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基于三维实景数字孪生生城市解决方案

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经过多年探索，我国在智慧城市建设方面已经有了丰富的

实践经验与理论基础，但对于智慧城市建设的具体路径与方

式，社会各界尚未达成共识。作为空间规划信息化、时空大数

据应用等领域的实践者与探索者，一直致力于探索与我国当前

信息化进程相适应的新型智慧城市建设之路。

针对我国大部分城市信息化进程尚处于智能化前期阶段的

现状，认为：城市大数据的智慧应用与可视化应当是智慧城市

建设的基本前提。

因此，通过数字孪生城市的建设，在虚拟空间再造一个城

市，作为现实城市的映射、镜像、仿真、辅助与实验，可以更

好地实现数字城市向智慧城市的过渡。

一、数字孪生城市建设：满足智慧可视的本质需求

为满足城市创新运营和应用需求，数字孪生城市建设必须

解决时空信息可视化问题。而可视化的本质是要解决用户实际

的业务问题，首先要解决城市管理者和数字孪生城市系统应用

能“看得懂”的问题。三维场景更容易让观者有代入感，能提

升事件处理效率，缩短问题反应时间。对于城市管理者而言，

实现城市基础设施可视化管理、城管部件可视化定位、城市用

地信息可视化监测、城市应急指挥可视化决策等方面，能更好

地满足管理与决策上的高层次应用。对于公众而言，可视化的

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三维实景城市是客观世界的真实写照，不需要公众具有专业知

识来判读理解，能根据实时场景进行问题查询和处理。

基于三维实景建模与城市智能模型（CIM）的数字孪生城市

建设，可利用高精度的三维实景模型为智慧城市时空大数据平

台提供全过程的可视化支撑，利用城市智能模型（CIM）通过生

动准确描述实体单元并融合城市地理实体的动态信息来支撑智

慧城市各类应用，从而真正意义上实现智慧城市建设的智慧可

视。

二、数字孪生城市建设路径与方法

（1）城市三维地图是数字孪生城市可视化的重要基础

传统的智慧城市建设在空间规划上已经实现系统化管理，

但大体都停留在二维平面的阶段，远达不到智慧城市智慧化建

设要求。三维空间的有效感知与实景可视化日益成为城市建设

管理的重要问题，也是数字孪生城市信息化的关键内容，从二

维平面提升到三维立体已经成为数字孪生城市建设的迫切需

求。

首先，从三维实景建模的数据来源来看，无人机航测、激

光雷达、倾斜摄影等新一代测绘信息技术方法的发展，可以快

速采集制作精细化的城市三维模型和大比例尺地形图，搭建三

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维城市地理信息基础服务框架，为数字孪生城市建设提供高精

度可视化的三维空间信息和位置服务。

其次，从三维实景模型的建立过程和优点来看，通过有效

刻画空间几何模型、拓扑图和语义等特征，来实现精细化的三

维几何表达，真正实现基础设施性能的语义描述，与物联网进

行拓展关联，进而实现复杂地形地理环境的层次描述。三维实

景模型的一大特点在于高低细节层次的有效转化过程中，城市

实景信息更加精细和丰富。“影像+模型”的方式实现了对目标

的实景可视化查询，对数字孪生城市进行智能化规划和管理。

最后，从三维实景建模的应用场景来看，数字孪生城市需

要实现城市管理精细化、基础设施智能化、生活服务便利化的

目标，在智慧政务、智慧城管、智慧医疗、智慧教育、智慧旅

游等方面达到“以更少投入获得更优质、更高效产出”的城市

系统。总之，城市三维实景建模从数据来源特点、模型优势、

应用场景等方面为数字孪生城市可视化提供了重要基础保障。

(2)以时空大数据促进数字孪生城市建设的科学与高效

时空大数据主要包括时序化的基础时空数据、公共专题数

据、物联网实时感知数据、互联网在线抓取数据和根据本地特

色扩展数据，构成数字孪生城市建设所需的地上地下，室内室

外，虚实一体化的、开放的、鲜活的时空数据资源。数字孪生

城市建设需要依托城市大数据技术手段，在深度应用上，基于

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真实有效、高精度和对象化的城市三维实景环境，对城市大数

据进行精准定位、深度挖掘，提高数据信息表现力和价值，满

足城市不断发展变化的要求。在广度应用上，数字孪生城市建

设关注大数据融合分析和应用，基于多源、海量数据分析，全

面、准确地掌握