数字孪生在新型智慧城市建设中的应用都有哪些？

数字孪生在新型智慧城市建设中可以进行数字孪生流域建设、数字孪生排水管网、数字孪生桥梁防撞指挥等应用场景，进行数字化、精细化、可视化管理。

一、数字孪生流域政策环境：

2021年12月23日水利部召开推进数字孪生流域建设工作会议，水利部部长李国英提出：“数字孪生流域是以物理流域为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理流域全要素和水利治理管理全过程的数字化映射、智能化模拟，实现与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化”，同时强调以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，以算据、算法、算力建设为支撑，加快推进数字孪生流域建设，实现预报、预警、预演、预案功能。

二、水利信息化发展现状：

①透彻感知能力不足：

水利感知的覆盖范围和要素不全，对于水文信息、环境信息、工程信息等方面的监测能力已经不能满足现有业务发展和管理需要，虽然现在能够通过地面、水上、航空、航天等技术与设备进行信息采集工作，但整体智能化水平仍处于相对较低的程度。对于将要建设的数字孪生流域体系要求仍有较大的距离，物联网技术与设备也没有得到充分的利用，且通信基础能力较为薄弱，在网络带宽、应急措施方面均有不足。

②信息基础设施“算力”欠缺：

现有水利业务网中，仅有6个省（自治区）的水利业务网能够通达到乡镇级水利单位，对于工程管理单位来说联通率更低，严重阻碍了水利业务应用“三级部署、多级应用”的发展原则。骨干网络不能满足现有数据传输、服务调用的需要。面对现在越来越多的影像、图像等数据的快速增长，缺乏大数据处理、云计算与数据存储能力。

③信息资源开发利用有待提升：

水利内部信息系统缺乏整合，导致现有水利设施基础信息不全、准确性不高、基础数据不统一、对象代码不统一、数据标准不统一等问题，各类业务和各级部门间存在数据“重采、重存”的现象。同时对所需要的如地质信息等联系紧密的外部信息缺乏共享，联动不足。

④业务应用智能化水平差距较大：

现有水利信息系统中的水利工程、水资源开发、水灾旱灾防御、水土保持等业务均存在业务与信息技术融合不深入，智能化水平不足，对于5G、AI、大数据、物联网等新兴技术未能充分应用，最终导致信息系统对业务发展支撑能力薄弱的问题。

三、水利数字孪生，实现物理空间数字化映射与智慧化模拟

广东地空智能科技有限公司协同水利专业机构，在智慧水利领域进行了相关的钻研和实践，通过感知层抓取实时监测数据，基于全数字测量、大数据、云计算、地理信息、三维虚拟模型、人工智能、区块链等十余项高新技术，整合水利各项基础数据，以水利时空数据为重点研究对象，聚焦于水利数据的管理、展示与分析，对水利空间进行精细、全面、动态的模拟，构建水利业务横向共享、纵向联动，以此实现各级水利部门间信息联通，真正打通涉水信息孤岛，打破涉水业务分割，为管理者进行安全分析评估、工程运维管理、防汛调度管理、综合展示等提供可视化的便捷支持。数字孪生水利信息化监管平台集成数字孪生流域管理系统、数字孪生模拟仿真系统和数字孪生知识服务系统三大系统，融合与汇聚了多源数据，建立全时空、多维度、多粒度的水利全时空资源池，实现水利数据资产的一体化管理；一方面升级与拓展水利一张图，建设基础数据统一、 监测数据汇集、 二三维一体化、三级协同贯通的数字底板，提供水利场景的高保真、高稳定、高质量模拟仿真；另一方面集成耦合多维多时空尺度的水利专业模型和AI智能模型，提供集分析-模拟-表达-决策于一体的“四预”能力，为“2+N”业务提供智慧化服务。

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数字孪生水利信息化监管平台聚焦数字孪生，以物理流域为单元，以水利时空数据为底座，以流域数据集成和可视化、水利模拟仿真为核心，以水利知识为驱动，运用物联网、大数据、人工智能、虚拟仿真等技术，实现物理空间内全域、全要素、全过程的数字化映射与智慧化模拟，支撑水利精准化决策。

四、整合数据，搭建数字孪生水利大数据中心：

基于水利行业相关的数据标准与规范，梳理水利数据资源目录，接入并整合多时空、多粒度、多维度水利数据，包括基础地理空间数据、业务管理数据、监测感知数据、跨行业共享数据等，经标准化处理，形成数字孪生水利大数据中心，为用户提供统一标准的数据服务。

五、分类入库，形成水利时空大数据全景图：

分类融合与汇聚多时空、多粒度、多维度水利数据，构建标准一致的水利数据资源池，形成水利时空大数据全景图，为用户提供全方位、多时空、多粒度的全时空数据资源服务。

子系统一：数字孪生流域管理系统

数字孪生流域管理系统是数字孪生水利信息化监管平台的基础，主要是建设数据底板，为模拟仿真、知识服务提供海量数据支撑。系统构筑统一门户，接入多源水利时空数据，打破数据壁垒，实现数据统一管理；建立物理空间到数字空间的虚拟映射,构建水利时空全景一张图；综合运用物联网、云计算、大数据、人工智能、地理信息等新型信息化技术手段，提供海量数据分析能力，实现对水利空间的精细、全面、动态模拟，为精细化管理提供支撑。

①多源异构数据接入，实现数据统一管理

②“物理-数字”全映射，形成水利资源“一张图”：

③软、硬件加持，助力海量数据分析：

子系统二：数字孪生模拟仿真系统

数字孪生模拟仿真系统是数字孪生流域管理系统的升级，主要是提供高保真、低延时、高稳定的三维可视化场景，为提供细化、量化、动态、直观的计算分析提供支撑。系统基于大场景高效率图形可视化技术，借助轻量化+webp+块存储+子域等一系列技术，提升整体加载效率与浏览流畅度，实现多源、多维度、多粒度数据的高保真、高质量空间化表达与仿真建模。

子系统三：数字孪生知识服务系统

数字孪生知识服务系统是数字孪生水利信息化监管平台的核心内容与最终目标，主要是集成耦合多维多时空尺度的数据模型，提供“四预”能力。系统在共享水利部本级、流域管理机构各类计算模型与计算成果的基础上，按需构建水利专业模型、人工智能模型和水利知识模型，形成数字孪生水利模型库，提供工程调度、安全监测、知识挖掘等智慧化服务，实现“预报、预警、预演、预案”功能的综合决策指挥。

①集成水利专业模型，推进水利精准模拟：

聚焦智慧水利与空间智能领域，广东地空智能科技有限公司致力于打造专业的水文-水动力-水质耦合模型，支撑流域、区域的防洪抗旱、水资源水环境的调度管理、智慧城市的防洪排涝与水环境治理、大江大河的水污染应急调度指挥等，推进水利精准化模拟与分析。

②引入AI智能模型，助力水利智慧决策：

利用遥感AI、视频AI等技术，对遥感影像进行自动解译和加工处理，对雨水情、工情、险情、旱情、水土流失、水质水环境、非法采砂、水域岸线占用等实现大尺度的动态监测预警，提升水利安全监测能力。

③建立水利知识模型，支撑水利知识服务：

以模型库、知识库为驱动，快速分析研判，优化完善应急方案，配合人员终端信息交互，为单位内部以及与流域管理机构、水利部的异地多方会商、相关人力、物力资源应急调度指挥等提供支撑。

物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

互联网是由多个计算机网络相互连接而成，而不论采用何种协议与技术的网络。

而通信网是指在分处异地的用户之间传递信息的系统。属于电磁系统的也称电信网。是构成多个用户相互通信的多个电信系统互连的通信体系，是人类实现远距离通信的重要基础设施，利用电缆、无线、光纤或者其它电磁系统，传送、发射和接收标识、文字、图像、声音或其它信号。

我觉得，你是把这几个概念与“三网融合”混淆了。

同时，在物联网中，也分为三个层次感知层，网络层，应用层。

2010年8月26日,深圳经济特区成立30周年。这个拥有约900万常住人口、生产总值超过8000亿元的城市,在30年前仅仅是一个边陲小镇,只有26万人口、7辆汽车和2条水泥路。深圳的快速发展离不开地处改革开放前沿的深圳海关的支持,目前,深圳海关旅检业务占全国55%,加工贸易监管占全国1/5,快件监管业务占全国1/3,税收征管约占全国9%,运输工具监管约占全国70%。深圳口岸是全国最繁忙的主要口岸,深圳海关也是全国任务最繁重的海关之一。

“敢为天下先”的锐意创新精神,雕琢着深圳的巨变。新形势下,当热遍全国的物联网概念逐步寻求落地时,深圳海关正成为海关总署物联网应用的示范单位。

自动核放 5秒钟通关

深圳皇岗口岸,是全中国最大的公路口岸,素有“亚洲第一陆路口岸”之称。进出境车辆高峰时一天接近4万辆次,包括本地清关车、集中报关车、转关车、大小客车等。可是让记者感到吃惊的是,皇岗口岸并不像想象中那样车水马龙,堵塞不堪。上午10点,这里的进出关车辆并没发生排队现象,而且每条车道上,都没有工作人员值守,而是由系统对车辆自动核准出入。看似简单的抬杆、通行过程,背后是什么在支撑呢
深圳海关原副总工程师程仰贤告诉记者:“2002年深圳海关把自动感应技术和互联网技术相结合,全面应用了自动核放系统,把以前每辆车通道上平均的通关时间由2分钟缩减到了5~6秒钟。以前通道上由于人工收单、录入核单、盖章,通关车辆动不动就堵上2~3公里。自从实施了自动核放系统以后,堵车现象消失了。”现在程仰贤和他的同事们的手机24小时处于开机状态,一旦运行监控系统检测出问题就会告警进行短信通知,技术人员就会立即处理。从服务器、存储系统、网络系统到应用系统、数据交换系统的各种故障,大都能得到及时解决,使技术故障对通关业务的影响大大降低。
相关人员向记者介绍,抬杆放行这一个简单动作,后面的支撑技术却不少――公路口岸车辆自动核放系统主要应用RFID射频识别技术,集成了电子车牌、司机识别卡、电子地磅、电子栏杆、地感线圈、红绿信号灯、声音报警、LED显示、防闯关路障、红外感应、GPS和电子关锁通信设备等多项数据采集传感器和末端设备。
正是依靠多种技术的综合应用,才实现了在海关关员的监控下对进出境车辆进行自动、快速地验放。并且这些感应得来的数据真正进入了业务系统,参与判别与决策,做到了不仅有“感”,还有“知”。例如,电子车牌自动识别系统采集、识别进出境车辆的资料数据,登记进出境记录;司机卡自动识别系统采集、识别司机身份的资料数据;电子地磅的作用则是在车辆经过通道时,采集车辆和货物的重量,并与申报数据进行对碰;如果上述几个判别结果都符合条件,那么电子闸门被打开,若车辆数据异常或受布控的车辆经过时,报警器会发出鸣叫。
记者在皇岗口岸的海关监控室看到,屏幕上不断显示出各个通道通行车辆的信息,除了正常车辆外,还会在窗口下部显示车辆查控情况,比如“货物总重量申报不符”、“该车获控”等信息。据了解,有的车辆为了逃避关税,在入关时,装载的货物远多于申报的货物;而在出关时,为了享受出口退税的政策,又会使申报货物数量多于实际数量。如何快速查验这些情况除了采取开箱抽查外,通过电子地磅大致称出其重量也是种快速比对方式。此外,系统的风险分析数据库会将一些经常有问题的车辆或公司的车号提取出来,当这些车通关时,将获布控被抽查,这样就将风险分析前置,使信息与物流监控高度融合。
据工作人员介绍,目前全关的公路、海运、特殊监管区域、内陆车场卡口在运行通道累计339条,7×24小时不间断验放。其中,公路口岸自动核放系统日均验放进出境车辆4万辆次以上,电子车牌发放数量47万张,司机识别卡超过6万张。

电子关锁 RFID是 “心脏”

在自动核放出入境的车辆中,记者发现一类特殊的车辆,它们的尾部挂着一把电子关锁,其外形跟正常的锁类似,只是形体较大。但是据程仰贤介绍,这是内部带有RFID芯片的电子锁。
现行海关转关直通货物监管主要采用传统的一次性铅封方式,以排队领封、人工 *** 作、肉眼识别等方式对集装箱进行机械施封、验封、解封,运行成本高、安全性低。这种监管方式 *** 作效率低,远远不能满足海关大密度、高强度业务流量的监管要求。
2009年6月30日,按照广东分署的统一部署,深圳海关辖下的盐田港与黄埔海关辖下的车检场在广东省内率先正式启用电子关锁卡口联网,两地卡口联网试点车辆逐步推广使用电子关锁。
电子关锁的外形就像正常的锁,也为司机配有钥匙,司机将锁安置在车门或集装箱门上以后,通关时如果数据核对成功,当关员发送放行指令,过通道时卡口系统发出施封指令,电子关锁的RFID感应到这些信号以后则自动施封。电子关锁坚固耐用、防伪性强,属于机械与电子双重锁闭,具有机械锁定、电子施封双重功能。电子关锁作为无线终端,主要实现信息存储、无线通信、机构控制、状态监测等功能。
“电子关锁卡口联网的主要业务模式是国内海运转关,大鹏海关作为口岸海关,使用总署版卡口控制与联网系统。”程仰贤介绍说,在深圳盐田港,卡口系统自动对电子关锁验封、解封,无需耗费大量人力;试点车辆的《司机薄》不用经过海关批注、盖章,节省了《司机薄》流转的时间和成本。记者了解到,目前参与电子关锁卡口联网试点的车辆约4000多辆,从2009年6月30日到2010年7月31日,参与电子关锁卡口联网试点的车次累计超过17万辆次,目前电子关锁卡口联网试点车辆日均800车次以上。电子关锁卡口联网应用之前,每辆车平均每天只能跑一趟,现在每辆车平均每天可以跑15趟,效率提高了50%。
记者在皇岗口岸看到,一些司机仍然在监管场所排队购买铅封锁,售价大概10元钱一个,是需要等待关员手工施封验封的,这类锁无法保证通关车辆在全过程不被开启,而且容易被仿效。程仰贤介绍说:“现在铅封锁与电子关锁并存,电子关锁可以使每车次时间节省30分钟到1个小时,售价也不贵,还可以大大提高通关效率,未来有替代传统锁的趋势。由于卡口验放自动化程度高,海关允许车辆24小时通关,深受一些快件企业的欢迎。”联邦快递、EMS等都装备了电子关锁。据了解,为了使电子关锁行遍各个口岸,近期海关总署正在组织标准制定工作。
目前,电子关锁已经成为跨境快速通关的核心支撑技术。
现实工作中,当从事跨境公路货物运输业务的承运人或代理人,在车辆进境前或出口货物报关单申报前,向出境地或启运地海关申报载货清单电子数据,海关应用电子关锁和GPS卫星定位等监控手段进行途中监控,如果有人试图开启电子关锁或集装箱离开车体,报警信号会通过车载设备传给监控中心,这样就能对车辆及其所载货物进行实时监控。
据了解,跨境快速通关于2007年8月启运,截至2010年8月,共开展了46万车次的应用,使深圳海关成为大通关链条中最快捷、最方便的一环。目前跨境快速通关主要应用于香港、澳门到全国海关货运、快件监管,业务量日均140车次左右。

物联网充当前海湾保税区“保镖”

2010年8月19日,是深圳前海湾保税港区封关运作一周年的日子,截至2010年8月,码头吞吐量已近180万标箱,进出口总值约46亿美元,海关监管货运量155万吨,审核各类报关单证11万份,上缴税款54亿元人民币。深圳前海湾保税港区是海关特殊监管区域,用地面积1174平方公里,包括深圳招商局海运物流有限公司全部用地,妈湾港5、6、7号泊位及堆场。但是,特殊监管场所之间的物流调拨监控问题一度困扰着保税港区。
在2009年前海湾保税港区建设时,由于特殊的地域限制,保税园区与保税港区之间需经过社会道路,无法实现封闭围网。这个时候,深圳海关通过综合运用电子关锁、GPS、CCTV(闭路电视监控系统)等技术手段实现了区域间的物流严密监控,建立起了电子围网。
在蛇口海关的监控中心里,记者看到一整面显示大屏,工作人员通过它实时、动态地监控着调拨物流的状态。监管场所之间的物流调拨均由调拨卡口进行验放,系统联动了集装箱自动识别系统、CCTV视频监控系统、GPS监控系统等相关系统,形成一个虚拟的电子闭合通道,目前日均调拨量约1100多车次。
蛇口各码头与集中查验场之间、蛇口各大码头之间的调拨业务备案车辆在200部左右,日均调拨量约600车次。“特殊场所之间物流调拨应用的实现,简化了海关转关手续,也加强了对货物流转的监管。”程仰贤说。
此外,盐田、蛇口港还与英国、荷兰开展了智能集装箱的安全智能贸易试点,在集装箱上加装RFID电子标签和电子封志,结合GPS,在集装箱状态发生变化时可将信息传输到货主或海关系统上。

平台动“大手术”实现物联网进阶

深圳海关在物联网应用上走在了前面,可是他们也最先遇到了发展阶段的难题。
“深圳海关物联网应用起步较早,1996年下半年采用瑞典有源射频识别电子标签制作电子车牌,在深圳的皇岗海关,以4条空车通道进行试用,获得了成功。”程仰贤回忆说,“从1999年开始,我们改用美国无源RFID技术研发海关卡口自动核放系统。到现在已经有4方面的应用与物联网相关。”即前文介绍过的公路口岸车辆自动核放系统应用、跨境快速通关应用、电子关锁卡口控制与联网应用、特殊监管场所之间的物流调拨应用。深圳海关当之无愧成为物联网应用的先行者。
然而,“先行者”的烦恼接踵而至。随着物联网传感技术的发展,越来越多的末端传感设备进入深圳海关信息系统,如何让这些设备更好地联动起来仅仅靠原有系统是无法满足要求的,深圳海关技术处软件开发科科长李小绵深有感触:“物联网必须要与业务系统相融合,才能发挥优势。但现在往往新增一个传感功能,就得涉及很多程序改动。多种传感设备的引入,对IT系统架构提出了新的要求,现有的架构是10年前设计的,显然有些过时了。”
在这样的困扰下,深圳海关下决心对系统“动大手术”,采用一种新的OSGI(开放服务网关)框架,它具有标准化、模块化和动态化的特点。OSGI服务平台提供在多种网络设备上无需重启的动态改变构造的功能,为了最小化耦合度和促使这些耦合度可管理,OSGi技术提供了一种面向服务的架构,它能使这些组件动态地发现对方。程仰贤介绍说:“别看系统改造前后,功能是一样的,前台几乎不会有任何感觉,但是后台却是连架构都更新了。”这种“暗度陈仓”的改动,着实给深圳海关技术处出了道难题。
目前深圳海关物联网应用中传感和控制设备种类很多,有十六、七种设备,几十种类型,集成难度可想而知。据李小绵介绍,目前系统正在开发阶段,这是深圳海关承接的署级项目,准备2011年上半年完成开发与测试,下半年部署,届时深圳海关339条通道都将进行切换。今后新增各种物联传感设备时,仅需遵循统一标准即可灵活接入,各种新业务也可以通过热插拔的方式动态增加。“所有的程序都是由深圳海关技术处自己组织、控制开发的,没有外包给别的公司。”程仰贤介绍说,“海关业务特殊,需要自主开发,不依赖于任何一家公司,以保证系统的可靠性和安全性。”如果碰到一些项目实在人手不够,会很有限度地借助一些外面的力量。
在新的历史节点,深圳海关不断完善整合各项业务,优化通关环境,而信息系统在深圳海关的地位已经无法替代了,不断与业务的融合,才能发掘出更加高效的工作方式,助推深圳产业结构不断转型升级,为深圳实现新跨越做出新的更大贡献。

采访手记 要“感”更要“知”

物联网发挥作用,除了传感器感应获取信息外,更重要的是后台的分析系统。这并不是短时间能够见成效的。程仰贤在海关技术处工作了28年,他回忆起自己1982年刚刚来到深圳海关时,都是自己动手用汇编语言写程序,敢于尝鲜、自给自足是深圳海关技术处的特点,所有的系统都是由自己人动手开发,维护,这对于100多人的班子来说并不轻松。而且随着业务系统对信息化的需求越来越大,压力也随之增加。目前除了跟物联网紧密相关的通关类业务外,技术处还开发了政务类系统、风险分析类系统和对外服务类系统。
深圳海关自主研发的智能布控系统就是建立在感知层之上的决策应用。智能布控系统是以风险管理部门建立的风险指标体系为支撑,按照设定的数学模型,对海量历史数据进行风险分析运算,筛选出高风险对象,对卡口自动核放系统直接下达布控指令,被控对象到达卡口时即行报警,由海关人员实施查验,非布控对象则可快速通关。物联网的这种应用,既加强了海关监管,又提高了通关效率。
物联网要真正发挥作用,就不能流于形式,一定得深度融合进业务系统。怎样鉴别物联网是花瓶还是饭碗看看业务数据是否流淌其中,还需要从“感”到“知”的畅通。(文/许泳)

智慧政务应用

1、通过政务云、政务数据交换平台及完善的政务信息资源目录体系，实现跨部门的信息共享与资源整合，建立一体化的政务资源体系。

2、通过整合政府门户网站、呼叫中心等相关政务服务资源，实现政府、企业和公众随时随地通过互联网、电话、移动终端等多种渠道获取一致与整合的政务服务。

3、通过资源共享及流程整合，完善政务服务监管渠道，为企业、社会其它机构和公众等提供一站式服务，实现足不出户就可以随时随地办理相关业务。

4、通过建立完善的信息采集系统，利用强大的数据挖掘、加工处理等海量数据计算手段，以及科学的智能分析协同决策系统，实现政府科学、智能决策等。

智慧物流应用

多元化的数据采集、感知技术。基于物联网的智慧物流，面对的是形式多样、信息关系异常复杂的各类数据，多元化的数据采集、感知技术，为智慧物流提供了几本的技术支撑。

泛在网络支撑下可靠的数据传输技术。随着物联网的发展，泛在网络将成为信息通讯网络的基础设施，在于其它网络融合的基础上，提供给智慧物流可靠的数据传输技术，为人们准确的提供各类信息。

基于海量信息资源的智慧决策、安全保障及管理技术。对物联网海量感知信息的加工处理，是智慧物流进行智慧决策的前提。

智慧交通应用

1、紧急救援系统。当紧急情况发生时，车主按动车上安装的紧急按钮，通过无线通信接通客服中心。客服人员能够通过GPS技术精确定位，将救援送达车主。在救援过程中，客服人员不仅能一直与车主进行在线的交流，而且能够实时调度救援资源，最小化车主的生命财产损失。

2、智能导航系统。现行试用的路线推荐系统能够根据司机需求和实时交通信息，推荐最短路径、时间最优路径，甚至为出租车司机推荐最有可能搭载乘客的路线。

3、动态显示车位占用状态，实时监控整个停车场的使用状况;快速路径算法，引导汽车迅速进入空闲车位。能够统计统计停车场的分时段占用率、每天或使用率，辅助知道停车管理安排。

智慧城市建设是一个始终会伴随着技术的发展不断有新的智慧需要融入城市发展的漫长阶段。因此，智慧城市建设需要建立在彻底数字化城市基础上的发展建设方式、这是智慧城市建设发展规律的客观要求。

扩展资料

中国的智慧城市建设经历了智能交通建设初期的硬件扩张阶段，越来越多的城市管理者意识到‘同质化’的硬件无法解决‘个性化’的城市交通问题。将大数据和人工智能技术应用在各个城市管理和民生服务中，让数据帮助城市来做思考和决策。智慧城市简单来说就是解决人民生活最关心的四个字：衣食住行。

智慧城市建设从一个高大上的概念越来越接地气地走进人们的日常生活中，让我们体会到各种智能系统给生活带来的方便，比如去政府办事再也不用跑那么多趟了。

很多时候只要网上提交一些资料就可以了，还有出行的时候可以选择智能交通系统，避开拥堵路段。其实生活中还有很多智能系统都用到了物联网技术，下面就给大家盘点一下这个技术在智慧城市建设中的应用。

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