李德仁院士在第十一屆全球地理信息開發(fā)者大會(huì)上表示，數(shù)字孿生城市的構(gòu)建將引發(fā)城市智慧化管理和服務(wù)的顛覆性創(chuàng)新。數(shù)字孿生這個(gè)起源于工業(yè)領(lǐng)域大型裝備虛擬制造的概念，正從一個(gè)技術(shù)概念，演變成一種新轉(zhuǎn)型路徑、新變革動(dòng)力，成為智慧城市的升級(jí)引擎。在不改變城市原有物理空間的前提下，數(shù)字孿生技術(shù)克隆出對(duì)應(yīng)的虛擬數(shù)字世界，使不可見的城市隱形秩序顯性化，從而讓城市治理效率大大提升。2021年“探索建設(shè)數(shù)字孿生城市”被寫入《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，各地?cái)?shù)字孿生城市的建設(shè)熱情空前高漲。

作為華南地區(qū)歷史最久、規(guī)模最大、專業(yè)最齊全的規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)高新技術(shù)單位，廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院（以下簡(jiǎn)稱：廣州市規(guī)劃院）依托多年來(lái)服務(wù)智慧城市建設(shè)所積累的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)力，緊跟市場(chǎng)動(dòng)向，提前布局?jǐn)?shù)字孿生技術(shù)研發(fā)，用一支高素質(zhì)高水平專業(yè)團(tuán)隊(duì)攻克一道道技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了物理世界在虛擬空間的精準(zhǔn)映射與銜接，不斷優(yōu)化打磨三維虛擬場(chǎng)景的視覺效果，創(chuàng)造身臨其境的“大片”體驗(yàn)，在自然資源管理、城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、重大工程建設(shè)、城市精細(xì)治理和公眾品質(zhì)生活等城市發(fā)展全鏈路上實(shí)現(xiàn)了多場(chǎng)景的應(yīng)用探索，形成了一整套服務(wù)政府、企業(yè)、公眾的數(shù)字孿生城市建設(shè)解決方案。

01創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)：標(biāo)準(zhǔn)化、高水平打造數(shù)字孿生工廠

技術(shù)研發(fā)的核心要素是人才，廣州市規(guī)劃院為加快研發(fā)效能、取得技術(shù)突破，成功組建一支由中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)青年測(cè)繪科技創(chuàng)新人才領(lǐng)銜，平均學(xué)歷碩士以上的專業(yè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)，涵蓋前期數(shù)據(jù)獲取、中期數(shù)據(jù)處理與底層搭建、后期平臺(tái)開發(fā)等全流程環(huán)節(jié)，保障生產(chǎn)實(shí)力和技術(shù)創(chuàng)新能力走在前列。其中超過(guò)500人的專業(yè)外業(yè)測(cè)量團(tuán)隊(duì)有效保障實(shí)景三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)的效率和高品質(zhì)，開發(fā)團(tuán)隊(duì)則覆蓋前端開發(fā)、GIS引擎開發(fā)、UE開發(fā)、地編開發(fā)和模型開發(fā)，專業(yè)人員數(shù)量超200。

團(tuán)隊(duì)圍繞數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化工作流程、精度檢驗(yàn)、常見問(wèn)題等內(nèi)容編寫了適用于數(shù)字孿生三維建模工作的《城市數(shù)字孿生建模工作指引》，同時(shí)根據(jù)場(chǎng)景面積大小和對(duì)模型材質(zhì)、精細(xì)度等細(xì)節(jié)的需求將模型分為L(zhǎng)OD1-LOD5共5個(gè)層級(jí)，提升了建模與應(yīng)用的契合度。

圖 1城市數(shù)字孿生工作標(biāo)準(zhǔn)模型分級(jí)

以人才為基礎(chǔ)，以標(biāo)準(zhǔn)為指引，廣州市規(guī)劃院成功建立起流程化生產(chǎn)、數(shù)字化管理的“數(shù)字孿生工廠”生產(chǎn)模式，將“數(shù)據(jù)、任務(wù)、人員、軟件、算法”連接起來(lái)，形成一體化完整生產(chǎn)工藝流程和多人在線協(xié)同生產(chǎn)體系。融合數(shù)字孿生分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，按照?qǐng)鼍胺秶?、精?xì)度對(duì)數(shù)字孿生進(jìn)行分層分級(jí)建設(shè)，采用中仿真場(chǎng)景用參數(shù)化建模的方式生成，高仿真場(chǎng)景以實(shí)景三維為基礎(chǔ)全流程實(shí)施質(zhì)量控制生產(chǎn)，全仿真場(chǎng)景則部分采用物理渲染的方式生成，為客戶提供精度可選、效果可選的多層級(jí)數(shù)字孿生產(chǎn)品。

02虛實(shí)映射：“雙引擎”支撐虛實(shí)空間精準(zhǔn)匹配

真實(shí)地理信息數(shù)據(jù)在虛擬空間的精準(zhǔn)坐標(biāo)匹配是數(shù)字孿生城市建設(shè)的關(guān)鍵難題，只有實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的虛實(shí)映射，才能讓已有的地理時(shí)空數(shù)據(jù)資源在三維空間被充分利用起來(lái)。廣州市規(guī)劃院創(chuàng)造性構(gòu)建“GIS+UE”雙引擎，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)三維GIS分析工具與UE平臺(tái)的底層互通，支持將GIS數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入虛幻引擎中準(zhǔn)確、真實(shí)、快速地還原真實(shí)世界，并于數(shù)字孿生平臺(tái)中對(duì)GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行高性能渲染。

游戲引擎的實(shí)時(shí)渲染是傳統(tǒng)GIS軟件所不具備的能力，雙引擎實(shí)現(xiàn)了對(duì)大規(guī)模真實(shí)地理坐標(biāo)的三維GIS數(shù)據(jù)的接入與可視化，借助模型優(yōu)化和輕量化手段、LOD層級(jí)加載策略以及虛實(shí)坐標(biāo)配準(zhǔn)算法等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了城市全要素類別地理數(shù)據(jù)的集成與融合，可動(dòng)態(tài)加載海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)（包括實(shí)景三維、激光點(diǎn)云、BIM等）。此外，雙引擎內(nèi)置豐富的空間分析工具集，支持大量三維空間分析功能，包括可視域分析、天際線分析、緩沖區(qū)分析等，具有很好的功能覆蓋廣度和完備度，分析過(guò)程實(shí)時(shí)計(jì)算，分析結(jié)果可量化表達(dá)，為城市規(guī)劃、智慧城市、數(shù)字孿生城市等各項(xiàng)建設(shè)提供決策支持。

圖 2“GIS+UE”雙引擎

同時(shí)，雙引擎通過(guò)接入第三方傳感器數(shù)據(jù)，建立時(shí)序傳感器數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)城市級(jí)海量多源傳感器的統(tǒng)一匯聚和空間落位，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了解設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況并進(jìn)行控制，達(dá)到“孿生+物聯(lián)”感知目標(biāo)，滿足多尺度場(chǎng)景下高效管理要求（如樓宇智控等），為多種業(yè)務(wù)應(yīng)用賦能。

利用5G高安全、高通量、低時(shí)延優(yōu)勢(shì)，基于MQTT協(xié)議與高性能時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，提供百萬(wàn)高效寫入，高壓縮比低成本存儲(chǔ)、預(yù)降采樣、插值、多維聚合計(jì)算，實(shí)現(xiàn)全天候、多層次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)高效、穩(wěn)定傳輸與信息自適應(yīng)融合，實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生世界的虛實(shí)配準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同尺度場(chǎng)景下氣候環(huán)境、火災(zāi)、地震等事故等事件的全面監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確掌握城市運(yùn)行現(xiàn)狀的健康程度，為管理部門提供決策依據(jù)。

圖 3物聯(lián)感知設(shè)備空間精準(zhǔn)落位與控制管理

03效果升級(jí)：多視角真實(shí)呈現(xiàn)全空間孿生場(chǎng)景

為在數(shù)字空間真實(shí)還原物理世界，帶來(lái)沉浸式視覺體驗(yàn)，廣州市規(guī)劃院在數(shù)字孿生場(chǎng)景、要素等模型的精細(xì)度和視覺效果上狠下功夫，主打的數(shù)字孿生產(chǎn)品既能提供多場(chǎng)景漫游視角體驗(yàn)，也支持時(shí)間與天氣仿真模擬，同時(shí)加載了大量三維視覺特效和三維分析工具，大大提升了三維平臺(tái)的視覺水平。

三維場(chǎng)景漫游：提供多種場(chǎng)景漫游功能，包括鍵盤控制漫游、自動(dòng)漫游方式和飛行漫游方式，滿足市民、游客和管理者在pc和移動(dòng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)終端流暢漫游展示。

圖 4多視角三維場(chǎng)景漫游效果

時(shí)間與天氣仿真模擬：支持提供24小時(shí)光影變化模擬、風(fēng)霜雨雪天氣模擬等視覺特效。

圖 5多類型天氣模擬效果

三維特效與空間分析：特效方面，提供粒子效果、光帶效果、樓宇特效等多種三維視效選擇，同時(shí)也支持模型編輯、外部數(shù)據(jù)接入、用戶數(shù)據(jù)加載等系統(tǒng)管理功能?？臻g分析方面，提供涵蓋查詢、量測(cè)、統(tǒng)計(jì)、方案同屏對(duì)比瀏覽、通視分析、模型剖切等三維空間分析功能。

圖 6孿生場(chǎng)景空間分析效果

04全鏈賦能：覆蓋生產(chǎn)、生活、生態(tài)全生命周期的多場(chǎng)景應(yīng)用實(shí)踐

廣州市規(guī)劃院結(jié)合新型智慧城市建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和在地化服務(wù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了從資源管理、規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、城市治理再到品質(zhì)生活的城市發(fā)展全鏈路數(shù)字孿生場(chǎng)景應(yīng)用研發(fā)和支持，為政務(wù)服務(wù)和公眾生活的方方面面提供統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)基底和分析基礎(chǔ)，全方位實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)管理升級(jí)、應(yīng)用升級(jí)和服務(wù)升級(jí)。

1. 自然資源管理：濕地公園數(shù)字孿生平臺(tái)

廣州市規(guī)劃院充分調(diào)研濕地公園現(xiàn)狀，完成上百種植被類型建模，充分還原了濕地公園自然環(huán)境全貌，并對(duì)自然資源進(jìn)行有效的實(shí)物量管理。通過(guò)接入濕地片區(qū)的環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)濕地生態(tài)保護(hù)、低碳運(yùn)營(yíng)提供了清晰直觀的管理平臺(tái)。

圖 7海珠濕地?cái)?shù)字孿生建模效果

2. 城市規(guī)劃設(shè)計(jì)：數(shù)字孿生城市更新平臺(tái)

城市更新能夠?qū)崿F(xiàn)老舊片區(qū)全要素品質(zhì)提升、保持城市活力、促進(jìn)資源共享。廣州市規(guī)劃院打造的數(shù)字孿生城市更新平臺(tái)基于參數(shù)化建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的動(dòng)態(tài)建模，通過(guò)修改參數(shù)調(diào)整街區(qū)布局，對(duì)建筑類型、樣式、外立面風(fēng)格、道路細(xì)節(jié)如鋪裝、欄桿等進(jìn)行直觀、動(dòng)態(tài)、快速的調(diào)整優(yōu)化，為規(guī)劃設(shè)計(jì)人員提供了片區(qū)改造方案的有力調(diào)整工具。平臺(tái)還支持三維GIS分析(如可視域分析、通視分析、天際線分析)，滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)人員對(duì)整體空間的功能、視線走向、道路交通、景點(diǎn)布置的修改優(yōu)化要求。

（白云湖大道數(shù)字孿生城市更新平臺(tái)榮獲中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用工作委員會(huì)頒發(fā)的2021年數(shù)字孿生城市典型案例獎(jiǎng)）

圖 8白云湖大道更新改造方案對(duì)比

3. 重點(diǎn)工程建設(shè)：工程建設(shè)項(xiàng)目數(shù)字化場(chǎng)景式審批系統(tǒng)

面向產(chǎn)業(yè)園區(qū)工程建設(shè)項(xiàng)目審批要求，廣州市規(guī)劃院研發(fā)的工程建設(shè)項(xiàng)目數(shù)字化場(chǎng)景式審批系統(tǒng)接入片區(qū)范圍內(nèi)所有建筑的高度信息、控規(guī)數(shù)據(jù)、審批記錄等數(shù)據(jù)資源，支持對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案進(jìn)行景觀協(xié)調(diào)性分析、規(guī)劃條件符合性判斷、控規(guī)限高分析、通視分析、距離高度面積實(shí)時(shí)量測(cè)等。依托數(shù)字孿生平臺(tái)直觀、動(dòng)態(tài)、可調(diào)的特性，在完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案精細(xì)建模的同時(shí)，還能夠有效加快審批信息流通、打破信息孤島，實(shí)現(xiàn)跨部門、跨事項(xiàng)數(shù)據(jù)互通共享，為事項(xiàng)審批提質(zhì)增效提供支撐，進(jìn)一步提高政務(wù)服務(wù)效能。

圖 9工程建設(shè)項(xiàng)目數(shù)字化場(chǎng)景式審批系統(tǒng)

4. 城市精細(xì)治理：智慧樓宇數(shù)字孿生平臺(tái)&南沙零碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

聚焦樓宇尺度的精細(xì)治理工作要求，廣州市規(guī)劃院自主研發(fā)了智慧樓宇數(shù)字孿生平臺(tái)，對(duì)商務(wù)辦公樓宇進(jìn)行超高精度建模，并依托物聯(lián)網(wǎng)引擎和視頻融合引擎實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)樓宇設(shè)備的群控管理。一方面平臺(tái)能夠?qū)怯顑?nèi)外建筑細(xì)節(jié)進(jìn)行虛實(shí)精準(zhǔn)匹配的逼真還原，另一方面平臺(tái)還同步接入了樓宇電梯實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、空調(diào)運(yùn)行數(shù)據(jù)、煙霧傳感器數(shù)據(jù)等資源，支持樓宇各類設(shè)備的在線管控。此外，通過(guò)接入基于多傳感器的能耗數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)人流監(jiān)測(cè)，還支持進(jìn)行樓宇能耗數(shù)據(jù)分析、碳排放分析，對(duì)碳排放環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警，響應(yīng)低碳城市發(fā)展要求。

圖 10智慧樓宇數(shù)字孿生平臺(tái)

5. 公眾品質(zhì)生活：智慧名城數(shù)字孿生管理平臺(tái)

數(shù)字孿生底座能夠?yàn)楦纳迫司迎h(huán)境、提升公眾生活品質(zhì)提供有力條件。廣州市規(guī)劃院秉持“老城市，新活力”發(fā)展理念，面向新時(shí)代歷史文化保護(hù)傳承要求打造了智慧名城數(shù)字孿生管理平臺(tái)，對(duì)永慶坊、紀(jì)念堂、李小龍故居等重要?dú)v史文保片區(qū)和重點(diǎn)建筑進(jìn)行三維建檔保存，同時(shí)支持接入物聯(lián)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和AI視頻算法，實(shí)現(xiàn)建筑24小時(shí)在線監(jiān)控。針對(duì)有改造需求的目標(biāo)片區(qū)，平臺(tái)還支持規(guī)劃設(shè)計(jì)方案一鍵導(dǎo)入、三維模型快速生成、設(shè)計(jì)方案同屏比對(duì)等系列功能，支持片區(qū)改造提升的在線快速優(yōu)化，為傳承文化底蘊(yùn)、提升人居環(huán)境提供有力支撐。

圖 11智慧名城平臺(tái)永慶坊片區(qū)建模效果

在全國(guó)上下如火如荼開展數(shù)字孿生落地探索的形勢(shì)下，廣州市規(guī)劃院始終秉持“服務(wù)政府、服務(wù)社會(huì)，創(chuàng)造更美好的人居環(huán)境”理念，以生產(chǎn)帶動(dòng)研發(fā)、以研發(fā)促進(jìn)生產(chǎn)，在數(shù)字孿生技術(shù)探索和應(yīng)用實(shí)踐的道路上行穩(wěn)致遠(yuǎn)、銳意進(jìn)取，為提升城市治理效能、改善公眾生活體驗(yàn)不斷貢獻(xiàn)廣州智慧和力量。

技術(shù)交流：廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院， 周泊遠(yuǎn)，13296596445。