邬倫
北京大學教授、國際歐亞科學院院士
摘要:
城市是像人體一樣的運作體、有機體、智能體。新一代的智慧城市建設,需要融合3S(3S是遙感(RS)、“全球定位系統”(GPS)和“地理資訊系統”(GIS)3項技術的內建)、社會感覺、物聯感覺、CIM/BIM、大資料、人工智能、VR等方法,創新時空智能耦合與城市數字孿生技術,重點強化建設城市泛在感覺與實時監測能力、虛實結合雙向映射與資料挖掘知識發現能力、全生命周期模拟仿真能力、以及綜合态勢研判與智慧管理決策能力,進而建構時空智能體使城市治理全過程、全要素、全方位、全時空得以智能化提升,以達到新時期城市治理“一網統管”和“人民城市為人民”的新高度。
正文:
2023年《數字中國建設整體布局規劃》釋出,要求數字化建設要從單點突破到體系化發展。城市是構成“數字中國”建設的重要基礎單元,新一代的智慧城市建設,要通過“數字孿生”技術,對實體城市的人、物、事等數字化,塑造出與之對應的虛拟城市,強化虛實之間的雙向映射、動态互動和實時聯系。
“數字孿生”是智慧城市的新階段、新模式和新高度,将城市作為像人體一樣的運作體、有機體,通過全面實時感覺與虛拟現實關聯映射,使我們能更深刻及時地刻畫和了解城市狀态及規律,走出隻有局部沒有綜合、缺乏時空耦合與預見性造成的“頭疼醫頭、腳疼醫腳”、“事後諸葛亮”等決策困境,實作由靜态資訊向動态體征,由被動響應到主動預防,由片面事務到系統綜合的創新發展,達到科學決策、精細及時的城市建設、智慧管理與運作服務新境界,更好地實作人民城市為人民的發展目标。
是以,需要重點強化新一代城市感覺神經網絡、新一代城市資訊骨骼、新一代城市态勢分析腦、新一代城市協同運作腦四個方面的能力建設。
新一代城市感覺神經網絡:立體化的廣義時空感覺網
在萬物互聯全面感覺的時代,打造由遙感、社會感覺、物聯感覺及各業務系統等構成“廣義時空感覺網”,實作智能的城市資訊采集與監控,使城市具備泛在感覺與實時監測能力。(見圖1)
圖1空天地一體化泛在感覺網示意圖
其中,遙感網已形成包括衛星、航空(含無人機)、地面系統的天空地一體化立體對地觀測體系,可快速擷取地球表層空間與地表物體相關資訊,對城市區域整體及部件的空間位置、展布形狀、實體性質狀态及其動态變化過程進行多元、多尺度、多時相的,在宏觀尺度建立全覆寫城市的連續空間感覺;社會感覺以人作為最小粒度的感覺單元,以各類手機定位、社交媒體、計程車軌迹、公交刷卡等地理空間大資料為資料源,基于并擴充GIS空間模型和分析方法,通過資料融合、機器學習等手段,提取人的時空行為模式,反演人文及社會經濟要素的地理空間特征,例如:基于每天數百億點的導航定位資料,可以挖掘城市人口分布格局、人口移動等多方面資訊,而基于手機信令資料的研究執行個體揭示了蟻族村人群活動規律并優化了公交出行(見圖2);物聯感覺則是強化了對城市局部或個體的細節實體參數的精細感覺。依托全方位遍布的傳感器和智能裝置組成的“廣義感覺網”,基于空間區塊鍊,城市實體實體感覺與人文經濟社會感覺相結合,對城市全空間開展多元、多尺度的動态感覺和定量監測;建設新一代“通導遙”一體化的泛在感覺與傳輸網絡,為形成城市中物與物、人與物、人與人的全面互聯、互感、互動提供支撐。
圖2社會感覺應用研究案例
新一代城市資訊骨骼:基于CIM/BIM數字底座的資訊聚合大資料中台
打造基于BIM/CIM數字底座的資訊聚合大資料中台,把泛在感覺擷取的各種有序/無序、空間/非空間、結構化/非結構化資料,有效地建立起時空關聯,使城市具備虛實結合雙向映射與資料挖掘知識發現能力。建構基于統一時空格網的通用可交換時空資料标準,實作基于RS+IS+SS多模态“一網通感”的統一的智慧城市數字底版;加強基于AI的資料特征挖掘和知識發現能力,特别是基于生成式AI技術(如GPT技術)的資料補全、增強能力建設,以有效知識取代原始資料,實作更加高效的資料中台服務。
例如,蘇州中心廣場基于室内外一體化CIM/BIM數字底座的視訊資料聚合執行個體,通過三維空間無縫融合與智能分析,實作了視訊人群個體實時識别與空間定位疊加、多視訊人群空間資訊融合與實時計數、人流量時空分析與預警等智能應用場景。(見圖3)
圖3基于CIM/BIM數字底座的視訊資料融合分析案例
新一代城市态勢分析腦:強大的知識庫與模型庫
基于雲計算和AI實作大資料挖掘/融合分析與知識發現,形成知識庫、知識圖譜和模型庫,使城市具備全生命周期模拟仿真能力。加強以數字底版中的資料和知識為基礎、對接統一數字底座、可移植性強的城市各子系統過程仿真模型庫建設。例如,基于強大的知識庫與模型庫,可以進行城市河流污染的動态模拟、洪水預測模拟、傳染病蔓延時空過程模拟等(見圖4),提升城市态勢分析從靜态到動态、從單一路徑依賴到多目标多情境預見的能力。
圖4基于模型庫的城市河流污染、洪澇與泥石流等災害模拟預測
新一代城市協同運作腦:智慧城市智能決策平台
提供及時甚至有預見性的快速響應和協同排程/控制,實作城市系統高效運作,使城市具備綜合态勢研判與智慧管理決策能力。打通數字孿生智慧城市“感覺-仿真-幹預-回報”全流程,建立“一網統管”的智慧城市全生命周期智能決策平台。以城市運作名額體系為基礎,面向多時段、多區域的運作管理監測要求,建構多層次、多主題的名額資料采集、內建系統;以空間聯機分析處理技術為手段,建立城市運作名額數的展示、監測和預警系統;以動态分析、靈活指揮為要求,建立城市運作的指揮協調系統,實作城市轄區全覆寫的動态運作智慧管理。
北京大學與華為2012實驗室合作,創新了時空耦合數字孿生技術,探索性提出城市時空智能體解決方案。基于GeoSOT網格編碼,建構城市人、事、地、物的“時空智慧孿生引擎”,按照行政管理、職能、空間三個次元劃分形成數字孿生立體網格化架構和時空資訊關聯,通過城市孿生對象時空語義感覺和挖掘、基于大資料融合分析的名額化場景和高性能穿透式朔源查詢,建構起跨部門跨層級的立體網格化城市管理新模式,全面實時掌控城市運作态勢,顯著提升決策效率和優化決策水準。
“數字孿生”已不僅是一種技術,更是智慧城市發展的新模式、數字化轉型的新路徑、推動各行業深刻變革的新動力。數字孿生已成為城市新基建的重要構成,城市規劃、設計、建設、運作、管理與服務全生命周期的虛實映射和孿生交融,将帶動城市治理全過程、全要素、全方位智能化邁上更高台階;“數字孿生”與數字經濟的結合,将進一步推進城市數字化轉型與高品質發展。
來源：鹹甯日報