以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市

工业4.0近年来,城市信息模型(CIM)理论体系和相关技术正处于飞速发展时期。自然资源部、住房城乡建设部、国家发展改革委deng 多部委也陆续发布政策文件,将CIM作为新一代信息基础设施,支持CIM基础平台建设与城市规划建设管理多场景应用,推动城市开发建设从粗放型外延式发展转向集约型内涵式发展。本文将介绍CIM平台的基本架构组成,分析智慧城市搭建CIM平台的价值所在,剖析CIM平台与智慧城市的前世今生。

01CIM与数字孪生

城市信息模型(City Information Modeling,CIM)是以城市信息数据为基数,以建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)、地理信息系统(Geographic Information System,GIS)、物联网(Internet of Thing,IoT)、数字孪生(Digital Twin)等技术为基础,整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来等多维多尺度信息模型数据和城市感知数据,构建起三维数字空间的城市信息有机综合体,并依此规划、建造、管理城市的过程和结果的总称。以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图城市作为巨系统,如同人体一样,既复杂又高度协同,城市信息模型(CIM)平台为城市动态运行服务提供模拟仿真的信息支撑,揭示城市运行的多维度、多尺度、多粒度的现象、问题与规律,辅助真实城市运行的及时响应、高效治理、协同处置。而数字孪生技术作为城市信息模型(CIM)平台的基础,在赋能智慧城市方面也发挥了举足轻重的作用。

以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图1

数字孪生是物理城市与数字城市的桥梁,它能够建立一个与城市物理实体几乎一样的“城市数字孪生体”,打通物理城市和数字城市之间的实时连接和动态反馈,通过对统一数据的分析来跟踪识别城市动态变化,使城市规划与管理更加契合城市发展规律。

以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图2

CIM平台离不开数字孪生技术的支持,数字孪生是CIM建设的基础,而CIM平台将成为智慧城市的规划、建设、运营的基础数据底座,也是实现数字孪生城市的重要载体。

02CIM平台的架构组成

从架构上看,CIM平台主要由多源异构数据采集、数字底座、数据呈现与渲染三大部分构成。

1多源异构数据采集

多源异构数据采集是孪生底座的基础,从二维到三维,从地理空间信息到时空高精度多源信息,多源异构数据采集是大势所趋,也是CIM的关键要求。地上地下、室内室外、虚实一体、开放鲜活的时空数据资源是数字孪生城市建设最为关键的基础。
以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图3模型数据采集对象主要包括地理空间信息、建筑物、道路、地下空间管线、城市地质、地表高程等。数据类型主要为城市街景数据、GIS数据、BIM数据、CAD(计算机辅助设计)数据、激光点云数据、倾斜摄影数据等。

2数字底座

数字底座是数字孪生城市的根基。
一是基于城市GIS底图,利用三维建模技术,按照地形层、道路层、建筑层、绿化层、水域层等顺序逐层加载数据,形成结构化的城市分层模型;以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图4二是针对建筑物、桥梁、停车场、绿地等城市部件进行单体化处理;

以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图5

三是利用语义化技术,形成一个量化并可索引的城市单体信息模型,并同步接入人口、房屋、公安警务、水电燃气、交通运行、公共医疗等诸多关联语义数据,最终形成全域、全时、全程三维可视、附带丰富属性信息的CIM模型。

以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图6

3实时数据呈现与渲染

实时数据呈现与渲染是赋能城市公共治理业务的核心。
一是物联网感知数据实时在模型平台上快速加载、融合和呈现,实现实时运行监测数据、经济社会事件的可视化,如实时视频图像、空气污染指数、交通流量、行人轨迹等;以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图7二是根据不同精度标准呈现应用场景,如根据城市地理信息数据源、模型精度、业务场景需求,可以按百米级或十米级呈现城市管理应用场景;按照米级或厘米级呈现交通、应急等特殊场景的模拟仿真;

以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图8

三是对数据模拟和真实场景进行效果渲染,比如根据天气动态数据(云层高度、风向、边缘噪波尺寸等)对阴、晴、雨、雪等多种真实天气进行模拟;运用动态光追踪距离场阴影技术,实时计算阴影状态,最终模拟还原物理世界的运行情况。

以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图9未来,智慧城市会让城市更宜居,让居民生活更便捷。例如,居民可以通过可视化平台了解城市交通拥堵状况以制定合适的出行计划;实时获取城市应急、灾害等预警信息,快速获取救援服务;随时随地反馈城市建设的意见或提出需求等。医疗、教育等公共服务也将通过智慧城市惠及更多人群。以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图10

03构建CIM平台 打造智慧城市信息底座

基于数字孪生的城市信息模型(CIM)不仅是新时期城市全面信息化发展的必然,而且是支撑城市全面智慧化发展的信息底座,将旨在构建基础信息服务的CIM平台与强调人本应用的新型智慧城市发展有机结合,必将使得CIM发展更具有目标导向的支撑性,使得新型智慧城市的发展更具有基础支撑的生命力。以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图11

1构筑“全周期管理”能力

提高城市韧性
“全周期管理”即城市的风险管理、问题处置要做到事前防范、事中控制、事后反思的全周期闭环管理。在事前防范环节,CIM平台可实现在数字空间中的模拟评估、试错调试、有效早期发现问题、提前干预、智能控制、预测预警现实问题、避免在物理空间中犯错、降低城市运行成本;在事中控制环节,CIM平台有助于提早发现问题苗头、自动报警、及时处理;在事后反思环节,CIM平台可有效沉淀隐形经验,使其固化在CIM模型中,以进一步改进、完善城市未来方案。以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图12

2构筑空间计算能力

提高城市精准化精细化治理水平
城市的所有固定部件和流动物体之间都存在位置关系,CIM平台具有精确的位置信息以及空间细节,可以快速计算相对位置。如城市规划可以根据空间约束条件,在CIM平台上快速实现积木式规划,实现“一张图”规划;当城市地下管网出现故障报警时,CIM平台可快速定位快速处置,降低灾害蔓延。以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图13

3构筑未来预知能力

提高城市应对与决策能力
CIM平台可以基于历史数据,通过深度学习等算法,推演城市未来发展态势并可视化呈现,增强对未来发展的判断力。如城市交通发展态势在空间的推演、人群集聚情况在空间的推演、环境污染情况在空间的推演、疫情接触情况在空间的推演等。以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图14城市信息模型(CIM)是城市级别的精细化、动态化、智能化的综合模型网络系统,在增进城市基层的智慧化治理能力,提高城市智能化的韧性安全能力等方面发挥了重要作用,以CIM平台为信息底座,未来的数字孪生城市将生产运行更加集约高效,生活空间宜居便捷,生态环境可持续发展。

以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市插图15


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文章名称:以数字孪生赋能CIM平台 构筑新型智慧城市

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