数字孪生技术协助信息物理系统构建数字化城市.docx

数字孪生城市的理论基础源于信息物理系统(CyberPhysicalSystems，CPS)和数字孪生（DigitalTwin，DT）。信息物理系统是集计算、通信与操控于一体的新一代智能系统。信息物理系统利用人机交互接口实现和物理进程的信息交互，运用网络化空间远程、可靠、实时、安全、协作方式操控物理实体。数字孪生是充分运用物理模型、传感器更新、运作历史等数据信息，集成化多物理量、多尺度、多概率进行仿真模拟，在虚拟空间中完成映射，进而呈现相对应的实体的生命周期全过程。 数字孪生技术与信息物理系统（CPS）在构建数字化城市中的作用日益凸显。信息物理系统是一种融合计算、通信和控制的智能系统，通过人机交互接口与物理过程交互，利用网络实现对物理实体的远程、可靠、实时、安全和协作控制。这种新一代智能系统为城市的精细化管理提供了可能。 数字孪生技术则是基于物理模型、传感器数据和运行历史，通过集成多物理量、多尺度和多概率的仿真模拟，在虚拟空间中创建物理实体的镜像，反映其全生命周期。数字孪生的核心在于数据驱动的控制，它在CPS的基础上更注重数据和模型的整合，推动管理与技术的深度融合，为智慧城市的建设和治理提供了新的理论基础和实践范式。 数字孪生城市将城市规划、建设与治理融为一体，形成“一张图”式的规划基础建设和“一盘棋”式的综合治理。它通过数字孪生-X系统（如数字孪生城市、社区等）实现城市服务的一站式设计。城市数字孪生系统由物理孪生体和数字孪生体组成，两者通过数据信息连接，形成信息物理系统的集成，实现城市虚实之间的知识交互与迭代优化。 城市仿真模拟与控制系统是数字孪生城市的关键，涉及系统仿真、自动控制和系统集成等技术，目标是实现对物理城市全生命周期的综合指导和动态优化。当前的技术挑战在于如何深度融合泛在物联感知和复杂自动化控制系统，以及三维可视化模型空间的实时协同控制。 数字孪生城市的建设遵循“理论-技术-管理-应用”四位一体的“DT四范式”。理论层面上，多尺度数字孪生理论指导系统架构设计，从设备级到复杂巨系统级构建多层级的城市模型。技术层面上，开发以数据流和业务流为中心的工业级CIM软件，确保底层通信协议的自主可控、数据安全和业务知识的模型化。 数字孪生技术和信息物理系统在数字化城市中的应用，不仅革新了城市治理的方式，也推动了城市服务的智能化升级，为解决城市复杂问题提供了新的解决方案。未来，随着技术的进一步发展和完善，数字孪生城市将更深入地融入城市管理的各个层面，实现更高效、更智能的运行模式。