全球物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能、無人駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化加速突破，掀起數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化新一輪浪潮。同時(shí)，智慧城市實(shí)施進(jìn)程不斷加快，實(shí)施內(nèi)容持續(xù)深入，其發(fā)展理念、推進(jìn)模式和技術(shù)體系不斷更新和演進(jìn)，建設(shè)虛擬服務(wù)現(xiàn)實(shí)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)治理、智能定義一切的數(shù)字孿生城市將成為智慧城市的重要趨勢(shì)。

一、 數(shù)字孿生城市的建設(shè)條件日益成熟

1、信息通信技術(shù)（ICT）在城市中成熟應(yīng)用

近年來，云計(jì)算平臺(tái)已成城市重要基礎(chǔ)設(shè)施，政府、企業(yè)乃至個(gè)人廣泛使用；大數(shù)據(jù)成為城市重要資產(chǎn)、戰(zhàn)略資源，基于大數(shù)據(jù)分析的智能決策應(yīng)用不斷涌現(xiàn)；物聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)萬物互聯(lián)成為現(xiàn)實(shí)，廣泛應(yīng)用于城市治理領(lǐng)域的感知監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集等；（移動(dòng)）互聯(lián)網(wǎng)成為公眾獲取城市生活服務(wù)的重要優(yōu)先渠道，也是延伸服務(wù)的重要手段；基于深度學(xué)習(xí)的人工智能應(yīng)用可精準(zhǔn)預(yù)測(cè)城市問題，極大提升市民體驗(yàn)。

2、數(shù)字孿生（DT）技術(shù)應(yīng)用向城市廣泛滲透

數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用最早起源于工業(yè)領(lǐng)域，尤其飛機(jī)、火車發(fā)動(dòng)機(jī)等高端制造領(lǐng)域，對(duì)產(chǎn)品、生產(chǎn)線和工藝等進(jìn)行數(shù)字仿真、實(shí)時(shí)跟蹤，研發(fā)周期大幅縮減，生產(chǎn)成本大幅降低，形成多設(shè)備互聯(lián)、協(xié)同和優(yōu)化的建設(shè)模式。當(dāng)前，數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用已逐步向建筑、醫(yī)療、城市管理等領(lǐng)域滲透，依托BIM模型完成建筑物的龍骨、結(jié)構(gòu)以及風(fēng)水電等設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建筑物各類資源的優(yōu)化、應(yīng)急方案預(yù)演以及建筑群間資源優(yōu)化配置；達(dá)索公司開發(fā)3DEXPERIENCity平臺(tái)實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃布局、管網(wǎng)以及氣象的數(shù)字孿生，使得城市應(yīng)急處置效率提升30％，城市擁堵率降低25％。

3、技術(shù)融合與數(shù)據(jù)積淀不斷推動(dòng)城市創(chuàng)新發(fā)展

分布式計(jì)算、4G／5G通信、大規(guī)模數(shù)據(jù)并行處理、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)與3D建模、高精度地圖、模擬仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能控制等數(shù)字孿生相關(guān)技術(shù)有機(jī)耦合加快集成，推動(dòng)在數(shù)字空間中建設(shè)同步運(yùn)行的數(shù)字孿生城市成為可能。此外，經(jīng)過近十年智慧城市建設(shè)，城市傳感器隨處可見，城市智能終端廣泛部署，城市體征運(yùn)行數(shù)據(jù)大量匯聚積淀，城市畫像日益清晰，跨層級(jí)、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)資源加速有序融合，基于海量多維數(shù)據(jù)分析的智能應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，智慧城市建設(shè)正處于量變到質(zhì)變關(guān)鍵時(shí)期。

二、數(shù)字孿生城市是深度學(xué)習(xí)自我優(yōu)化的城市

數(shù)字孿生城市的核心要義是，在網(wǎng)絡(luò)數(shù)字空間，再造一個(gè)與現(xiàn)實(shí)物理城市匹配對(duì)應(yīng)的數(shù)字城市，通過構(gòu)建物理城市與數(shù)字城市一一對(duì)應(yīng)、協(xié)同交互、智能操控的復(fù)雜系統(tǒng)，使其與物理城市平行運(yùn)轉(zhuǎn)，通過虛擬服務(wù)現(xiàn)實(shí)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)治理，智能定義一切等運(yùn)行機(jī)制，實(shí)現(xiàn)城市全要素?cái)?shù)字化和虛擬化、全狀態(tài)實(shí)時(shí)化和可視化、城市運(yùn)行管理協(xié)同化智能化，形成物理維度上的實(shí)體世界和信息維度上的虛擬世界同生共存、虛實(shí)交融的城市發(fā)展新模式，是具有深度學(xué)習(xí)、自我優(yōu)化能力的城市。

圖1  數(shù)字孿生城市運(yùn)行機(jī)理

1、全域感知，實(shí)現(xiàn)由實(shí)到虛

通過部署全域感知體系和各行業(yè)領(lǐng)域信息系統(tǒng)平臺(tái)，采集匯集城市所有靜態(tài)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、對(duì)象數(shù)據(jù)等表征城市運(yùn)行的全量數(shù)據(jù)，在數(shù)字空間建立一一映射的數(shù)字孿生城市模型平臺(tái)，并加載城市全量靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

2、深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)自我優(yōu)化

基于不斷匯集的海量數(shù)據(jù)和數(shù)字孿生城市模型平臺(tái)，運(yùn)用多維數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等算法或技術(shù)，運(yùn)算得出城市資源配置優(yōu)化方案、城市災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警模型、城市應(yīng)急指揮策略等，實(shí)現(xiàn)自我優(yōu)化。

3、智能操控，實(shí)現(xiàn)由虛控實(shí)

基于以上數(shù)字空間得出的優(yōu)化方案、預(yù)警模型、指揮策略等深度學(xué)習(xí)結(jié)論，在數(shù)字孿生城市模型平臺(tái)中，通過傳感器遠(yuǎn)程控制、信息系統(tǒng)功能優(yōu)化修正等操作，反向作用于物理世界運(yùn)行的城市，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)決策、快速響應(yīng)和智能操控。

4、更新迭代，實(shí)現(xiàn)流程再造

通過深度學(xué)習(xí)、自我優(yōu)化后的城市在新的運(yùn)行流程、運(yùn)行規(guī)則、運(yùn)行機(jī)制下不斷產(chǎn)生和積累新的數(shù)據(jù)，同時(shí)，新智能設(shè)備、新技術(shù)應(yīng)用不斷更替出現(xiàn)，進(jìn)而啟動(dòng)新一輪的數(shù)字孿生更新迭代，實(shí)現(xiàn)城市不斷進(jìn)化的“自生長(zhǎng)”發(fā)展模式。