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21 KiB
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是什么？
- 数字孪生
- 数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟实体，借助历史数据、实时数据以及算法模型等，用于模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程的技术方法。数字孪生技术打通了物理世界与虚拟空间的通道，联结现实世界与数字世界，在虚拟空间打造“全真世界”。
- 数字城市
- 通过使用数字孪生技术，打造可持续的城市环境，并为市政建设的所有利益相关者提供新的业务机会和收入来源。为管理者提供各种各样的数据支持，例如将智慧城市建设中的多维度城市数据和信息以集成的实时 3D 视图直观表达出来，包括交通路况、人流分布、事故报警、空气质量等。
- 中华人民共和国自然资源部:
- 在信息空间上构建的城市虚拟映像叠加在城市物理空间上，将极大地改变城市面貌，重塑城市基础设施，形成虚实结合、孪生互动的城市发展新形态。
- 在智慧城市中，数字孪生城市通过对物理世界的人、物、事件等所有要素数字化，在网络空间再造一个与之对应的“虚拟世界”，形成物理维度上的实体世界和信息维度上的数字世界同生共存、虚实交融的格局，突出了数字孪生的实时性以及保真性，将物理世界的动态，通过传感器精准、实时地反馈到数字世界。数字化、网络化实现由实入虚，网络化、智能化实现由虚入实，通过虚实互动、持续迭代实现物理世界的最佳有序运行，这突出了数字孪生的互操作性、可拓展性以及闭环性。
- 智慧大厦
- 智慧楼宇也称智能建筑、智能楼宇，是将建筑、物联网感知和控制及结构、系统、管理和服务等各方面的先进科技相互交融结合，是现代化新型建筑发展的必经阶段。通过数字孪生技术，可将楼宇设备之间、系统之间融合数据互通，为组成智慧楼宇这一场景提供了强大的支撑。
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行业的发展情况
- 数字城市
- 城市各部分信息汇总及可视化展示（如电力、公共安全、水利、旅游），提供监控、预警、诊断、分析为一体的平台。
- 对城市各种数据进行整合和数据互通，消除信息孤岛；融合多领域数据资源，并提供管理途径
- 对城市关键数据、重点事件突出显示，并提供城市三维场景图，为管理层提供决策支撑和现场指挥途径
- 智慧大厦
- 人员信息——对人员和资产位置进行实时定位，提供考勤记录、进出登记等功能
- 能源——变配电、照明、空调、供热等使用情况监视、管理、控制以空调系统为例子，能够实时监控中央空调及各地区温度，可以通过终端调节各地区温度，风扇频率等。实现建筑能耗的在线监测和动态分析。
- 环境——采集各区域多项传感器数据，对人员违规闯入、环境指标异常等信息及时反映并定位。通过设备联动摄像头，及时定位消防、安防报警点。中央控制空调、新风系统等系统
- 流通——反映电梯及建筑物内人员情况（数量，密度等），及时报警异常情况；对停车场进行可视化管理，实施检测车辆情况，实现停车流程智能化
- 安全——对各类异常事件（人或物）及时反映，并提供报警系统，连接公安；对即将出现的异常情况（火灾、地震、恶意伤人？）进行提示
- 建筑——还原建筑结构，包括造型、内部结构、管网、强弱电布线等
- 监控——管理全局监控信息，提供即时查看、回放等功能
- 技术架构——采用MQTT物联网平台集中管理设备接入采用Spring Cloud主流的微服务架构，支持Modbus、BACnet、OPC、DB等协议，适应不同系统的数据接入，对于传统和新型的建筑智能化系统均有极强的适配能力
- MQTT，目前物联网的最主要的协议。MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的"轻量级"通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上。MQTT最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。MQTT是基于TCP长连接，首先是先跟MQTT服务器建立TCP连接，然后发送登录请求，要保持长连接，还要定时发心跳包跟服务保持连接
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当前的问题
- 数字孪生
- 中华人民共和国自然资源部:
- 一是数据问题。数据是数字孪生的关键所在，现阶段与数据有关的问题主要有：多维度、多尺度数据采集不一致；数据传输稳定性不足；受多源数据获取方式的影响，数据准确性难以保障；海量数据的存储与处理能力欠缺；通信接口协议及相关数据标准不统一；数据的分享与开放机制不完善以及多源异构多模数据较难实现集成、融合和统一。
- 二是基础知识库问题。在系统层级方面，存在着数字化、标准化、平台化的缺失，主要体现在各层级的自身基础知识库匮乏，现有层级之间的基础知识库互联互通障碍以及基础知识库的整体架构不完善；在生命周期方面，存在着结构化、传承性、规划性缺失的问题；在价值链方面，则存在着现有应用价值不足、兼容性差、盈利模式不明等问题。
- 三是数据安全问题。主要表现在数据传输和存储安全方面，数字孪生系统在应用过程中，会产生和存储海量的生产管理数据、操作数据和系列外部数据等，可通过云端、生产终端和服务器等存储方式进行存储，任何一环都可能涉及数据泄密的风险。另外，系统控制安全也需要注意。由于虚拟控制系统可能存在各种未知安全漏洞，极易发生泄密问题。
- 四是多系统融合问题。数字孪生是一个多维系统的融合，在数据、模型和交互各环节均涉及融合应用，而目前无论是数据采集、数据传输、模型构建还是交互协同的环节，与数字孪生构架均未深度结合。
- 五是人才问题。现阶段数字孪生核心软件技术仍由国外人才主导，国内市场缺少数字孪生标准化研究相关的专业人才。
- 数字城市
- 1.城市应用场景挖掘不足，缺乏对业务逻辑的深层理解，顶层设计缺乏——城市级异构大数据、跨行业跨领域应用数据汇集不完善、算法成熟度不高、数据处理不到位，有效信息不足。
- 2.缺乏统一时空智能平台规范，数字底座亟待整合——各城市管理部门各有一套系统，互相之间不兼容导致信息难以互通。智慧城市条线强 协同弱，没有明确牵头部门，即使有些地方成立了大数据局，但协调统筹力度仍然不足，多套系统难以整合形成城市级统一的数字 底图和数据资产
- 3.时空数据孤岛欠缺关联融合，数据价值远未释放——数据编码、模态之间难以融合，无可兼容异构信息的统一标准，机 构和厂商各自推进；格式间存在壁垒，数据孤岛一直未能解决。同时，还存在数据格式不统一，权限不明确、对接机制不健全的问题。
- 4.算法模型与动态数据融合不深——键技术自身发展和融合应用还有待加强。海量数据加载技术、云边计算协同技术、模拟仿真技术等成熟度不高；利用人工智能尤 其是时空人工智能、边缘计算对动态数据快速分析处理能力不足。数据应用层次和深度不够，价值有待进一步释放。
- 5.技术成熟度落后，国外垄断严重——数字孪生城市涉及到5G、大连接物联网技术、海量数据加载技术、云便计算协同技术、模拟仿真技术、网络与信息安全技术等，目前技术成熟度不高，平台模型标准化滞后。如BIM软件基本上都是国外的，CIM的软件现在比较少，国产的GP与U/FPGA芯片很少有国产的，有也基本上市场占有率很低。三维渲染的时候都要用到GPU这些技术。
- 6.信息安全亟需有效保障——数字孪生城市数据来源面广，接入点多，数据集中度高，对系统安全保护技术要求很高；同时，城市很多的数据涉及到公民隐私，需要有效保护。
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怎么做
- 数字城市
- 一是加强顶层设计与统筹机制，系统化设计总体目标、行动路径及制度保障，通过基础标准统领及应用牵引，推动多元信息和软硬设施融合与互补。
- 二是建立数字孪生公共服务平台，探索数字孪生技术生产、服务供给、产品供应，加深纵向协同与需求对接，实现多源异构数据共享、多层连接与开放。
- 三是加强安全管理，通过防火墙、加密技术等建立安全屏障，同时对信息的使用权限、使用流程等进一步规范。
- 四是基于数字资源丰富应用场景，完善数字孪生城市运营模式。
- 要以数字化助推城乡发展和治理模式创新，全面提高运行效率和宜居度；
- 分级分类推进新型智慧城市建设，将物联网感知设施、通信系统等纳入到公共基础设施统一规划建设，推进市政公用设施、建筑等物联网应用和智能化改造；
- 完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，构建城市数据资源体系，推进城市数据大脑建设，探索建筑数字孪生城市。
- 加强顶层设计，确定总体框架，纵向到底，横向到边（就是全面，分层，既能深入到点，也能在高层面上进行统领观察，问题即时锁定，各种高度都能反应出来问题）
- 提供弹性计算，支持各类同源异构数据的即时连接、调度、处理。
- 智慧大厦
- 通过智能楼宇系统完成统一管理，系统集成楼宇自控、环境、监控、停车场、门禁、运维系统
- 对不同来源的告警事件进行集中管理，根据告警设备、告警位置、告警事件等进行告警的智能化分析，辅助快速故障定位和排查
- 通过三维可视化技术对园区内的主要设施设备进行三维建模，可基于三维化的设备查看大厦信息
- 通过多维统计分析，挖掘数据背后价值，提前发现园区运营的问题，做出预测
- 数字城市技术架构
- 《智慧城市云平台数据共享》
- 将系统根据不同需要划分为三个区域（政务、互联网、专网），网络上各自采用单独的虚拟私有网络。
- 网络设备通过双机堆叠实现冗余备份。
- 数据仓库选用MPP架构且可支持节点扩展的关系型数据库,使用 Greenplum数据库作为数据仓库。共使用4台服务器,1台作为主节点（处理数据的相关请求，生成sql计划并交给数据节点处理）,3台作为数据节点
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