一、數(shù)字孿生體發(fā)展綜述
當(dāng)前，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)為代表的數(shù)字浪潮席卷全球，物理世界和與之對應(yīng)的數(shù)字世界正形成兩大體系平行發(fā)展、相互作用。數(shù)字世界為了服務(wù)物理世界而存在，物理世界因?yàn)閿?shù)字世界變得高效有序。在這種背景下，數(shù)字孿生體技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
數(shù)字孿生體最早的概念模型由當(dāng)時的 PLM 咨詢顧問 Michael Grieves博士（現(xiàn)任佛羅里達(dá)理工學(xué)院先進(jìn)制造首席科學(xué)家）于2002年10月在美國制造工程協(xié)會管理論壇上提出。數(shù)字孿生體（Digital Twin)這一名稱最早出現(xiàn)在美國空軍實(shí)驗(yàn)室2009年提出的“機(jī)身數(shù)字孿生體（Airframe Digital Twin)”概念中。2010年，NASA在《建模、 仿真、信息技術(shù)和處理》和《材料、結(jié)構(gòu)、機(jī)械系統(tǒng)和制造》兩份技術(shù)路線圖中直接使用了“數(shù)字孿生體（Digital Twin)”這一名稱。2011年 Michael Grieves 博士在其新書《虛擬完美（Virtually Perfect : Driving Innovative and Lean Products through Product Lifecycle Management)》中引用了NASA先進(jìn)材料和制造領(lǐng)域首席技術(shù)專家John Vickers(現(xiàn)任馬歇爾中心材料與工藝實(shí)驗(yàn)室副主任和NASA國家先進(jìn)制造中心主任）所建議的“數(shù)字孿生體（Digital Twin)”這一名稱，作為其信息鏡像模型的別名。2013年，美國空軍將數(shù)字孿生體和數(shù)字線程作為游戲規(guī)則改變者列入其《全球科技愿景》。
二、數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)
概念模型
基于數(shù)字孿生體的概念模型，并參考GB/T 33474-2016和ISO/IEC 30141:2018兩個物聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)以及ISO 23247（面向制造的數(shù)字孿生系統(tǒng)框架）標(biāo)準(zhǔn)草案，下圖給出了數(shù)字孿生系統(tǒng)的通用參考架構(gòu)。一個典型的數(shù)字孿生系統(tǒng)包括用戶域、數(shù)字孿生體、測量與控制實(shí)體、現(xiàn)實(shí)物理域和跨域功能實(shí)體共五個層次。
通用參考架構(gòu)
第一層（最上層）是使用數(shù)字孿生體的用戶域，包括人、人機(jī)接口、應(yīng)用軟件，以及其他相關(guān)數(shù)字孿生體。
第二層是與物理實(shí)體目標(biāo)對象對應(yīng)的數(shù)字孿生體。它是反映物理對象某一視角特征的數(shù)字模型，并提供建模管理、仿真服務(wù)和孿生共智三類功能。建模管理涉及物理對象的數(shù)字建模與展示、與物理對象模型同步和運(yùn)行管理。仿真服務(wù)包括模型仿真、分析服務(wù)、報(bào)告生成和平臺支持。孿生共智涉及共智孿生體等資源的接口、互操作、在線插拔和安全訪問。建模管理、仿真服務(wù)和孿生共智之間傳遞實(shí)現(xiàn)物理對象的狀態(tài)感知、診斷和預(yù)測所需的信息。
第三層是處于測量控制域、聯(lián)接數(shù)字孿生體和物理實(shí)體的測量與控制實(shí)體，實(shí)現(xiàn)物理對象的狀態(tài)感知和控制功能。
第四層是與數(shù)字孿生體對應(yīng)的物理實(shí)體目標(biāo)對象所處的現(xiàn)實(shí)物理域。測量與控制實(shí)體和現(xiàn)實(shí)物理域之間有測量數(shù)據(jù)流和控制信息流的傳遞。
測量與控制實(shí)體、數(shù)字孿生體以及用戶域之間的數(shù)據(jù)流和信息流動傳遞，需要信息交換、數(shù)據(jù)保證、安全保障等跨域功能實(shí)體的支持。信息交換通過適當(dāng)?shù)膮f(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體之間交換信息。安全保障負(fù)責(zé)數(shù)字孿生系統(tǒng)安保相關(guān)的認(rèn)證、授權(quán)、保密和完整性。數(shù)據(jù)保證與安全保障一起負(fù)責(zé)數(shù)字孿生系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。
三、數(shù)字孿生體成熟度模型
數(shù)字孿生體不僅僅是物理世界的鏡像，也要接受物理世界實(shí)時信息，更要反過來實(shí)時驅(qū)動物理世界，而且進(jìn)化為物理世界的先知、先覺甚至超體。這個演變過程稱為成熟度進(jìn)化，即一個數(shù)字孿生體的生長發(fā)育將經(jīng)歷數(shù)化、互動、先知、先覺和共智等幾個過程。
數(shù)字孿生體成熟度模型
1. 數(shù)化
“數(shù)化”是對物理世界數(shù)字化的過程。這個過程需要將物理對象表達(dá)為計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)所能識別的數(shù)字模型。建模技術(shù)是數(shù)字化的核心技術(shù)之一，例如測繪掃描、幾何建模、網(wǎng)格建模、系統(tǒng)建模、流程建模、組織建模等技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)是“數(shù)化”的另一項(xiàng)核心技術(shù)，將物理世界本身的狀態(tài)變?yōu)榭梢员挥?jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)所能感知、識別和分析。
2. 互動
“互動”主要是指數(shù)字對象間及其與物理對象之間的實(shí)時動態(tài)互動。物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)虛實(shí)之間互動的核心技術(shù)。數(shù)字世界的責(zé)任之一是預(yù)測和優(yōu)化，同時根據(jù)優(yōu)化結(jié)果干預(yù)物理世界，所以需要將指令傳遞到物理世界。物理世界的新狀態(tài)需要實(shí)時傳導(dǎo)到數(shù)字世界，作為數(shù)字世界的新初始值和新邊界條件。另外，這種互動包括數(shù)字對象之間的互動，依靠數(shù)字線程來實(shí)現(xiàn)。
3. 先知
“先知”是指利用仿真技術(shù)對物理世界的動態(tài)預(yù)測。這需要數(shù)字對象不僅表達(dá)物理世界的幾何形狀，更需要在數(shù)字模型中融入物理規(guī)律和機(jī)理。仿真技術(shù)不僅建立物理對象的數(shù)字化模型，還要根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)，通過物理學(xué)規(guī)律和機(jī)理來計(jì)算、分析和預(yù)測物理對象的未來狀態(tài)。這種仿真不是對一個階段或一種現(xiàn)象的仿真，應(yīng)是全周期和全領(lǐng)域的動態(tài)仿真。
4. 先覺
如果說“先知”是依據(jù)物理對象的確定規(guī)律和完整機(jī)理來預(yù)測數(shù)字孿生體的未來，那“先覺”就是依據(jù)不完整的信息和不明確的機(jī)理通過工業(yè)大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來預(yù)感未來。如果要求數(shù)字孿生體越來越智能和智慧，就不應(yīng)局限于人類對物理世界的確定性知識。其實(shí)人類本身就不是完全依賴確定性知識而領(lǐng)悟世界的。
5. 共智
“共智”是通過云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同數(shù)字孿生體之間的智慧交換和共享，其隱含的前提是單個數(shù)字孿生體內(nèi)部各構(gòu)件的智慧首先是共享的。所謂“單個”數(shù)字孿生體是人為定義的范圍，多個數(shù)字孿生單體可以通過“共智”形成更大和更高層次的數(shù)字孿生體，這個數(shù)量和層次可以是無限的。眾多數(shù)字孿生體在“共智”過程中必然存在大量的數(shù)字資產(chǎn)的交易，區(qū)塊鏈則提供了最佳交易機(jī)制。
四、數(shù)字孿生城市的關(guān)鍵技術(shù)
數(shù)字化建模技術(shù)起源于上世紀(jì)50年代。建模的目的是將我們對物理世界或問題的理解進(jìn)行簡化和模型化。而數(shù)字孿生體的目的或本質(zhì)是通過數(shù)字化和模型化，用信息換能量，以更少的能量消除各種物理實(shí)體、特別是復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性。所以建立物理實(shí)體的數(shù)字化模型或信息建模技術(shù)是創(chuàng)建數(shù)字孿生體、實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的源頭和核心技術(shù)，也是“數(shù)化”階段的核心。
其中數(shù)字孿生城市作為面向新型智慧城市的一套復(fù)雜技術(shù)和應(yīng)用體系，多門類技術(shù)集成、多源數(shù)據(jù)整合和各類應(yīng)用平臺功能的打通是建設(shè)成功的關(guān)鍵要素。數(shù)字孿生城市除了數(shù)字孿生體的通用關(guān)鍵技術(shù)外，還有其獨(dú)特的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，簡要介紹如下：
1. 新型測繪
測繪技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了模擬測繪、數(shù)字化測繪和信息化測繪發(fā)展階段。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等空間技術(shù)和信息通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，測繪技術(shù)也逐漸由靠人工進(jìn)行內(nèi)、外業(yè)采集的傳統(tǒng)測繪，發(fā)展到今天的使用衛(wèi)星導(dǎo)航定位、無人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)手段的智能化測繪。
數(shù)字孿生城市的構(gòu)建需要新型智能測繪技術(shù)的強(qiáng)力支撐，在城市時空大數(shù)據(jù)管理、地理監(jiān)測、高精度實(shí)體測繪等方面提出快速測繪和精準(zhǔn)采集的高要求，基于實(shí)景三維的新型智能測繪技術(shù)構(gòu)建的CIM是數(shù)字孿生城市運(yùn)行的主要載體。實(shí)景三維測繪是利用傾斜攝影、全景拍攝和激光雷達(dá)（LiDAR）等技術(shù)，通過多視角圖像匹配、多數(shù)據(jù)融合來真實(shí)展示現(xiàn)實(shí)三維世界的新技術(shù)。其中傾斜攝影測量因其數(shù)據(jù)獲取容易、建?？焖?、紋理真實(shí)，已成為實(shí)景三維構(gòu)建最常用的方式。
基于“城市實(shí)景三維”動態(tài)可視化的實(shí)現(xiàn)，其核心技術(shù)構(gòu)成包括：高精密測量及數(shù)采設(shè)備、領(lǐng)先且主流的測繪方法、快速激光三維建模技術(shù)和高效數(shù)據(jù)處理技術(shù)等：
高精密測量及數(shù)采裝備：包括多視角航攝儀系統(tǒng)、適合直升機(jī)和無人機(jī)平臺的測繪級航攝儀、全譜段多模態(tài)成像光譜儀、高光譜遙感系統(tǒng)、機(jī)載雙頻激光雷達(dá)設(shè)備等；
領(lǐng)先且主流的測繪方法：目前主要是傾斜攝影技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)。傾斜攝影技術(shù)突破了以往三維建模正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、4個傾斜等5個不同的角度采集影像，同時輔助帶坐標(biāo)姿態(tài)信息的室外影像和LiDAR數(shù)據(jù)獲取，改變不具備空間信息的傳統(tǒng)影像拍攝的現(xiàn)狀，并實(shí)現(xiàn)與傾斜攝影影像等多源數(shù)據(jù)的融合。三維激光掃描技術(shù)可大面積高分辨率獲取被測物體表面的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，快速復(fù)建出被測物體的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)；
快速三維激光建模技術(shù)：主要指依托傾斜攝影測量遙感數(shù)據(jù)成果，結(jié)合攝影測量學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法，通過自動化處理流程手段，獲取三維點(diǎn)云、三維模型、真正射影像（TDOM）、數(shù)字表面模型（DSM）等測繪成果的模型構(gòu)建技術(shù)，如激光三維點(diǎn)云建模技術(shù)；
高效數(shù)據(jù)處理技術(shù)：指利用機(jī)器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)算法以及SLAM算法對測繪地理大數(shù)據(jù)進(jìn)行自動識別、數(shù)據(jù)挖掘和三維重建，快速提取地物特征、發(fā)現(xiàn)隱藏在大數(shù)據(jù)中的知識和還原地物模型，結(jié)合充實(shí)各地理實(shí)體的社會經(jīng)濟(jì)屬性，形成多源異構(gòu)且多時態(tài)空間數(shù)據(jù)的多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)。利用移動互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)終端采集的大量實(shí)時動態(tài)非標(biāo)地理信息數(shù)據(jù)和專業(yè)的測繪地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，提高地圖生產(chǎn)效率的移動互聯(lián)及動態(tài)眾包數(shù)據(jù)更新技術(shù)。
基于新型測繪技術(shù)，可一次性獲取大面積的城市建筑物及地形模型，大大降低了測繪工作經(jīng)濟(jì)成本和時間代價，支持城市數(shù)字孿生體模型的高精度和快速構(gòu)建?；谛滦蜏y繪技術(shù)獲取的城市實(shí)景三維數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生城市空間地理框架建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，更是數(shù)字孿生城市時空信息模型空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容。利用這種可量測、真實(shí)、實(shí)體化管理的三維數(shù)據(jù)構(gòu)建的城市信息模型，在數(shù)字孿生城市管理、規(guī)劃、地質(zhì)災(zāi)害、安全保障、城市形象展示等方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用，為政府基于數(shù)據(jù)的治理決策提供技術(shù)支撐，為公眾提供數(shù)字智能化服務(wù)。例如利用城市實(shí)景三維數(shù)據(jù)，在城市公共安全與應(yīng)急反恐等方面，可使指揮決策者看到比正射影像更多的環(huán)境信息，可看到事發(fā)地建筑物側(cè)面的緊急出口，可以進(jìn)行準(zhǔn)確量算，比如計(jì)算通視距離、設(shè)計(jì)制高點(diǎn)和狙擊方案等。這些事發(fā)地周圍的詳細(xì)信息，在城市安防應(yīng)急行動中關(guān)乎人員及財(cái)產(chǎn)的安全，有時甚至能起到?jīng)Q定性的作用。
2. BIM
BIM的全稱是建筑信息模型（Building Information Modeling），它包含了不同專業(yè)的所有信息、功能要求和性能，把一個建筑工程項(xiàng)目的所有信息，包括設(shè)計(jì)過程、施工過程、運(yùn)營管理過程的信息全部整合到一個模型里。
BIM是對包括工程建設(shè)行業(yè)在內(nèi)的多個行業(yè)的工作流程、工作方法的一次重大思索和變革。美國佐治亞技術(shù)學(xué)院建筑與計(jì)算機(jī)專業(yè)的Chuck Eastman博士1975年提出了BIM的概念。在20世紀(jì)70年代末至80年代初，英國也在進(jìn)行類似BIM的研究與開發(fā)工作。當(dāng)時，歐洲習(xí)慣把它稱之為“產(chǎn)品信息模型（Product Information Model）”，而美國通常稱之為“建筑產(chǎn)品信息模型（Building Product Model）”。1986年Robert Aish發(fā)表的一篇論文中，第一次使用“Building Information Modeling”一詞。他在這篇論文中描述了今天我們所知的BIM論點(diǎn)和實(shí)施的相關(guān)技術(shù)，并在該論文中應(yīng)用RUCAPS建筑模型系統(tǒng)分析了一個案例來表達(dá)他的概念。21世紀(jì)前的BIM研究由于受到計(jì)算機(jī)硬件與軟件水平的限制，僅能作為學(xué)術(shù)研究的對象，很難在工程實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮作用。21世紀(jì)后，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件水平的迅速發(fā)展以及對建筑生命周期的深入理解，推動了BIM技術(shù)應(yīng)用的不斷前進(jìn)。
BIM技術(shù)是以三維數(shù)字化為載體，關(guān)聯(lián)整合了城市建筑物設(shè)計(jì)、施工建造、運(yùn)營到拆除等全生命周期各階段空間及語義信息，并同時在各階段得到應(yīng)用，在提高設(shè)計(jì)和建設(shè)質(zhì)量、降低建設(shè)成本、提高生產(chǎn)效率等方面有重要作用。
基于美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)（NBIMS）對BIM技術(shù)的定義，定義由三部分組成：
1）BIM是一個設(shè)施（建設(shè)項(xiàng)目）物理和功能特性的數(shù)字化表達(dá)；
2）BIM是一個共享的知識資源，是一個分享有關(guān)這個設(shè)施的信息，為該設(shè)施從建設(shè)到拆除的全生命期中的所有決策提供可靠依據(jù)的流程；
3）在項(xiàng)目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過在BIM中輸入、提取、更新和修改信息，可以支持各相關(guān)方的協(xié)同作業(yè)。
BIM建筑信息模型的建筑構(gòu)件語義化定義、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及共享應(yīng)用等過程中遵循通用的IFC國際標(biāo)準(zhǔn)。IFC標(biāo)準(zhǔn)使用EXPRESS語言定義，涉及包括建筑控制、消防管道、結(jié)構(gòu)單元、結(jié)構(gòu)分析、供熱通風(fēng)、電氣、結(jié)構(gòu)、施工管理等眾多領(lǐng)域。最新版本的IFC4包含大量的類定義，有775個實(shí)體，418個屬性集，390個數(shù)據(jù)類型。從下往上由資源層、核心層、共享層、領(lǐng)域?qū)?層組成。資源層定義了21類可重復(fù)引用的實(shí)體與類型，如幾何資源、拓?fù)滟Y源、材質(zhì)資源等。核心層定義了4類IFC模型的基本結(jié)構(gòu)、通用概念和基礎(chǔ)關(guān)系。共享層提供了5類通用對象，如建筑元素、管理元素、設(shè)備元素等。領(lǐng)域?qū)佣x了特定的8類專業(yè)領(lǐng)域，如建筑領(lǐng)域、結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域、電氣領(lǐng)域等。在IFC標(biāo)準(zhǔn)中，只允許上層資源引用下層資源，其可保證拓展領(lǐng)域?qū)訒r，下層資源不受影響，有利于IFC架構(gòu)的拓展與穩(wěn)定。
BIM技術(shù)是創(chuàng)建和使用“數(shù)字孿生城市信息模型”（CIM）的基礎(chǔ)工具，例如建設(shè)“智慧建筑”應(yīng)用系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)城市建筑物的能耗監(jiān)測和全生命期的動態(tài)管控。
3. 3D-GIS
3D-GIS是以計(jì)算機(jī)軟件和硬件作為依托，以空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為基礎(chǔ)，對城市三維空間數(shù)據(jù)加以科學(xué)的分析和管理，為決策、規(guī)劃、研究和管理提供逼真信息的一項(xiàng)全新技術(shù)。3D-GIS是隨著計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)的發(fā)展和2D-GIS的成熟，在20世紀(jì)90年代初開始為人們所關(guān)注的。在傳統(tǒng)的GIS領(lǐng)域內(nèi)，信息主要是以二維平面地圖的形式呈現(xiàn)給使用者。這種形式繼承了普通二維地圖顯示的特點(diǎn)，對移動設(shè)備的硬件條件要求較低，數(shù)據(jù)傳輸量較小，但其直觀性和使用體驗(yàn)較差。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，三維可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅猛發(fā)展使得建立3D-GIS成為可能。
城市3D-GIS技術(shù)是將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于城市環(huán)境及資源的仿真，對城市的真實(shí)地形、地上地下景觀進(jìn)行數(shù)字化三維模擬，給用戶提供一個與真實(shí)城市一致的虛擬城市環(huán)境，具有三維瀏覽、三維空間分析、信息檢索、輔助設(shè)計(jì)等功能。3D-GIS是一個綜合性的研究領(lǐng)域，包括了計(jì)算機(jī)圖形、三維可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及三維空間交互與分析等多項(xiàng)技術(shù)。例如最關(guān)鍵的三維可視化技術(shù)就是以三維立體的形式利用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和方法，對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用圖形、圖像的形式，形象而具體地顯示出來，通過將科學(xué)計(jì)算過程及計(jì)算結(jié)果所產(chǎn)生的枯燥數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成直觀的圖形和圖像信息，來仿真人腦映像的構(gòu)造過程，幫助人們洞察數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的關(guān)系和規(guī)律，以支持用戶的判斷和理解。通過交互式的圖形、圖像系統(tǒng)，能便捷地獲得關(guān)于數(shù)據(jù)的直觀、形象、深刻和全面的理解。三維可視化處理的流程包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、幾何變換、選擇光照模型和紋理映射等。
圍繞3D-GIS領(lǐng)域應(yīng)用的研究熱點(diǎn)有三維空間數(shù)據(jù)模型、三維拓?fù)鋽?shù)據(jù)模型、三維空間數(shù)據(jù)庫、三維空間查詢和三維空間可視化等。與2D-GIS相比，3D-GIS技術(shù)利用三維可視化技術(shù)對城市空間地理信息進(jìn)行展現(xiàn)和分析，給人以更為真實(shí)的感受。同時，與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合，可以將城市現(xiàn)實(shí)物理空間環(huán)境中的視、聽、動等行為全方位展現(xiàn)在數(shù)字孿生城市中。同時它具有獨(dú)特的管理復(fù)雜空間對象和空間分析能力。
今天，3D-GIS技術(shù)已經(jīng)深入到城市的各行各業(yè)中，如土地管理、電力、電信、水利、消防、交通以及城市規(guī)劃等的數(shù)字化智能應(yīng)用。
4. CIM
城市信息化經(jīng)歷了“實(shí)體城市→數(shù)字城市→傳統(tǒng)智慧城市→數(shù)字孿生城市”的發(fā)展過程。在完全數(shù)字化的城市基礎(chǔ)上建設(shè)數(shù)字孿生城市，是城市全面智慧化的關(guān)鍵、是實(shí)施新型智慧城市建設(shè)極其重要的戰(zhàn)略步驟。實(shí)現(xiàn)城市徹底數(shù)字化的關(guān)鍵途徑就是三維空間地理信息系統(tǒng)（3D-GIS）與建筑信息模型(BIM)之間的模型整合、數(shù)據(jù)融合和綜合集成應(yīng)用。但是BIM與3D-GIS的融合和集成應(yīng)用并不是簡單的將兩個技術(shù)中的功能直接組合，而是需要建立整合的三維城市信息模型（CIM），對數(shù)據(jù)進(jìn)行有序整合。
CIM是BIM與3D GIS的集成應(yīng)用，是集成實(shí)景三維、BIM、新型街景、GIS、遙感等的新型空間信息技術(shù)手段，是城市空間信息的高度集成和真實(shí)再現(xiàn)，是數(shù)字孿生城市的地理空間信息平臺和大數(shù)據(jù)集成中心。
在CIM構(gòu)筑的過程中，CIM遵循的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)主要是City GML。City GML是一種用于虛擬三維城市模型數(shù)據(jù)交換與存儲的格式，是用以表達(dá)三維城市模板的通用數(shù)據(jù)模型。它定義了城市和區(qū)域中最常見的地表目標(biāo)的類型及相互關(guān)系，并兼顧了目標(biāo)的幾何、拓?fù)?、語義、外觀等方面的屬性，包括專題類型之間的層次、聚合、目標(biāo)間的關(guān)系以及空間屬性等。在尺度表達(dá)上，City GML采用多尺度建模方式，即5個層次細(xì)節(jié)（LoDs）描繪了從城市宏觀場景到建筑物內(nèi)部的不同尺度、不同細(xì)節(jié)的信息。LoD0本質(zhì)上是2.5維的DTM（數(shù)字地面模型）疊加在影像或地圖上的粗糙表達(dá)，包含了建筑物的屋頂平面和底層平面。LoD1是塊模型，建筑物表達(dá)為具備平頂結(jié)構(gòu)的柱形體。LoD2為不同建筑加入了不同的屋頂結(jié)構(gòu)和邊界表面。LoD3為建筑提供了更加詳細(xì)的墻、屋頂結(jié)構(gòu)，甚至門、窗信息。LoD4是對LoD3的進(jìn)一步完善，增加了詳細(xì)的室內(nèi)結(jié)構(gòu)，如家具、樓梯等，具有最詳細(xì)的幾何、語義信息。
CIM及支撐平臺是城市數(shù)字孿生體的信息載體，也是數(shù)字孿生城市的基礎(chǔ)設(shè)施。該技術(shù)可構(gòu)建微觀宏觀一體的、動態(tài)增長的、可支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用的、可更新和可追溯的全方位城市時空信息孿生模型，是實(shí)現(xiàn)城市數(shù)字孿生體資源集中管理與應(yīng)用、信息互通與共享，并保證數(shù)字孿生城市規(guī)劃一張藍(lán)圖的有效性和實(shí)時性的重要工具。
聯(lián)系客服
