近期，由軟通智慧牽頭編制的《數(shù)字孿生城市仿真推演系統(tǒng)功能要求》(T/ZGCSC 005—2022)，經(jīng)中關(guān)村智慧城市產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟批準(zhǔn)發(fā)布，自2022年11月4日起正式實(shí)施。
該標(biāo)準(zhǔn)共聯(lián)合中國(guó)雄安集團(tuán)數(shù)字城市科技有限公司、北京市科學(xué)技術(shù)研究院資源環(huán)境研究所、北京航空航天大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、太極計(jì)算機(jī)股份有限公司、中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司智能城市研究院、廣聯(lián)達(dá)科技股份有限公司、天津智誠(chéng)智慧城市運(yùn)營(yíng)管理有限公司、復(fù)旦大學(xué)、北京天耀宏圖科技有限公司等20多家數(shù)字孿生城市仿真推演、地理信息領(lǐng)域的企業(yè)、高校、科研院所共同編制。
標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布公告
01標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容
本標(biāo)準(zhǔn)依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題《基于全域時(shí)空信息的智能城市混合現(xiàn)實(shí)及推演技術(shù)》，結(jié)合數(shù)字孿生城市項(xiàng)目實(shí)踐及仿真推演應(yīng)用，立足城市多維管控、城市排水防澇、城市通風(fēng)廊道、城市生態(tài)補(bǔ)水等城市規(guī)劃建設(shè)管理業(yè)務(wù)需求，確立了數(shù)字孿生城市仿真推演系統(tǒng)的功能框架，規(guī)定了數(shù)據(jù)管理、分析建模、仿真預(yù)測(cè)、服務(wù)管理、系統(tǒng)管理、安全管理、接口等功能要求，適用于數(shù)字孿生城市仿真推演系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。
02系統(tǒng)功能框架
仿真推演系統(tǒng)以仿真云環(huán)境、高性能計(jì)算、ICT基礎(chǔ)設(shè)施等為支撐，保證流暢度與穩(wěn)定性，與其他數(shù)據(jù)資源平臺(tái)保持互聯(lián)互通和交互協(xié)作，為城市多維管控、城市排水防澇、城市通風(fēng)廊道、城市生態(tài)補(bǔ)水等城市規(guī)劃建設(shè)管理業(yè)務(wù)應(yīng)用提供仿真推演服務(wù)。
數(shù)字孿生城市仿真推演系統(tǒng)功能框架圖
03標(biāo)準(zhǔn)核心亮點(diǎn)
1、定義數(shù)字孿生城市仿真推演術(shù)語(yǔ)
面向城市規(guī)劃建設(shè)管理業(yè)務(wù)需求，構(gòu)建仿真推演數(shù)據(jù)模型和計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生城市仿真對(duì)象的模擬復(fù)現(xiàn)及其未來(lái)運(yùn)行規(guī)律狀態(tài)的推測(cè)演變的方法。
2、提出仿真推演數(shù)據(jù)模型構(gòu)建方法
采用要素概化方法，對(duì)地理信息要素的幾何形狀進(jìn)行簡(jiǎn)化和平滑處理，保留其屬性和拓?fù)湫畔?，?gòu)建以立體、網(wǎng)格、通道、節(jié)點(diǎn)及其組合表征的數(shù)據(jù)模型。
a)體狀要素概化
對(duì)具有體狀特征的地理信息要素(建筑物、構(gòu)筑物等)分別概化為立體元素，以方體、圓柱體、球體、棱柱或其組合來(lái)表征。
b)面狀要素概化
對(duì)具有面狀特征的地理信息要素分別概化為網(wǎng)格元素，以規(guī)則或不規(guī)則的三邊形、四邊形和五邊形網(wǎng)格來(lái)表征;對(duì)網(wǎng)格元素進(jìn)行屬性賦值，如網(wǎng)格序號(hào)、網(wǎng)格類(lèi)型(河道型、湖泊型等)、網(wǎng)格內(nèi)地物高程(地形、下凹式立交橋、地下通道、洼地等)、網(wǎng)格內(nèi)地物糙率、網(wǎng)格內(nèi)地物徑流系數(shù)、網(wǎng)格建筑面積修正率、網(wǎng)格邊數(shù)等。
c)線(xiàn)狀要素概化
對(duì)具有線(xiàn)狀特征的地理信息要素分別概化為通道元素，以多段線(xiàn)來(lái)表征;對(duì)通道元素進(jìn)行屬性賦值，如通道序號(hào)、通道類(lèi)型(陸地型、河道型、有堤型等)、通道等級(jí)、通道高程和長(zhǎng)寬、通道管徑管長(zhǎng)和底高、通道初始水深等。
d)點(diǎn)狀要素概化
對(duì)具有點(diǎn)狀特征的地理信息要素分別概化為節(jié)點(diǎn)元素，以點(diǎn)來(lái)表征;對(duì)節(jié)點(diǎn)元素進(jìn)行屬性賦值，如節(jié)點(diǎn)序號(hào)、節(jié)點(diǎn)類(lèi)型(泵站、閘門(mén)、排水口等)、節(jié)點(diǎn)泵站的收水運(yùn)行規(guī)則、節(jié)點(diǎn)泵站的收水強(qiáng)度和收水半徑、節(jié)點(diǎn)閘門(mén)的排水能力、節(jié)點(diǎn)閘門(mén)的排水方向及啟閉狀態(tài)等。
3、明確仿真推演計(jì)算模型管理思路
計(jì)算模型管理包括計(jì)算模型集成、計(jì)算模型建立、計(jì)算模型驗(yàn)證、計(jì)算模型調(diào)用。
a)計(jì)算模型集成
支持物理驅(qū)動(dòng)模型、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型、物理和數(shù)據(jù)融合模型的集成，如SWMM、EFDC、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、多圖分級(jí)路網(wǎng)表征學(xué)習(xí)模型、指揮調(diào)度機(jī)制模型等。
b)計(jì)算模型建立
根據(jù)數(shù)據(jù)精度、有效性、覆蓋范圍等信息建立計(jì)算模型;根據(jù)物理和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等信息確定計(jì)算模型結(jié)構(gòu);根據(jù)訓(xùn)練集對(duì)計(jì)算模型參數(shù)進(jìn)行率定，實(shí)現(xiàn)模型建立。
c)計(jì)算模型驗(yàn)證
根據(jù)驗(yàn)證集對(duì)計(jì)算模型的穩(wěn)定性、可靠性等信息進(jìn)行驗(yàn)證;根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果對(duì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)、參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)模型優(yōu)化。
d)計(jì)算模型調(diào)用
支持計(jì)算模型導(dǎo)入、導(dǎo)出、發(fā)布和更新;支持主流仿真工具的集成調(diào)用，包括但不限于流體仿真軟件、OpenFOAM等。
4、確定仿真推演任務(wù)執(zhí)行流程
推演任務(wù)管理包括項(xiàng)目管理和任務(wù)管理，支撐計(jì)算模型管理、參數(shù)條件設(shè)定、推演結(jié)果驗(yàn)證等，實(shí)現(xiàn)仿真推演任務(wù)執(zhí)行。
a)項(xiàng)目管理
支持項(xiàng)目新建、刪除、修改和查看等;支持同一項(xiàng)目?jī)?nèi)多個(gè)仿真推演任務(wù)的管理。
b)任務(wù)管理
支持任務(wù)新建、刪除、修改和查看等;支持任務(wù)啟動(dòng)、暫停、終止和編排等;支持?jǐn)?shù)據(jù)模型、計(jì)算模型加載、參數(shù)條件設(shè)定、推演結(jié)果驗(yàn)證;支持權(quán)限范圍內(nèi)的多用戶(hù)在線(xiàn)協(xié)作仿真任務(wù)管理;支持物聯(lián)感知數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)在線(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)仿真任務(wù)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)最新數(shù)據(jù)信息的快速響應(yīng)。
04標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施意義
本標(biāo)準(zhǔn)是城市數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)體系的重要組成部分?！稊?shù)字孿生城市仿真推演系統(tǒng)功能要求》的發(fā)布與實(shí)施，將有助于城市規(guī)劃建設(shè)管理業(yè)務(wù)仿真推演系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、快速化研發(fā)，豐富仿真推演方法體系，引導(dǎo)行業(yè)共識(shí)仿真推演內(nèi)涵，助力數(shù)字孿生仿真推演技術(shù)落地，提升城市治理服務(wù)成效。
05標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)，推動(dòng)落地驗(yàn)證
目前正積極推進(jìn)《數(shù)字孿生城市仿真推演系統(tǒng)功能要求》標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)踐驗(yàn)證，已在雄安新區(qū)、湖北武漢、北京海淀等地區(qū)落地應(yīng)用。
1、雄安新區(qū)容東數(shù)字孿生交互沙盤(pán)
依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題《基于全域時(shí)空信息的智能城市混合現(xiàn)實(shí)及推演技術(shù)》，利用數(shù)字孿生城市級(jí)精準(zhǔn)映射、物聯(lián)設(shè)備實(shí)時(shí)接入、數(shù)據(jù)融合及混合現(xiàn)實(shí)交互等技術(shù)，融合城市多維時(shí)空仿真推演平臺(tái)，構(gòu)建雄安新區(qū)容東數(shù)字孿生交互沙盤(pán)系統(tǒng)，為城市規(guī)劃建設(shè)管理提供決策支持。
雄安新區(qū)容東數(shù)字孿生交互沙盤(pán)
2、湖北武漢城市排水防澇仿真推演
通過(guò)對(duì)武漢排水防澇地理信息要素概化，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，采用仿真推演任務(wù)執(zhí)行流程，加載排水防澇計(jì)算模型，設(shè)定計(jì)算區(qū)域范圍、起止時(shí)間、步長(zhǎng)等參數(shù)，結(jié)合降雨量時(shí)間序列條件，實(shí)現(xiàn)排水防澇動(dòng)態(tài)模擬仿真?；趯?shí)際調(diào)查、監(jiān)測(cè)成果等數(shù)據(jù)對(duì)仿真推演結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。系統(tǒng)可對(duì)不同排水方案的排水效果進(jìn)行對(duì)比，識(shí)別嚴(yán)重內(nèi)澇、輕微內(nèi)澇、輕微積水三個(gè)等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，輔助排水防澇現(xiàn)狀評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警及設(shè)施規(guī)劃。
湖北武漢城市排水防澇仿真推演
3、北京海淀生態(tài)循環(huán)補(bǔ)水仿真推演
運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建補(bǔ)水管線(xiàn)及河道溝渠地理信息、物聯(lián)設(shè)備信息等數(shù)據(jù)模型，根據(jù)高效節(jié)能的補(bǔ)水調(diào)度策略，確定仿真推演邊界條件，結(jié)合泵站、閥門(mén)開(kāi)關(guān)控制、流量計(jì)、攝像頭的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，采用仿真推演任務(wù)執(zhí)行流程，加載補(bǔ)水計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)智能、安全可控的數(shù)字孿生生態(tài)循環(huán)補(bǔ)水仿真，科技助力水網(wǎng)設(shè)施功能提升、生態(tài)循環(huán)補(bǔ)水降本增效。
北京海淀生態(tài)循環(huán)補(bǔ)水仿真推演
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