智慧城市數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)化研究

范德軍　馮忠彬

摘 要：為推動(dòng)實(shí)現(xiàn)智慧城市數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)，對(duì)智慧城市數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行研究。本文重點(diǎn)介紹智慧城市數(shù)字孿生的概念、服務(wù)相關(guān)方及技術(shù)參考架構(gòu)，為加快智慧城市數(shù)字孿生領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制、助力智慧城市數(shù)字孿生技術(shù)集成創(chuàng)新與應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：智慧城市，數(shù)字孿生技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)化

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.10.004

0 引 言

隨著城市化進(jìn)程加速，傳統(tǒng)城市管理模式所面臨的挑戰(zhàn)，如資源配置效率低下、環(huán)境污染和交通擁堵等問題。智慧城市利用先進(jìn)的信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市管理的智能化和高效化，可有效解決傳統(tǒng)城市管理中存在的問題[1]。在此背景下，數(shù)字孿生技術(shù)出現(xiàn)了，它通過創(chuàng)建實(shí)時(shí)的虛擬城市模型，為城市管理者提供了更精確的理解、分析和預(yù)測(cè)城市運(yùn)行狀態(tài)的手段。然而數(shù)字孿生技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用尚處于初期階段，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，限制了其發(fā)展和應(yīng)用的廣度與深度。因此，本研究旨在深入探索數(shù)字孿生技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化問題。通過分析現(xiàn)有應(yīng)用情況，提出一套適用于智慧城市數(shù)字孿生技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化框架，旨在為技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 智慧城市數(shù)字孿生概念及內(nèi)涵

1.1 智慧城市數(shù)字孿生概念

智慧城市數(shù)字孿生是指利用先進(jìn)的信息技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能，創(chuàng)建一個(gè)與現(xiàn)實(shí)城市相對(duì)應(yīng)的虛擬模型。這個(gè)模型不僅包括城市的建筑物、交通網(wǎng)絡(luò)和公共設(shè)施等物理結(jié)構(gòu)，還包括城市運(yùn)行的交通流量、能源消耗和環(huán)境質(zhì)量等各種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。通過這種方式，數(shù)字孿生技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)地模擬和分析城市的運(yùn)行狀態(tài)，為城市規(guī)劃、管理和決策提供支持。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

首先，數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)時(shí)性體現(xiàn)在能夠?qū)崟r(shí)收集和分析城市數(shù)據(jù)，為城市管理者提供即時(shí)的反饋和預(yù)測(cè)，對(duì)于迅速響應(yīng)城市變化至關(guān)重要。其次，互動(dòng)性表現(xiàn)在通過數(shù)字孿生模型，管理者能夠模擬不同的管理策略，預(yù)測(cè)這些策略對(duì)城市運(yùn)行的潛在影響。再次，整合性在于它融合了多種數(shù)據(jù)源和技術(shù)手段，提供了一個(gè)全面的城市視圖，使得城市管理更加全面和精準(zhǔn)。最后，可視化能力通過高級(jí)的可視化技術(shù)，使復(fù)雜的城市數(shù)據(jù)和分析結(jié)果變得易于理解和操作。這些特點(diǎn)共同使得數(shù)字孿生技術(shù)成為優(yōu)化交通流量、提高能源效率、減少環(huán)境污染、提升公共安全以及提高城市服務(wù)質(zhì)量和效率的強(qiáng)大工具。

2 智慧城市數(shù)字孿生服務(wù)相關(guān)方分析

2.1 主要利益相關(guān)者

智慧城市數(shù)字孿生主要利益相關(guān)者有政府機(jī)構(gòu)、企業(yè)和技術(shù)供應(yīng)商、公眾和社區(qū)成員、學(xué)術(shù)和研究機(jī)構(gòu)、非政府組織和行業(yè)協(xié)會(huì)[2]。

（1）政府機(jī)構(gòu)，政府部門是智慧城市數(shù)字孿生項(xiàng)目的主要發(fā)起者和監(jiān)管者，負(fù)責(zé)制定相關(guān)政策、提供資金支持，并確保項(xiàng)目的公共利益和合規(guī)性。

（2）企業(yè)和技術(shù)供應(yīng)商，包括提供數(shù)字孿生技術(shù)、數(shù)據(jù)分析服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和維護(hù)的公司。這些企業(yè)是技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，負(fù)責(zé)提供創(chuàng)新解決方案和技術(shù)支持。

（3）公眾和社區(qū)成員，城市居民作為服務(wù)的最終受益者，他們的參與和反饋對(duì)于確保數(shù)字孿生服務(wù)滿足實(shí)際需求至關(guān)重要。

（4）學(xué)術(shù)和研究機(jī)構(gòu)，通過進(jìn)行相關(guān)研究，提供專業(yè)知識(shí)和技術(shù)指導(dǎo)，幫助提升數(shù)字孿生技術(shù)的科學(xué)性和實(shí)用性。

（5）非政府組織和行業(yè)協(xié)會(huì)，參與標(biāo)準(zhǔn)制定、推廣最佳實(shí)踐、提供培訓(xùn)和教育，以及在政府、企業(yè)和公眾之間進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)。

2.2 各方角色與需求

（1）政府機(jī)構(gòu)，需要有效的技術(shù)解決方案來提高城市管理效率，確保項(xiàng)目符合政策和法規(guī)要求。

（2）企業(yè)和技術(shù)供應(yīng)商，尋求商業(yè)機(jī)會(huì)，需要明確的市場(chǎng)需求和政策支持來開發(fā)和部署技術(shù)。

（3）公眾和社區(qū)成員，需要透明、易于訪問的服務(wù)，以及對(duì)智慧城市項(xiàng)目的參與和反饋機(jī)會(huì)。

（4）學(xué)術(shù)和研究機(jī)構(gòu)，尋求研究資金和合作機(jī)會(huì)，以及將研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的機(jī)會(huì)。

（5）非政府組織和行業(yè)協(xié)會(huì)，需要參與政策制定過程，推廣可持續(xù)和包容性的智慧城市解決方案。

2.3 合作與協(xié)調(diào)

首先，建立一個(gè)包含所有主要利益相關(guān)者的多方對(duì)話平臺(tái)是至關(guān)重要的，這不僅促進(jìn)了信息共享，還有助于建立共識(shí)。其次，為了確保項(xiàng)目的成功，需要明確共同的目標(biāo)，并制定統(tǒng)一的技術(shù)和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。參與式?jīng)Q策過程也非常關(guān)鍵，特別是要確保公眾能夠參與其中，這樣可以提高項(xiàng)目的透明度和接受度。此外，建立定期評(píng)估和反饋機(jī)制對(duì)于監(jiān)控項(xiàng)目進(jìn)展和成效、提供必要的調(diào)整至關(guān)重要。最后，通過簽訂合作協(xié)議、共享資源和知識(shí)，以及共同參與項(xiàng)目規(guī)劃和實(shí)施，可以強(qiáng)化合作伙伴之間的關(guān)系。這些措施共同確保了智慧城市數(shù)字孿生項(xiàng)目在滿足多方需求的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的管理和可持續(xù)發(fā)展。

3 智慧城市數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)

3.1 物理空間

物理空間在智慧城市數(shù)字孿生技術(shù)中是指城市的實(shí)際物理環(huán)境，包括建筑物、交通基礎(chǔ)設(shè)施、公共空間、環(huán)境資源等。這些組成部分不僅包括道路、橋梁、建筑物等靜態(tài)結(jié)構(gòu)，還包括車輛流動(dòng)、人群活動(dòng)、環(huán)境變化等動(dòng)態(tài)元素。物理空間的功能在于提供城市生活的基本框架和必要資源，支撐城市日常運(yùn)作和居民生活活動(dòng)[3]。

通過數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)物理空間進(jìn)行高效管理和優(yōu)化的關(guān)鍵方面如下：首先，數(shù)字孿生技術(shù)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析功能，利用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得數(shù)字孿生能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控物理空間中的關(guān)鍵參數(shù)，如交通流量、空氣質(zhì)量和能源消耗，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題。其次，具有預(yù)測(cè)與模擬能力，可以模擬各種城市情景，如交通擁堵和自然災(zāi)害，幫助城市管理者預(yù)測(cè)潛在問題并制定應(yīng)對(duì)策略。此外，數(shù)字孿生在城市規(guī)劃和建設(shè)中的應(yīng)用，通過模擬不同設(shè)計(jì)方案，評(píng)估其對(duì)城市功能和居民生活的影響，從而優(yōu)化規(guī)劃決策。數(shù)字孿生還在維護(hù)與管理方面發(fā)揮作用，幫助監(jiān)測(cè)城市基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)，預(yù)測(cè)維護(hù)需求，并優(yōu)化資源分配。最后，數(shù)字孿生技術(shù)通過提高城市治理的透明度和公眾參與度，使居民能夠更直觀地了解和參與城市規(guī)劃和管理決策。綜合來看，數(shù)字孿生技術(shù)在物理空間的管理和優(yōu)化中起著至關(guān)重要的作用，不僅提高城市管理的效率和效果，也增強(qiáng)了城市適應(yīng)性和居民生活質(zhì)量。

3.2 社會(huì)空間

社會(huì)空間在智慧城市中是指城市居民的生活、工作和社交活動(dòng)空間，包括社區(qū)、公共場(chǎng)所、商業(yè)區(qū)等。這些空間主要作用是促進(jìn)人與人之間交流和互動(dòng)，提供社會(huì)服務(wù)，以及支持經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。社會(huì)空間的健康發(fā)展對(duì)于提高城市居民的生活質(zhì)量、促進(jìn)社會(huì)和諧以及推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)至關(guān)重要。

數(shù)字孿生技術(shù)在促進(jìn)社會(huì)空間互動(dòng)和服務(wù)提升方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過虛擬社區(qū)平臺(tái)，它增強(qiáng)了社區(qū)內(nèi)居民之間的交流和互動(dòng)，使居民能夠參與到社區(qū)活動(dòng)的規(guī)劃和討論中，從而提高了社區(qū)治理的參與度和透明度。此外，數(shù)字孿生技術(shù)使城市管理者能夠更準(zhǔn)確地理解居民需求，優(yōu)化公共服務(wù)的分配和管理，如通過分析居民的活動(dòng)模式來更有效地規(guī)劃公共交通和醫(yī)療資源。在緊急情況下，如自然災(zāi)害或公共衛(wèi)生事件，它還能快速評(píng)估影響并優(yōu)化救援資源分配。數(shù)字孿生技術(shù)同樣促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，幫助商業(yè)區(qū)和企業(yè)更好地理解消費(fèi)者行為，優(yōu)化商業(yè)布局和服務(wù)。最后，通過數(shù)字孿生平臺(tái)，居民可以直接參與城市規(guī)劃和管理決策，提供反饋和建議，增強(qiáng)城市治理的互動(dòng)性和包容性。綜上所述，數(shù)字孿生技術(shù)不僅提高了城市服務(wù)的效率和質(zhì)量，還促進(jìn)了居民之間的互動(dòng)和參與，提升整個(gè)社會(huì)空間的活力和可持續(xù)性。

3.3 數(shù)字空間

數(shù)字空間是智慧城市數(shù)字孿生技術(shù)的核心，它是一個(gè)虛擬的、數(shù)字化的城市環(huán)境，通過收集、整合和分析來自物理空間的大量數(shù)據(jù)構(gòu)建而成。這個(gè)空間包括但不限于城市的三維模型、居民活動(dòng)的數(shù)據(jù)、交通流量、環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。數(shù)字空間的管理涉及到數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、處理和分析，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、安全性和實(shí)時(shí)性。此外，數(shù)字空間的管理還包括對(duì)數(shù)字孿生系統(tǒng)的維護(hù)和更新，以適應(yīng)城市不斷變化的需求和技術(shù)的發(fā)展[4]。

在探索數(shù)字空間與物理空間、社會(huì)空間的交互關(guān)系中，數(shù)字空間扮演著至關(guān)重要的角色。它能夠?qū)崟r(shí)反映物理空間的狀態(tài)，并通過模擬和預(yù)測(cè)輔助管理者理解潛在的變化和影響，如模擬不同城市規(guī)劃方案對(duì)交通和環(huán)境的影響。同時(shí)，數(shù)字空間為社會(huì)空間提供了虛擬的交流和互動(dòng)平臺(tái)，使居民能夠參與城市治理和社區(qū)活動(dòng)，從而增強(qiáng)社會(huì)參與和公民意識(shí)。此外，數(shù)字空間通過分析物理和社會(huì)空間的數(shù)據(jù)，支持基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的城市管理和政策制定，提高決策的效率和有效性。它還促進(jìn)了物理空間和社會(huì)空間的融合，例如幫助城市規(guī)劃者將居民的社會(huì)需求與物理空間規(guī)劃結(jié)合起來。數(shù)字空間提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果還可以用于調(diào)整物理空間的管理策略和社會(huì)服務(wù)，確保城市運(yùn)行的高效和居民需求的滿足。因此，數(shù)字空間不僅是連接物理空間和社會(huì)空間的紐帶，也是推動(dòng)城市智能化和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，通過有效地構(gòu)建和管理數(shù)字空間，可以優(yōu)化城市管理，提高居民生活質(zhì)量，并促進(jìn)城市的整體發(fā)展。

4 結(jié) 語

對(duì)智慧城市數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行研究。結(jié)果表明，數(shù)字孿生技術(shù)在智慧城市中能提供實(shí)時(shí)城市管理數(shù)據(jù)，通過模擬和預(yù)測(cè)輔助決策，優(yōu)化城市規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)。此外，政府、企業(yè)、公眾等多方利益相關(guān)者的合作與協(xié)調(diào)對(duì)于技術(shù)的成功實(shí)施至關(guān)重要。數(shù)字孿生技術(shù)的三維架構(gòu)，即物理空間、社會(huì)空間和數(shù)字空間的相互作用，是實(shí)現(xiàn)智慧城市目標(biāo)的關(guān)鍵。這對(duì)智慧城市的規(guī)劃和管理提供了新視角和方法，顯著提高了城市管理的效率，優(yōu)化了資源配置，并增強(qiáng)了城市應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力。因此，數(shù)字孿生技術(shù)不僅是推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的重要工具。

參考文獻(xiàn)

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[4]李赟.智慧城市數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用探索及標(biāo)準(zhǔn)化研究[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2021（10）：13-19.

作者簡(jiǎn)介

范德軍，本科，經(jīng)濟(jì)師，研究方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)制修訂。

（責(zé)任編輯：袁文靜）