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新型智慧城市建设应围绕三大核心

2021-03-12 10:12:53    来源: 中国自然资源报    作者:党安荣

20多年来,我国城市信息化的发展经历了数字城市、智慧城市、新型智慧城市三个阶段。目前,虽然这三种表述在不同的场合同时并存,但整体而言应该说正在建设新型智慧城市,更能体现新时代、新目标、新理念、新体系、新标准、新技术、新应用、新模式等多方面的特点。因此,笔者将从自然资源部门的业务出发,探讨新型智慧城市建设的三大核心:核心理念、核心支撑、核心应用。

核心理念:新型数字孪生

新型智慧城市的建设离不开将城市物质空间的要素转换为赛博空间(Cyber Space)的数字,从而形成具有映射关系的两个城市:现实城市与虚拟城市。这便是通常意义上的数字孪生。早期的数字孪生,主要关注的是如何借助遥感、卫星导航系统、地理信息系统等多种信息获取与转换技术,将构成城市的自然环境、建设空间、社会经济、历史人文、管理业务等多种要素进行数字化,构建与现实城市对应的虚拟城市。然而,这样的数字孪生往往是体现偏于单向的、相对静态的映射关系。

随着新型智慧城市发展的需求和新型技术应用的推动,新型数字孪生更加强调现实城市与虚拟城市之间的互动,并突出强调两个方面:双向互动、动态互动。双向互动致力于打破之前从现实城市到虚拟城市的单向映射,更加强调虚拟城市如何针对现实城市所面临的管理问题和发展诉求,在三维仿真、虚拟现实、增强现实、混合现实等技术支持下,通过仿真模拟和分析反作用于现实城市的规划、建设、运营与治理;而动态互动则是借助物联网致力于实时感知现实城市的动态运营状况,并将感知数据通过光纤网络或者5G网络输入虚拟城市,通过虚拟城市来随时监测、分析和发现城市运营中存在的问题,诸如城市生态问题、灾害问题、交通问题、治安问题、疫情问题等。

以上新型数字孪生的理念,显然是新型智慧城市发展的核心理念。这个理念的落实需要通过下述城市信息模型和智慧空间治理来实现。

核心支撑:城市信息模型

在新型数字孪生理念指导下,借助多种信息技术将现实城市转换而来的数据类型非常多样。如何有效地组织、管理、处理、分析、应用这些多元数据,便成为一个必须解决的核心问题。

为此,原国家测绘局于2005年提出数字城市地理空间框架建设,2006年启动数字城市地理空间框架建设试点,在全国300多个地级以上城市和300多个县级市开展了地理空间框架建设工作。随着物联网、大数据、云计算等新技术的发展与应用,结合我国新型城镇化发展的进程与需求,在既有数字城市地理空间框架为基础上,实现“时空信息大数据和时空信息云平台”等四个方面的提升,促进数字城市向智慧城市的深化发展。

2019年1月,自然资源部印发了《智慧城市时空大数据平台建设技术大纲(2019)》,不仅明确智慧城市时空大数据平台是数字中国时空信息数据库的重要组成部分,是基础测绘转型升级的重要任务;而且明确智慧城市时空大数据平台建设内容涵盖“统一时空基准、丰富时空大数据、构建云平台、搭建云支撑环境、开展智慧应用”等五部分;同时,强调时空大数据平台既是履行自然资源管理“两统一”职责的技术支撑,又是为城市管理提供一张底板、一个平台、一套数据的重要基础。

近两年,城市层面正在探索基于城市时空大数据云平台,将城市相对宏观静态的地理空间信息模型(GIM)与相对微观静态的建筑信息模型(BIM)和城市动态运营的社会感知信息模型(SIM)有机集成,并在云地理信息系统技术环境下,构建多维度的城市信息模型(CIM),旨在实现新型数字孪生城市由单向到双向、由二维到三维、由静态到动态的转化,为城市的智慧空间治理提供时空大数据和空间分析技术支撑。

核心应用:智慧空间治理

规划与建设新型智慧城市的根本目标是应用,就是基于虚拟城市所拥有的多维城市信息模型(CIM),借助业务模型、计算模型、情景分析、仿真分析等技术手段,诊断与识别城市发展运营面临的问题,并分析与优化解决问题的多种途径,为城市的健康发展提供科学合理的决策支持。

事实上,随着我国快速城镇化的发展,“城市病”相伴而来,城市面临大气污染、地面形变、洪涝灾害、交通拥堵、疫情等诸多问题。

为此,我国提出面向新时代的数字中国、智慧社会、新型城镇化发展战略。显然,新型智慧城市发展是新型城镇化发展的重要途径,也是城市治理水平与治理能力现代化发展的必由之路。因此,新型智慧城市的核心应用便是围绕智慧国土、智慧规划、智慧生态、智慧环境、智慧减灾、智慧经济、智慧产业、智慧建设、智慧制造、智慧交通、智慧水务、智慧管廊、智慧医疗、智慧园区、智慧人口、智慧社区、智慧楼宇、智慧家居等扩展与深化。

然而,上述从宏观到微观的诸多业务或专业领域的智慧化发展,其实都离不开对“城市空间”的科学合理配置以及管控运营,概而括之便是围绕构成城市的“天、地、人、房、物、事”及其耦合作用的智慧空间治理。显然,这样的智慧空间治理,需要一个富有智慧的“城市大脑”来进行统筹决策。

近年来,不少城市探索构建智慧城市大脑,依托多维城市信息模型,结合城市空间治理的业务流程、分析模型与决策模式,为智慧城市的多种智慧应用提供协同分析、情景模拟、联动决策,取得了显著的进展,特别是在新冠肺炎疫情有效防控过程中,发挥了重要的作用。

面向未来,让城市更聪明一些、更智慧一些,是新型智慧城市发展和推动城市治理体系和治理能力现代化的必由之路,前景广阔。

(作者系清华大学建筑学院教授、博士生导师)

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