数字孪生城市的主要特征有哪些 数字孪生城市的技术原理是什么

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摘要:数字孪生城市是城市智慧化的一大体现,它具有精准映射、虚实交互、软件定义、智能干预四大特征,实现数字孪生城市的建设,则主要通过空间数据采集、建筑物信息模型(BIM)、图像处理技术、计算机模拟技术、数据挖掘技术等技术原理。下面一起来详细了解一下数字孪生城市的主要特征有哪些以及数字孪生城市的技术原理是什么吧。

一、数字孪生城市的主要特征有哪些

数字孪生城市既可以理解为实体城市在虚拟空间的映射状态,也可以视为支撑新型智慧城市建设的复杂综合技术体系,它支撑并推进城市规划、建设、服务,确保城市安全、有序运行,一般数字孪生城市具有四大特征:

1、精准映射

精准映射是指数字孪生城市通过天空、地面、地下、河道等各层面的传感器布设,实现对城市道路、桥梁、井盖、灯盖、建筑等基础设施的全面数字化建模,以及对城市运行状态的充分感知、动态监测,形成虚拟城市在信息维度上对实体城市的精准信息表达和映射。

2、虚实交互

虚实交互是指城市基础设施、各类部件建设即有痕迹,城市居民、来访人员上网联系即有信息。未来的数字孪生城市中,在城市实体空间可观察各类痕迹,在城市虚拟空间可搜索各类信息,城市规划、建设以及民众的各类活动,不仅存在于实体空间,而且在虚拟空间得到极大扩充,虚实融合、虚实协同将定义城市未来发展新模式。

3、软件定义

软件定义是指孪生城市针对物理城市建立相对应的虚拟模型,并以软件的方式模拟城市中的人、事、物在真实环境下的行为,通过云端计算、边缘计算,软性指引城市的交通信号控制、电热能源调度、重大项目周期管理、基础设施选址建设等。

4、智能干预

智能干预是指通过对数字孪生城市规划设计、模拟仿真等,尽早发现城市可能产生的不良影响、矛盾冲突、潜在危险等,进行智能预警并提供合理可行的对策建议;以未来视角对城市原有发展轨迹和运行状态进行智能干预,进而指引和优化实体城市的规划、管理,改善市民服务供给,赋予城市生活“智慧”。

二、数字孪生城市的技术原理是什么

数字孪生城市的建设主要应用数字孪生技术,数字孪生技术的构建需要多个方面的技术手段和技术支持,其技术原理主要有:

1、空间数据采集

数字孪生技术的构建首先需要对城市或建筑物进行空间数据采集。通过街景浏览车、无人机等技术手段采集现实世界中的空间数据,将采集到的数据进行整合和加工,形成城市或建筑物的三维空间数据模型。这些数据包括但不限于环境数据、地理数据、人口数据等,这些数据被整合形成一个空间数据库,为虚拟世界提供了参考和支持。

2、建筑物信息模型

建筑物信息模型(BIM)是建筑行业较为流行的数字化技术之一,数字孪生技术的构建也需要采用BIM技术。BIM是一种将设计、施工和运营以数字化方式进行集成的方法,利用BIM模型能够精细化描述建筑物的功能、结构、材料、维护等信息。将采集到的空间数据与BIM模型进行整合,可以对建筑物、道路、绿化带等进行模拟分析,根据模拟结果进行优化或改进,从而为城市的改造和建设提供方案支持。

3、图像处理技术

数字孪生城市的构建还需要图像处理技术的支持。当采集到空间数据之后,利用图像处理技术对道路、绿化带、建筑物进行分类和识别,从而实现对各种类型的建筑物的识别和区分。图像处理技术可以将原始数据转化为可视化的智能图像,可以较为直观地展示建筑物的结构和周边环境信息。

4、计算机模拟技术

数字孪生城市的核心是建立实体建筑与虚拟城市体系之间的联系,计算机模拟技术是机器语言与数学语言结合的数字化技术手段,可以对虚拟世界建立动态、交互式的模拟系统。根据实体建筑的数据,计算机模拟技术可以精细地建立建筑物的虚拟模型,实现精准的仿真。通过计算机模拟技术,我们可以模拟物理环境、气候和人类活动等变量,营造出更加人性化和可持续的城市环境。

5、数据挖掘技术

对已有的大量数据进行挖掘、分析和释放,可以为城市智慧化提供多元化支持的策略、方案和实施方案。以数据挖掘为基础的技术可以发现数据中未知或隐藏的规律、关联性、趋势等,可以将原始数据转化为可视化、可理解的结构,为城市的智慧化提供科学依据。同时,数据挖掘技术也可以为城市的运营提供决策支持,通过对数据的挖掘和分析,可以实现精准化的城市资源协调和运营。

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