1. 參考架構
數字孿生城市是與物理城市一一映射、協同交互、智能互動的虛擬城市，先
基于數字孿生系統的通用參考架構，依據城市特色，數字孿生城市對城市物
理域及其數字孿生組件進行了實例化（圖42）：
1）城市物理域
主要是指包含市政、交通、城市運行、安防、環保、治理、水務、電網、醫
療、公共服務、社區、景區等城市和民生各環節的各種物理實體對象以及相關的 政務和業務活動。
2）數字孿生體
數字孿生體包括與城市物理域實體一一對應的數字孿生組件和數字孿生體 管理支撐功能兩大部分。
1. 數字孿生城市的成熟度特征
按照統一的數字孿生體成熟度模型，數字孿生城市在各成熟等級上的標志和 特征如下：
1） 數化
? 構建了城市三維信息模型（CIM）,其中包含建筑信息、地理信息、新型 街景、實景三維等方面的要素，并加以應用；
? 城市中的建筑物，構建了建筑信息模型（BIM）,是CIM的重要組成部分 和基礎。包括建筑控制、消防管道、結構單元、結構分析、供熱通風、 電氣、結構、施工管理等眾多領域，用于建筑物運行維護以及相關市政 工程規劃；
? 對城市地理信息進行三維建模（3D-GIS）,是CIM的重要組成部分和基礎。 對城市的真實地形、地上地下景觀進行數字化三維模擬，給用戶提供一 個與真實城市一致的虛擬城市環境，并支持三維瀏覽、三維空間分析、 信息檢索、輔助設計等應用；
? 以CIM為基礎，結合專業領域應用，構建面向民生的各種應用模型，例 如：發揮城市交通系統最佳運力效果的智慧交通模型、促進水網和電網 可靠高效運行的智能市政設施管理模型等等；
? 在數據采集中，應用先進技術（如激光三維掃描、傾斜遙感攝影、激光 點云三維建模等）提高數據采集的效率和精確度。
2） 互動
? 通過物聯網技術，依據城市市政、交通、社區、安防等領域需求，安裝 布置充足的傳感器和攝像頭等數據采集設備，進行動態、準確的數據采 集；
? 應用“部件”和“事件”對于數據源進行管理。對于城市市政基礎“部 件”（例如井蓋、電線桿等）進行編碼，依據國標屬性建庫、及時普查和 更新，確保有效性，能夠快速查詢追蹤；同時對于“事件”（例如井蓋被 盜、市政施工等）進行采集和跟蹤，確保處理閉環和可追溯性；
? 確保“部件”傳感器和“事件”信息等從城市物理空間到城市數字孿生 體的有效傳輸。城市數字孿生體能夠動態反映物理空間真實現狀，如水 電管網的即時運行信息、城市交通的擁堵情況、環保排放的污染物測量 數據、景區實時客流人數等，物理實體和數字孿生體同步更新；
?依據城市數字孿生體做出的決策指令，能夠反作用于城市物理空間，例 如交通擁堵的疏解指令能夠及時傳遞到城市交通指揮系統、污染減排控 制措施能夠及時傳遞到交通限行、廠礦限產、醫療預備等現實領域。
3） 先知
?根據物理模型和仿真預測未來，并且隨著實體數據的搜集，依據同步速 率進行收斂；
? 依據城市運行數字孿生體：根據重大節假日運輸能力和人流量情況等歷 史數據，推演預測下一次的人流情況，以及形成火車站和汽車站等需要 進行運輸能力優化調整的計劃；
?城市景區數字孿生體：能夠根據節假日各車站人流情況、景區周邊酒店 預訂數據、景區歷史客流情況等數據推演出未來景區游客流量、景區配 套服務能力調整計劃以及景區設施的維護檢修計劃等；
?依據城市應急救災數字孿生體：資源與演習數據能反應到其數字孿生體 上，預測應急救災時所面對的實際情況；
?市政數字孿生體能夠根據當前地下給排水管網設施數據、城市歷史水澇 數據和歷史氣象數據推演出未來可能發生的城市水澇強度及地下管網規 劃優化方案；
?依據交通數字孿生體：能夠根據城市車輛注冊數、道路車流量和交通事 故發生次數等數據推演出各道路通行能力及交通信號燈設置需求。
4） 先覺
? 城市數字孿生體綜合分析天氣條件、環境污染、人群流動等因素影響， 推演流行病發展趨勢，提前采取預防和醫療保障措施；
? 對環境污染等影響因素，例如天氣氣象條件、交通車輛尾氣排放、工廠 廢氣排放等。城市數字孿生體根據其歷史數據，依據人工智能算法找到 相關關系，可采取針對性的預防措施，降低經濟損失和減少停產停課等 對生產生活的干擾；
?城市數字孿生體根據網絡輿情、敏感人員聚集，推演社會治安和群體事 件風險隱患，采取預防性措施；
?城市數字孿生體根據景區客流量歷史數據、道路交通承載力、賓館客房 預定率等數據，推演節假日客流量趨勢。采用網絡門票預訂和經濟杠桿 等措施，調控客流，在游客體驗和商業利益中找到最佳平衡點；
?城市數字孿生體綜合分析各城市管理要素與城市發展目標之間的關系， 合理匹配，模擬規劃，滿足GDP增長和“宜居城市”建設等多目標優化。
5）共智
? 城市數字孿生體能夠促進各現實城市之間基于各自的自然資源、產業特 征、經濟體量等不同和互補，構建城市經濟共智圈，如長三角、珠三角、 粵港澳大灣區等，實現城市群可持續生態化的發展；
?通過城市交通數字孿生體之間的協同，實現城市群之間交通網絡的整合 和整體規劃，真正把城市群融為一體；
?通過城市市政數字孿生體之間的協同，實現城市群之間水、電網絡的整 合和整體規劃，不同城市間實現能源的最佳利用效率，以及災害備份；
? 通過城市安防數字孿生體之間的協同，促進追逃人員的警務合作，以及 人口拐賣、走失人員的快速定位和查找；
?通過城市間環保數字孿生體之間的協同，采取一體化的分析和預防措施, 有效協調解決跨界的空氣污染、河流污染等問題；
?通過城市景區數字孿生體之間的協同，幫助游客合理安排跨城旅游路線， 多種旅游資源的互補整合，促進節假日客流量的有序引導和分散，以及 游客旅游體驗的提升。