趋势九、大规模城市数字孪生

摘要

城市数字孪生在大规模趋势基础上，继续向立体化、无人化、全局化方向演进。

城市数字孪生自 2017 年首度被提出 以来，受到广泛推广和认可，成为城市 精细化治理的新方法。近年来，城市数 字孪生关键技术实现了从量到质的突破， 具体体现在大规模方面，实现了大规模 动态感知映射（更低建模成本）、大规模 在线实时渲染（更短响应时间），以及 大规模联合仿真推演（更高精确性）。目 前，大规模城市数字孪生已在交通治理、 灾害防控、双碳管理等应用场景取得较 大进展。未来城市数字孪生将在大规模 趋势的基础上，继续向立体化、无人化、 全局化方向演进。

趋势解读

城市数字孪生自 2017 年首度被提 出以来，受到广泛推广和认可。 我们持续追踪城市数字孪生进展，分别 在 2019 年及 2021 年的十大科技趋势报 告中进行了详细阐述。近年来，中央部 委多角度全方位出台数字孪生城市相关 政策，旨在进一步推进城市精细化治理 新方法。

城市数字孪生旨在以城市为对象， 在数字世界建设与物理世界 1:1 的数字 映射，进而通过数字映射进行多学科机 理与仿真推演，并与物理世界进行实时 双向同步。近两年，精准映射、生成渲染、 仿真推演等城市数字孪生关键技术实现 了从量到质的突破，具体体现在大规模 上，分别实现了大规模动态感知映射、 大规模在线实时渲染，以及大规模联合 仿真推演。

在精准映射方面，与耗人、耗时、 耗财力的传统测量测绘方式不同，综合 运用遥感、雷达、视觉、定位及其它多 种传感器及存量测绘数据，以更低成本 实现对城市静态部件，以及动态对象（如 人、车等）进行位置、状态等多属性实 时感知。未来，通过汇聚城市天空地多 维度、各类型传感器数据，再结合 AI 感 知能力，可融合提取同一实体的多源异 构数据、构建多个实体之间的内在关系， 在数字世界中进行大规模、低成本、统一、 实时、精准的映射表达。

在生成渲染方面，基于精准映射的 数 据 基 础， 结 合 AIGC（AI Generated  Content）与 游 戏 大 世 界 生 成 PGC （Professional Generated Content） 等 技术能力，可实现分层次、分尺寸、多 分辨率城市级三维场景模型的自动化生成，以及支持多人在线、互动式大规模 实时渲染。

在仿真推演方面，将多学科、大规 模的机理与仿真模型联合作用于同一数 字大世界，形成“仿真机理元宇宙”， 构建虚实互动、双向调控机制。关键技 术包括：1）仿真系统云原生化，基于云 原生超算调度和求解器，可大幅缩短仿 真计算时间，实现城市级场景、百万级 以上实体规模实时计算响应；2）统一接 口融合计算，多种机理模型及仿真模型 能进行实时融合计算，形成多仿真联合 服务能力。

在技术推动和需求牵引的共同作用 下，大规模城市数字孪生已在交通治理、 灾害防控、双碳管理等应用场景取得较 大进展。如在交通治理方面，在城市高 精路网、水网、河道、车辆等实体三维 建模及实时渲染的基础上（建模成本降 低 90%+、时间从数月缩短到数天）， 通过联合道路交通流、城市内涝积水、 自动驾驶、人群移动等仿真模型，实现 对城市大型活动现场人群疏散引导、交 通管控策略、天气情况影响、公共交通 供给等全方位策略预案的孪生演练与效 果评估（针对应急事态做到“ 1 分钟启 动预案 ”、“ 5 分钟到达现场 ”；大型 赛事“ 1 小时疏散 ”）。

基于数字孪生的智慧城市市场空间 十分广阔。据 IDC 预测，到 2025 年智 慧城市投资规模将超过千亿美元，5 年复 合增长率超过 30%。目前，城市数字孪 生面临的最大瓶颈，在于城市级大规模 对象实体孪生以及业务流程孪生的城市 孪生体尚未完全搭建起来。城市数字孪 生将在大规模特征的基础上，继续向立 体化、无人化、全局化方向演进。未来， 城市数字孪生既作为城市立体化综合无 人系统（无人车、无人机、机器人等）的 研发测试环境，同时也是实现全局感知、 全局调度的支撑系统。

专家点评

经过几年的探索，数 字孪生城市发展进 入 了 深 水 区。 党 的 二十大提出“打造宜 居、韧性、智慧城市” 等要求，数字孪生城 市成为中国式现代 化在城市落地的重 要手段。今年以来， 从 工 业 制 造、 交 通 运 输、 水 利 流 域、 能源生产到城市治 理，从车间、道路、 水域、电厂到楼宇、 园 区、 城 市， 从 产 品 模 型 设 计、 设 备 远 程 控 制、 人 机 虚 实交互到算法仿真 推 演， 数 字 孪 生 技 术应用在各行业不 断 渗 透 影 响 深 远， 大规模动态感知映 射、在线实时渲染、 以及联合仿真推演 技术能力不断提升。 然而深水区也暴露 出一个关键的问题， 就是任何传统引擎， 都实现不了数字孪 生，数字孪生城市必 须打造一个新引擎。 因此未来将以大规 模“对象实体孪生 + 业务流程孪生”构建 城市孪生体，实现“多 源”数据融合重组， “多能”新引擎构建， “多跨”场景实现， 城市数字孪生将在 大规模孪生体构建 基 础 上， 真 正 实 现 从量到质的突破。

高艳丽

中国信息通信研究 院规划所总工

当城市的感知能力，以及以还原、建模、渲染、仿真推演为代表的计算能力发展到一定临界值，城市级别的大规模数 字孪生成为可能。构建城市级别的数字孪生，将开启城市领域一个全新的计算范式。城市数字孪生世界不仅仅是城市 的可视化渲染，更是城市的众多业务的新的载体，为业务创新提供了支撑。在这里，城市数字孪生不仅精准地捕捉到 城市的当下，也全面记录着城市的历史。更重要的是，通过接入多领域的仿真能力，并支持基于云计算的云原生仿真 改造，城市数字孪生可以进行大规模的联合仿真推演计算，在一个平台上，多领域多精度的仿真同时进行，并且相互 博弈，进而可以从城市的过去推演城市未来发展的可能性。

曾震宇

阿里云智能副总裁、行业解决方案研发部负责人