全球物聯網、5G、人工智能、無人駕駛、虛擬現實、深度學習等技術研發(fā)和產業(yè)化加速突破，掀起數字化網絡化智能化新一輪浪潮。同時，智慧城市實施進程不斷加快，實施內容持續(xù)深入，其發(fā)展理念、推進模式和技術體系不斷更新和演進，建設虛擬服務現實、數據驅動治理、智能定義一切的數字孿生城市將成為智慧城市的重要趨勢。

一、 數字孿生城市的建設條件日益成熟

1、信息通信技術（ICT）在城市中成熟應用

近年來，云計算平臺已成城市重要基礎設施，政府、企業(yè)乃至個人廣泛使用；大數據成為城市重要資產、戰(zhàn)略資源，基于大數據分析的智能決策應用不斷涌現；物聯網推動萬物互聯成為現實，廣泛應用于城市治理領域的感知監(jiān)測、數據采集等；（移動）互聯網成為公眾獲取城市生活服務的重要優(yōu)先渠道，也是延伸服務的重要手段；基于深度學習的人工智能應用可精準預測城市問題，極大提升市民體驗。

2、數字孿生（DT）技術應用向城市廣泛滲透

數字孿生技術應用最早起源于工業(yè)領域，尤其飛機、火車發(fā)動機等高端制造領域，對產品、生產線和工藝等進行數字仿真、實時跟蹤，研發(fā)周期大幅縮減，生產成本大幅降低，形成多設備互聯、協(xié)同和優(yōu)化的建設模式。當前，數字孿生技術應用已逐步向建筑、醫(yī)療、城市管理等領域滲透，依托BIM模型完成建筑物的龍骨、結構以及風水電等設計，實現建筑物各類資源的優(yōu)化、應急方案預演以及建筑群間資源優(yōu)化配置；達索公司開發(fā)3DEXPERIENCity平臺實現城市規(guī)劃布局、管網以及氣象的數字孿生，使得城市應急處置效率提升30％，城市擁堵率降低25％。

3、技術融合與數據積淀不斷推動城市創(chuàng)新發(fā)展

分布式計算、4G／5G通信、大規(guī)模數據并行處理、深度學習等技術與3D建模、高精度地圖、模擬仿真、虛擬現實、智能控制等數字孿生相關技術有機耦合加快集成，推動在數字空間中建設同步運行的數字孿生城市成為可能。此外，經過近十年智慧城市建設，城市傳感器隨處可見，城市智能終端廣泛部署，城市體征運行數據大量匯聚積淀，城市畫像日益清晰，跨層級、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務的數據資源加速有序融合，基于海量多維數據分析的智能應用不斷涌現，智慧城市建設正處于量變到質變關鍵時期。

二、數字孿生城市是深度學習自我優(yōu)化的城市

數字孿生城市的核心要義是，在網絡數字空間，再造一個與現實物理城市匹配對應的數字城市，通過構建物理城市與數字城市一一對應、協(xié)同交互、智能操控的復雜系統(tǒng)，使其與物理城市平行運轉，通過虛擬服務現實，數據驅動治理，智能定義一切等運行機制，實現城市全要素數字化和虛擬化、全狀態(tài)實時化和可視化、城市運行管理協(xié)同化智能化，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的虛擬世界同生共存、虛實交融的城市發(fā)展新模式，是具有深度學習、自我優(yōu)化能力的城市。

圖1  數字孿生城市運行機理

1、全域感知，實現由實到虛

通過部署全域感知體系和各行業(yè)領域信息系統(tǒng)平臺，采集匯集城市所有靜態(tài)數據、業(yè)務數據、對象數據等表征城市運行的全量數據，在數字空間建立一一映射的數字孿生城市模型平臺，并加載城市全量靜態(tài)和動態(tài)數據。

2、深度學習，實現自我優(yōu)化

基于不斷匯集的海量數據和數字孿生城市模型平臺，運用多維數據分析、機器學習、神經網絡、深度學習等算法或技術，運算得出城市資源配置優(yōu)化方案、城市災害預測預警模型、城市應急指揮策略等，實現自我優(yōu)化。

3、智能操控，實現由虛控實

基于以上數字空間得出的優(yōu)化方案、預警模型、指揮策略等深度學習結論，在數字孿生城市模型平臺中，通過傳感器遠程控制、信息系統(tǒng)功能優(yōu)化修正等操作，反向作用于物理世界運行的城市，實現動態(tài)決策、快速響應和智能操控。

4、更新迭代，實現流程再造

通過深度學習、自我優(yōu)化后的城市在新的運行流程、運行規(guī)則、運行機制下不斷產生和積累新的數據，同時，新智能設備、新技術應用不斷更替出現，進而啟動新一輪的數字孿生更新迭代，實現城市不斷進化的“自生長”發(fā)展模式。