數字孿生IOC

隨著交付經驗的積累，我們基于數字孿生的技術平臺，結合各個行業細分領域的業務需求，歸納了成體系的主題庫 / 指標庫 / 業務決策卡片庫 / 業務孿生對象庫，并形成了完整的行業產品，以及配套的咨詢定制服務體系。

一個標準的智慧城市數字孿生IOC，應具備：全要素場景對象集成、多數據源數據融合、多類型地圖數據融、超大場景全尺度細節渲染、全要素對象交互控制等基本能力。在這些基本能力之上，數字冰雹交付的數字孿生系統正著力從初級階段到進階階段的提升，并在用戶的實際業務中發揮效能。

數字冰雹深耕可視化數字孿生領域十余載，已成功落地數字孿生IOC項目數百個。基于數字冰雹成熟完善的可視化產品平臺，不僅實現了項目的高效建設，還實現了高度的靈活性，能夠根據用戶的業務需求變化便捷高效地進行修改調整，修改操作所見即所得，確保了項目高效、高品質交付，獲得了客戶的一致好評，在業內樹立了良好口碑。