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(yè)界公認為未來戰(zhàn)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(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，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(fā)展，推動著各行業(yè)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(guī)劃

    智慧城市是數字城市發(fā)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(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》，從打造數字經濟新優(yōu)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(tài)，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(guī)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(fā)揮哪些業(yè)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(chuàng)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全要素 全量 城市數據融合、高效接入

    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(yè)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(yè)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(jiān)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”。

全要素數據融合

    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(fā)展和廣泛應用，云渲染技術架構是當下主流的發(fā)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(yōu)秀的渲染效果、對服務器負擔小、帶寬要求低、并發(fā)數量高等優(yōu)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(yōu)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。

純云架構、端/流兼容

    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(fā)展成果，最大程度釋放數據和應用的價值，也屬于戰(zhàn)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。

全粒度城市場景精細化渲染

    4全流程開發(fā)工具鏈 持續(xù)賦能

    城市“數字孿生”的建設，絕不僅僅是建立一個業(yè)主最終看到的應用就結束了，數字孿生平臺本身，對于業(yè)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(yè)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(huán)節(jié)：數字孿生場景構建、數字孿生場景二次開發(fā)托管、數字孿生應用開發(fā)，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(fā)、云托管

（3）數字孿生應用開發(fā)

    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(yè)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(yè)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(yè)務決策賦能，忽視了落地的業(yè)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(fā)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(yè)各部門的業(yè)務信息共享與整合，賦能實際業(yè)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(yè)數字化轉型的一種趨勢。

    對于智慧城市“數字孿生”IOC的業(yè)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(yè)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(yè)務控制的完整閉環(huán)。

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

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

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

    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(yè)務對象可知，可控，還要跳出效果展示的“舒適區(qū)”，全面擁抱業(yè)務。

    建立“智能預警-智能感知-智能派發(fā)-智能處置-智能考評-智能改進”的全流程一體化業(yè)務流程閉環(huán)，將用戶的整體業(yè)務/業(yè)務的執(zhí)行機構/業(yè)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(yè)務流程進行綁定和關聯，徹底讓數字孿生融入業(yè)務，打造 城市/行業(yè)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(yè)務價值作進一步具象的闡述。

    1典型案例：蘇州工業(yè)園智慧城市IOC

    以數字冰雹為蘇州工業(yè)園區(qū)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(qū)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(qū)的實際業(yè)務開發(fā)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(fā)現，日均自動處置3000多個工單事項，對39類業(yè)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(fā)、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(yè)務決策賦能。

    蘇州工業(yè)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(yè)務深度融合、持續(xù)運維的新階段，并將在更廣泛的行業(yè)應用中發(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(qū)/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�；�于自主研發(fā)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(yè)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(qū) 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(yè)細分領域的業(yè)務需求，歸納了成體系的主題庫 / 指標庫 / 業(yè)務決策卡片庫 / 業(yè)務孿生對象庫，并形成了完整的行業(yè)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(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(yè)務中發(fā)揮效能。

數字冰雹"行業(yè)數字孿生解決方案"

    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�；�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(yè)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(yè)內樹立了良好口碑。