李德仁：数字孪生城市是数字城市的高级阶段，也是智慧城市的新高度

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12月17日-18日，2021网易未来大会盛大举行。为期两天的大会，将在原力觉醒、未来之城、国潮、灵感无界、和文化、元宇宙六大论坛里，分享更多的智慧和灵感。

大会中，中国科学院院士、中国工程院院士李德仁就数字孪生的智慧城市定义、特点、应用、意义发表了《基于数字孪生的智慧城市》主题演讲，指出数字孪生城市是数字城市的理想目标，也是智慧城市建设的新高度，赋予城市大脑实现智慧化的重要设施和基础能力。

李德仁表示，数字孪生的智慧城市有着精准映射、虚实交互、团建定义、智能反馈四大特点，实现了颠覆性的创新。随后，李德仁以大量的实际案例，着重介绍了数字孪生的智慧城市的实际应用，包含：智慧城市营运大脑、智能电网数字孪生服务、智慧城市的交通大脑、智慧城市公共疫情服务、基于天地传感网的长江流域生态黄精和灾害智能系统，生动讲述了以上应用对城市治理与人们生产生活的巨大改变。

以下为李德仁演讲实录：

我今天报告的题目是《基于数字孪生的智慧城市》。

习近平总书记在十九大发表了重要讲话，指出以信息化推进国家治理体系和治理能力现代化，分级分类推进新型智慧城市建设，打通信息壁垒，构建全国信息资源共享体系，更好地用信息化手段感知社会态势，畅通各种渠道，辅助科学决策。

我报告的第一部分是数字孪生的智慧城市。

什么叫数字孪生呢？英文叫Digital Twin，数字孪生作为虚实之中双向映射、动态交互、实时连接的关键途径，将物理实体和系统的属性、结构、状态、性能、功能和行为映射到虚拟世界，形成高保真的动态多维多尺度、多物理的模型，为观察物理世界、认识物理世界、理解物理世界、控制物理世界、改造物理世界提供了一种新的有效的途径。

所以说，在这样一个数字孪生的城市中间，我们的基础设施，包括水、电、气、交通它的运行状态，我们城市的资源，包括警力、医疗、消防等，还有人流、物流和车流的安全运控，都会通过传感头、摄像头、数字化子系统采集出来，并通过包括5G、北斗在内的物联网技术传递到云端和城市的管理者，基于这些数据以及城市模型可以构建数字孪生体，从而更好的高效管理我们的城市。

我们的物理世界就是大家所说的钢筋水泥的城市，用这样的物联网实现全域的感知，由实体到虚拟空间，产生一个镜像的映射，在这个虚拟空间里面可以通过各种云计算的模型、软件、人工智能的方法来洞察态势，来提前做预测，做科学的决策，反向控制，从而推动城市的智慧化。

所以这样的数字孪生城市必须要有城市的地理信息系统，加上城市的BIM模型和物联网，就构成了城市的信息化。这样一个数字孪生的智慧城市，在我们十九大以来成为全国各个城市建设的重点任务。

这是“虚拟新加坡”的计划，我们在深圳也做了这样一个虚拟的模型。在这样一个虚拟的城市中间，我们可以看到它能够出现一些颠覆式的创新，我们把它归结为信息可见、轨迹可循，状态可查，虚实同步运转、情景交融。过去可追溯，未来可以预期，当下知冷暖，见微知著。全市一盘棋，尽在掌控之中。管理扁平化，服务一站化，信息多跑路，群众少跑腿。虚拟服务现实，模拟仿真决策。

建好这样子的数字孪生的智慧城市，我们需要从全城中的数字化标识开始，实现一体化的感知，然后利用深度学习、知识的智能、平台的建设，做成一个能够有计算能力的全域覆盖的数据资源，然后实现实时影射的孪生反馈平台，从而推动城市的运营。

在这样数字孪生的城市中间，我们的目标应当说数字孪生的城市是数字城市的最高级阶段，也是智慧城市建设的一个新高度，赋予城市大脑实现智慧化的重要设施和基础能力。数字孪生的智慧城市将实现在网络空间对物理空间的现实城市智能的运控与管理。

第二部分，我们可以想一想数字孪生的智慧城市会有哪些特点呢？

第一点，我解决五个关键的技术，从全面动态的感知开始，到多维度尺度模型的构建，以及全要素、全流程、全业务数据深度的融合，和实现智能化、人性化、个性化服务的按需的使用，从而实现全面动态实时的交互。

它有四大特点：

1、精准映射，物理空间全部映射到网络空间去。

2、虚实交互，在网络空间可以去动态的收缩各种信息，参与城市的规划管理建设，支持城市的各种活动，在实体空间与虚拟空间之间实现虚实的交互。

3、软件定义，这样的过程可以说是软件定义的，所有的行为要依靠云端和边缘的计算，来解决软性指导下的操控城市所有运营，都有这样一个软件定义以后，有形成了数字的经济、数字的社会。

4、智能反馈，当然这样的数字城市能够实现智能反馈，赋予城市运营管理和生活服务更多的智慧和智能，让老百姓满意。

第三部分，我重点要讲一讲数字孪生城市的各种应用，我想从五个方面给大家作一个介绍：

第一，智慧城市运营大脑；

第二，智能电网数字孪生服务；

第三，智慧城市交通大脑；

第四，智慧城市公共疫情服务；

第五，长江流域生态环境与灾害智能管理。

要做一个智慧城市的运营大脑，就需要建立这样一个运控的平台，这是一个城市的云服务平台。第一层基础设施管起来，把云计算的特点用起来，再通过应用层去服务到各行各业，完成城市应当为百姓服务的职能，包括政府的运营服务，包括智能化的生产，以及为民服务，三大任务。

这样子的智慧城市它大数据要形成一个生态的流，从数据的采集、加工、存储、清洗、挖掘、决策、控制和利用服务形成一个一条龙，不断在这个大数据生态当中让它活起来。就需要有这样实时的定义系统，这是我们大学研究的GIS（GeoSmarter），它能够对实时的数据接受它的受阅，然后进行动态的管理、实时的分析和推理，对有关部门主动推送你需要做什么样的服务，实现对城市的感知、分析、推理、认知和反馈、决策与行动。这样的城市大脑应当有一个很好的运控、监控指挥的调度平台。

第二个例子，是讲的智慧电网的一个数字孪生服务系统。要利用电力系统的物理模型，先进的计量基础设施的在线量测数据、电力系统历史运行数据，并集成电气、计算机、通信、气候、经济等多学科知识，进行多物理量、多时空尺度、多概率的访问过程，通过在虚拟空间完成对智能电网的映射，反映智能电网的全生命周期，从发电送电到卖电到任务完成，全生命周期的一个过程。

需要解决的关键技术，还是在线的数据感知和量测，然后进行数字工作的建模和仿真分析，我们在跟南电北电合作，利用了无人机的系统，做了激光雷达的子系统，来获取必要的信息，来测量电线与实物之间的具体距离，来确定要不砍树枝。建立的智能产品模型，来研究上面所有的设施，还利用红外的成像系统来发现有没有温度异常，这样的系统进行实时数据的采集，用5G传输到指挥中心。

然后再利用电力巡检的机器人，对于变电、输电、配电设备进行全天时、全方位、全自主智能巡检和安全防护，包括自动巡逻、智能读表、图像识别、红外侧闻、实时视频回传等功能，就保证了电网的安全，提升了电网智能化巡检的水平。

这是我们提供给他们的一个巡检机器人，上面装有红外摄像、光学摄像和激光雷达成像，还有北斗系统，这样子可以8小时的工作，像一个人一样的在变电站做巡逻。

这个系统我们在中国的南北15个城市做了推广试验，试验记录已经超过了5万公里，还在继续的扩大这样一个应用。我们比如在湖北省做一个智慧调度的运营大脑，这个大脑可以让它完整的从发电、运电到卖电全过程的管理。

第三个例子，就是指的智慧城市的交通大脑，我们跟交通部一起在武汉市做了一个试点，解决所有信息的感知、施工分析、数据挖掘技术，来解决智慧交通的管理，特别是应急交通的管理。把所有的大数据采集过来，包括人（驾驶员）、车、路、环境，这些信息全部收集进来，这是我们构建武汉市交通大脑的一个过程。

这个系统在2017年做成以后，过了一年多的时间，就发现了武汉市的拥堵排名从23名降到53名，有明显的提高。所以李克强总理到武汉来专门去参观这个系统，在那参观了50分钟。

第四个例子，是在深圳做的一个无人职守的中国停车场，叫月亮湾。我们有五个特点。通过人脸识别，用BIM，用室内精准导航定位，用应急预案的管理和资产管理，这几个全部实现智能化无人化。

在疫情之中，我们要解决数字城市公共疫情的服务，它的目标通过网络把好城市关，用人工智能、时空大数据来核查，回收人活动的历史规律，寻找紧密接触人群，来协助病毒传播力的分析。在去年，29个省市超过了200个城市，有7700多个常熟地点采取了应用，能够有力的支持了疫情的防控。

我们还利用北斗和科技部一起，解决室内外综合的定位，室外的定位靠北斗GPS，室内的定位靠光源、相机、音频、蓝牙，各种传感器，各种射频的信号。

武汉大学研究了一个音频的高精度智能手机测距的技术，四个音频传感器就可以在50×50平方米的房间里面，做到手机定位的精度到12个厘米，这个信号的频率耳朵是听不见的，但是这个手机就能搜得到，用我们的算法就可以算出来。

这个系统在广州白云机场已经在做一个实施，实施结果很好。

用这样的系统，我们想可以做舆情安全距离的自动感知，能把近距离的接触者和安全距离的人群区分开来，就可以更科学的、精准的防控，找到密切接触者或正常的人员、无须隔离的人员，最大限度精准的管控。通过这样一个方法，尽量做到不封城、不封区，实现疫情常态化的管理。

第五个例子，我们在武汉把长江流域的水环境、水平资源管起来，这是一个长江流域生态环境资源的管理还有灾害一个智能管理的系统。习主席也教导我们，要把修复长江生态环境摆在压倒性的位置，所以我们按照习主席的要求，做到如何解决上游积水多发电，中下游抗洪抗旱，让这个水用好。

做的这个系统就用了32种传感器，沿着长江布了3万个传感器，获取上亿条的观测数据，包括水位数据、流速数据、流量数据、气象数据等等，这个数据通过我们软件分析系统，做水温离散的分析，可以让它做到从原来的定时充裕，改为适时需要的时候再充裕，从而上游可以多蓄水。我们看到2014、2015多蓄水16-18亿立方，就多发电。而中游21个水库群防群治，联合处理，做洪水替演的一个模型系统，让我们对这个灾害应急的时速从一个小时缩短到20到30分钟。在下游通航的干道上，由于有这样传感器的服务，我们可以每小时提供一次水位，这个水通过5G送到每条船上去，就可以指挥船只安全的行情。

对于洪涝灾害，汛情的管理，我们一方面要抓它数据的采集，有气象水温数据、有卫星遥感设计，还有整个城市各种社会经济数据，都要把它采集进来，还要利用各种知识来做分析推理，来自动做灾情的预报，或灾后灾情的评估。

我们用这样的方法，看到这个里面代表了不同的水域面积，从原来只有35个平方公里的水面涨到了130平方公里的水位，涨得很快。同样的方法，也研究的道路受灾的情况，道路受灾的面积，占整个道路面积的16.89%。房屋受影响的比例大到的36.9%，这些数据都及时告诉了中央。

后来在新疆也发水，我们也用同样的方法对新疆具体产生的洪涝灾害做了分析，分析的结果大家可以看得出来，也是说有很多的比例，特别是用不同的颜色代表不同的状态，我们可以看看影响的面积，占总面积的8.23%。

我今天用这么短的时间给大家讲了三个问题，一个是数字孪生城市是数字城市的高级阶段，也是智慧城市的新高度，要用这样的技术来管理我们的城市更好的做好资源的信息化为人民服务。要把数字孪生城市做好，需要利用5G、6G、互联网、物联网、云计算和人工智能等来抓好数字孪生的智慧城市，每个城市都有它的特点。

我相信在两个一百年历史交汇过程中，我们抓好基于数字孪生智慧城市的各种智能化应用，来推动新型智慧城市的升级发展，实现国家和城市的治理，来推动强国目标建设的实现。

谢谢大家！

（根据录音整理，未经本人确认）