近期，由軟通智慧牽頭編制的《數(shù)字孿生城市仿真推演系統(tǒng)功能要求》（T/ZGCSC 005—2022），經(jīng)中關(guān)村智慧城市產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟批準發(fā)布，自2022年11月4日起正式實施。

該標準共聯(lián)合中國雄安集團數(shù)字城市科技有限公司、北京市科學技術(shù)研究院資源環(huán)境研究所、北京航空航天大學、中國科學院地理科學與資源研究所、太極計算機股份有限公司、中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司智能城市研究院、廣聯(lián)達科技股份有限公司、天津智誠智慧城市運營管理有限公司、復旦大學、北京天耀宏圖科技有限公司等20多家數(shù)字孿生城市仿真推演、地理信息領(lǐng)域的企業(yè)、高校、科研院所共同編制。

(相關(guān)資料圖)

標準發(fā)布公告

01標準主要內(nèi)容

本標準依托國家重點研發(fā)計劃課題《基于全域時空信息的智能城市混合現(xiàn)實及推演技術(shù)》，結(jié)合數(shù)字孿生城市項目實踐及仿真推演應用，立足城市多維管控、城市排水防澇、城市通風廊道、城市生態(tài)補水等城市規(guī)劃建設(shè)管理業(yè)務(wù)需求，確立了數(shù)字孿生城市仿真推演系統(tǒng)的功能框架，規(guī)定了數(shù)據(jù)管理、分析建模、仿真預測、服務(wù)管理、系統(tǒng)管理、安全管理、接口等功能要求，適用于數(shù)字孿生城市仿真推演系統(tǒng)功能的設(shè)計和開發(fā)。

02系統(tǒng)功能框架

仿真推演系統(tǒng)以仿真云環(huán)境、高性能計算、ICT基礎(chǔ)設(shè)施等為支撐，保證流暢度與穩(wěn)定性，與其他數(shù)據(jù)資源平臺保持互聯(lián)互通和交互協(xié)作，為城市多維管控、城市排水防澇、城市通風廊道、城市生態(tài)補水等城市規(guī)劃建設(shè)管理業(yè)務(wù)應用提供仿真推演服務(wù)。

數(shù)字孿生城市仿真推演系統(tǒng)功能框架圖

03標準核心亮點

1、定義數(shù)字孿生城市仿真推演術(shù)語

面向城市規(guī)劃建設(shè)管理業(yè)務(wù)需求，構(gòu)建仿真推演數(shù)據(jù)模型和計算模型，實現(xiàn)數(shù)字孿生城市仿真對象的模擬復現(xiàn)及其未來運行規(guī)律狀態(tài)的推測演變的方法。

2、提出仿真推演數(shù)據(jù)模型構(gòu)建方法

采用要素概化方法，對地理信息要素的幾何形狀進行簡化和平滑處理，保留其屬性和拓撲信息，構(gòu)建以立體、網(wǎng)格、通道、節(jié)點及其組合表征的數(shù)據(jù)模型。

a)體狀要素概化

對具有體狀特征的地理信息要素（建筑物、構(gòu)筑物等）分別概化為立體元素，以方體、圓柱體、球體、棱柱或其組合來表征。

b)面狀要素概化

對具有面狀特征的地理信息要素分別概化為網(wǎng)格元素，以規(guī)則或不規(guī)則的三邊形、四邊形和五邊形網(wǎng)格來表征；對網(wǎng)格元素進行屬性賦值，如網(wǎng)格序號、網(wǎng)格類型（河道型、湖泊型等）、網(wǎng)格內(nèi)地物高程（地形、下凹式立交橋、地下通道、洼地等）、網(wǎng)格內(nèi)地物糙率、網(wǎng)格內(nèi)地物徑流系數(shù)、網(wǎng)格建筑面積修正率、網(wǎng)格邊數(shù)等。

c)線狀要素概化

對具有線狀特征的地理信息要素分別概化為通道元素，以多段線來表征；對通道元素進行屬性賦值，如通道序號、通道類型（陸地型、河道型、有堤型等）、通道等級、通道高程和長寬、通道管徑管長和底高、通道初始水深等。

d)點狀要素概化

對具有點狀特征的地理信息要素分別概化為節(jié)點元素，以點來表征；對節(jié)點元素進行屬性賦值，如節(jié)點序號、節(jié)點類型（泵站、閘門、排水口等）、節(jié)點泵站的收水運行規(guī)則、節(jié)點泵站的收水強度和收水半徑、節(jié)點閘門的排水能力、節(jié)點閘門的排水方向及啟閉狀態(tài)等。

3、明確仿真推演計算模型管理思路

計算模型管理包括計算模型集成、計算模型建立、計算模型驗證、計算模型調(diào)用。

a)計算模型集成

支持物理驅(qū)動模型、數(shù)據(jù)驅(qū)動模型、物理和數(shù)據(jù)融合模型的集成，如SWMM、EFDC、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、多圖分級路網(wǎng)表征學習模型、指揮調(diào)度機制模型等。

b)計算模型建立

根據(jù)數(shù)據(jù)精度、有效性、覆蓋范圍等信息建立計算模型；根據(jù)物理和數(shù)據(jù)驅(qū)動機制、實踐經(jīng)驗等信息確定計算模型結(jié)構(gòu)；根據(jù)訓練集對計算模型參數(shù)進行率定，實現(xiàn)模型建立。

c)計算模型驗證

根據(jù)驗證集對計算模型的穩(wěn)定性、可靠性等信息進行驗證；根據(jù)驗證結(jié)果對計算模型結(jié)構(gòu)、參數(shù)進行調(diào)整，實現(xiàn)模型優(yōu)化。

d)計算模型調(diào)用

支持計算模型導入、導出、發(fā)布和更新；支持主流仿真工具的集成調(diào)用，包括但不限于流體仿真軟件、OpenFOAM等。

4、確定仿真推演任務(wù)執(zhí)行流程

推演任務(wù)管理包括項目管理和任務(wù)管理，支撐計算模型管理、參數(shù)條件設(shè)定、推演結(jié)果驗證等，實現(xiàn)仿真推演任務(wù)執(zhí)行。

a)項目管理

支持項目新建、刪除、修改和查看等；支持同一項目內(nèi)多個仿真推演任務(wù)的管理。

b)任務(wù)管理

支持任務(wù)新建、刪除、修改和查看等；支持任務(wù)啟動、暫停、終止和編排等；支持數(shù)據(jù)模型、計算模型加載、參數(shù)條件設(shè)定、推演結(jié)果驗證；支持權(quán)限范圍內(nèi)的多用戶在線協(xié)作仿真任務(wù)管理；支持物聯(lián)感知數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)在線數(shù)據(jù)實時驅(qū)動仿真任務(wù)執(zhí)行，實現(xiàn)對最新數(shù)據(jù)信息的快速響應。

04標準實施意義

本標準是城市數(shù)字孿生標準體系的重要組成部分。《數(shù)字孿生城市仿真推演系統(tǒng)功能要求》的發(fā)布與實施，將有助于城市規(guī)劃建設(shè)管理業(yè)務(wù)仿真推演系統(tǒng)的標準化、快速化研發(fā)，豐富仿真推演方法體系，引導行業(yè)共識仿真推演內(nèi)涵，助力數(shù)字孿生仿真推演技術(shù)落地，提升城市治理服務(wù)成效。

05標準引領(lǐng)，推動落地驗證

目前正積極推進《數(shù)字孿生城市仿真推演系統(tǒng)功能要求》標準的實踐驗證，已在雄安新區(qū)、湖北武漢、北京海淀等地區(qū)落地應用。

1、雄安新區(qū)容東數(shù)字孿生交互沙盤

依托國家重點研發(fā)計劃課題《基于全域時空信息的智能城市混合現(xiàn)實及推演技術(shù)》，利用數(shù)字孿生城市級精準映射、物聯(lián)設(shè)備實時接入、數(shù)據(jù)融合及混合現(xiàn)實交互等技術(shù)，融合城市多維時空仿真推演平臺，構(gòu)建雄安新區(qū)容東數(shù)字孿生交互沙盤系統(tǒng)，為城市規(guī)劃建設(shè)管理提供決策支持。

雄安新區(qū)容東數(shù)字孿生交互沙盤

2、湖北武漢城市排水防澇仿真推演

通過對武漢排水防澇地理信息要素概化，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，采用仿真推演任務(wù)執(zhí)行流程，加載排水防澇計算模型，設(shè)定計算區(qū)域范圍、起止時間、步長等參數(shù)，結(jié)合降雨量時間序列條件，實現(xiàn)排水防澇動態(tài)模擬仿真。基于實際調(diào)查、監(jiān)測成果等數(shù)據(jù)對仿真推演結(jié)果進行驗證。系統(tǒng)可對不同排水方案的排水效果進行對比，識別嚴重內(nèi)澇、輕微內(nèi)澇、輕微積水三個等級風險區(qū)，輔助排水防澇現(xiàn)狀評估、風險預警及設(shè)施規(guī)劃。

湖北武漢城市排水防澇仿真推演

3、北京海淀生態(tài)循環(huán)補水仿真推演

運用數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建補水管線及河道溝渠地理信息、物聯(lián)設(shè)備信息等數(shù)據(jù)模型，根據(jù)高效節(jié)能的補水調(diào)度策略，確定仿真推演邊界條件，結(jié)合泵站、閥門開關(guān)控制、流量計、攝像頭的實時監(jiān)測信息，采用仿真推演任務(wù)執(zhí)行流程，加載補水計算模型，實現(xiàn)智能、安全可控的數(shù)字孿生生態(tài)循環(huán)補水仿真，科技助力水網(wǎng)設(shè)施功能提升、生態(tài)循環(huán)補水降本增效。

北京海淀生態(tài)循環(huán)補水仿真推演

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