数字孪生城市白皮书(2022 年).docx

数字李生城市白皮书（2022年）一、发展综述篇：数字挛生城市发展逐步进入深水区1（一）技术体系：数字挛生城市的技术构成逐渐清晰1（二）内涵认识：城市数字化转型进入挛生驱动阶段5（三）政策环境：政策部署与地方落地实践明显提速7（四）供给主体：企业数量增加，发展战略调整聚焦9（五）产业布局：服务能力深化，服务对象内容扩展11（六）合作生态：引擎融合加速，互补产品集成开拓12（七）技术能力：应用门槛降低，模型供给能力提升13（八）学术科研：学术研究活跃，仿真决策颇受关注16（九）标准专利：行业领域发力，专利申请快速增长18（十）数字挛生城市前期探索已遇建设瓶颈20二、实施建议篇：基于挛生体理念推进学生城市建设22（一）更新城市总体架构，建设城市数字挛生底座22（二）应用总体设计方法论，推进底座平台体系设计26（三）坚持高价值场景驱动，筛选并解剖具体场景28（四）重构数字挛生体属性，开展数据融合治理30（五）集成融合成熟引擎，形成全能力服务型平台35（六）构建多方协同机制，助力可持续建设运营37（七）建立成熟度评估模型，推动以评促建迭代发展40三、建设展望篇：数字挛生城市建设助力中国式现代化43（一）“多源”挛生体数据深度融合，数据组织应用将发生较大调整.43（二）“多能”数字挛生引擎或出现，推动技术产业及城市建设模式变化44（三）“多跨”应用场景将加速推进，有力支撑中国式现代化发展模式.46图1数字挛生技术集成发展历程2图2数字挛生城市涉及核心技术构成4图3我国城市数字化转型发展阶段6图4全国数字挛生企业增长趋势10图5GIS/BIM与视频引擎融合示例13图6数字挛生低代码平台功能框架14图7基于NeRF的城市级自动化建模15图8全球/全国数字李生相关论文发布情况17图9各国数字挛生相关领域发表论文数量17图10全球数字挛生专利数量占比情况19图11我国数字挛生专利新增数量变化情况20图12数字挛生城市总体架构23图13城市数字挛生底座平台与城市大脑、现有系统的关系26图14总体设计在数字挛生城市建设中的定位27图15数字挛生城市总体设计任务框架28图16数字挛生场景价值判别方法29图17数字挛生体数据融合思路31图18数字挛生底座平台应用架构35图19数字挛生底座平台运营架构40图20数字挛生城市成熟度模型构成41图21数字挛生城市成熟度模型“三阶段”应用42一、发展综述篇：数字李生城市发展逐步进入深水区“数字挛生城市”自提出以来已有五个年头，在政产学研用合力推进下，2022年呈现出技术体系逐渐“清晰”、城市转型进入“挛生驱动”新阶段、政策全面“有力”支持、市场项目持续“增长”、企业供给能力持续“深化”、产业服务全面“扩展”、技术产品加快“融合”、应用门槛逐步“降低”、学术研究较为“活跃”、行业领域标准“发力”等发展态势。同时，数字李生城市前期探索也浮现出一些瓶颈问题，数字李生城市发展进入深水区。（一）技术体系：数字挛生城市的技术构成逐渐清晰数字挛生技术发展历程是新一代信息技术不断集成融合的过程。回顾数字挛生技术发展历程，大致可以分四个阶段，数字挛生萌芽期，以模型仿真驱动为特征；数字季生概念期，以模型与感知控制驱动为特征；数字季生推广期，以模型、感知、空间位置等多技术融合驱动为特征；数字挛生壮大期，以模型、位置、感知、交互、AI等技术全面融合驱动为特征。可以看出，每个阶段均呈现出，更多技术的一次集成与融合，并形成一种综合性更强的技术。4G等移动通信技术发展柳觉感知交互技术发展资产管融合小场审仿技木友履建模向SBlM技术发履>7jfUE、UnitV«工H发展全生全生命周期曾触数据旗技术发展GlS开源，地图快速发展数据科学技术（数据分析、统计等发展）管理软件技术 （MRP. ERP等工具快速发展）信息通信技术（互联网、电话等快速发展）地理信息技术 （GIS等工具快速发展）计仃机建模伤门技术.CAE等工具快速发展）模型仿真驱动域却传模型+感知IEa自动化控制技术发展实景三维倾到摄影等3DhdClM技术发屈*驱动，而 融合 Al等技术发展模型+感知+位置+算法+仿真驱动AR/VR技术发展元宇宙发展于AI的"趣景” 实时仿IK推演发展模型+K数字李生技术2002年左右2012年左右2017年左右当刖来源：中国信息通信研究院图1数字挛生技术集成发展历程>数字挛生萌芽期：以模型仿真驱动为特征。20世纪80年代以来，CAD.CAE>CAM等计算机建模、模拟仿真技术迅猛发展，并在制造业领域开始广泛应用，从产品设计发展到工程设计和工艺设计等，通过建模软件来设计产品外观、仿真软件来模拟产品性能，成为该时期发展的主要目的及形态。数字事生概念期：以模型与感知控制驱动为特征。2002年迈克尔格里夫教授首次提出“镜像空间模型"I成为数字李生概念的起源，并将该理念应用于产品全生命周期管理之中。与此同时，21世纪初“物联网”技术快速推广应用，通过感知通信获取产品实时运行数据成为可能。2010年NASA将数字李生应用于航天航空领域，随后通用电气、达索、西门子等制造业龙头企业广泛开展数字挛生应用，推动了物联感知技术与建模仿真技术的集成融合。数字挛生推广期：以模型、感知、空间位置等多技术融合驱动为特征。随着物联网、BlM技术的成熟普及，二维GIS技术走向三维化实体化语义化，数字挛生技术应用逐渐从封闭空间小微场景，向开放空间大中型场景转变，从数字挛生零件、产品、车间，走向数字李生楼宇、园区、城市等大尺度范围。2015年新加坡提出“虚拟新加坡”建设计划2,2017年雄安新区提出“数字挛生城市”建设理念并落地实施，数字李生技术开始着力解决城市规划、能耗管理、废物处理、交通规划等社会运行发展问题。数字事生壮大期：以模型、感知、位置、交互、AI等技术全面融合为特征。随着大数据、AL区块链等技术进入大规模应用，行业知识图谱、行业算法与空间分析计算开始融合，VR/AR等交互技术兴起，UE、Unity等高逼真可视化渲染引擎广泛应用，GIS、IOT、BIMAkVR/AR等企业纷纷开展合作，并参与到城市大脑、数字李生城市、数字李生流域建设中来，构建全时空、全要素、全能力的数字李生空间成为可能。近两年元宇宙概念兴起、AR/VR发展提速，加速推动数字空间与现实空间深度融合，数字空间赋能现实空间运行，数字李生进入大集成大融合新阶段。数字挛生城市技术集成性高，核心板块日渐清晰。随着近年来数字李生技术在城市各领域广泛应用，建模仿真、物联感知、地理信息、大数据与人工智能、虚拟现实等各领域头部企业纷纷开展技术合作和集成创新，加速进入数字李生城市建设新赛道，数字挛生城市的技术体系总体构成逐渐清晰，其核心技术至少包含六大板块。地理信息领域通信领域和自动化与控制领域物体标识制造业计算机辅助设计领域空间标识挛生体模型骨传导交互数字挛生城市语音交互点云数据渲染机理仿真大数据等算法领域来源：中国信息通信研究院图2数字挛生城市涉及核心技术构成>标识感知技术，来源于通信领域和自动化与控制领域，是连接物理世界的入口和反馈物理世界的出口，具备标识解析和感知两大功>GIS与新型测绘技术，来源于地理信息领域，通过定位与空间导航、空间分析等技术，为数字李生提供基础地理信息、遥感影像等城市底板数据。挛生建模技术，来源于制造业计算机辅助设计领域，通过几何建模和物理建模实现对物理实体形状、已知（或经验）的物理规律以及未知的物理规律的模拟。可视化渲染技术，来源于计算机图形学和图像处理技术理论，通过WebGL或游戏引擎工具将3D模型生成图像、视觉效果的过程，能够真实展现物理世界全貌。仿真推演技术，来源于大数据分析、AI分析、视频分析等算法领域，通过机理仿真、大数据或AI驱动仿真对物理世界及其运行发展全过程进行仿真模型构建、模拟分析和实时智能推演。交互控制技术，来源于类脑视觉、AR/VR、三维视觉、模式识别等图形图像领域，将人的因素通过手势、视觉、语音、脑波等融入数字挛生系统，使用者可以通过友好的人机操作方式将控制指令反馈给物理世界，实现数字挛生全闭环优化。（二）内涵认识：城市数字化转型进入挛生驱动阶段数字李生城市有力支撑城市数字化转型。全球主要经济体如英国、新加坡等提出“数字挛生国家”“数字挛生城市”等推进计划，国民经济和社会发展“十四五”规划纲要明确提出“探索建设数字李生城市”，标志着城市数字化转型向“数字李生城市”方向探索迈进。从发展历程看，城市数字化转型正在经历从单个行业、单个环节、单项技术、静态为主的点状数字化转型，到技术、数据、模型共同驱动的跨行业、全环节、融合技术、时空连续的全面数字化转型转变的阶段，通过推进空间季生、单体季生、关系李生、流程享生等，带动城市物理空间、数字空间的深度融合，促进了业务、数据、技术的全面融合,逐步显现出“数字季生驱动"城市数字化转型的新特征。表单数字化业务流程数字化决策数字化全面数字化各行业的业务为壬数字技术驱动痴例飕类Ik为为主技术 拄主管 部门3 La数字挛生顺厂|政务服务学产 协同依场景化业务瞬忌和大数据分析驱动通信技术为主通信技术+各系航雌共享交换平台> te发改委推进"互联网/行动;地方成立大数据醐筹;通信技术+互联网云计算+大数 据&AZ雕数字李生技术政企合作、本地运营;20082012 年20122016 年2016 年-2020年2020年之后来源：中国信息通信研究院图3我国城市数字化转型发展阶段我国城市数字化转型大致经历四个阶段：表单数字化（20082012年），以行业应用驱动为主，各部门各自推进本行业网络化、数字化，如住建部牵头“智慧城管”。业务流程数字化（20122016年），以数字技术驱动为主，通过移动互联网、物联网、云计算等数字技术与业务流程融合加速数字技术全面应用，如发改委牵头推进“互联网+”行动。决策数字化（20162020年）,以数据分析驱动为主，通过大数据、人工智能等技术挖掘数据背后的复杂规则，推动决策从经验化向自动化、智能化转变，如全国各地建设“城市大脑”。全面数字化（2020年之后），以数字李生驱动为主，在“十三五”时期单行业数字化水平较高、单项技术应用较深、静态数据汇聚较全的基础上，逐步向业务时空化、技术集成化、数据实时化发展。（三）政策环境：政策部署与地方落地实践明显提速数字率生城市相关支持政策相继出台。继2021年国家“十四五”规划纲要明确提出“探索建设数字学生城市”以来，发改委、工信部、住建部、人社部、水利部、国家能源局等相关部委对数字季生产业、人才、技术、应用等政策支持力度更大。国务院印发“十四五”数字经济发展规划，提出“因地制宜构建数字李生城市”。工信部联合五部门印发虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（20222026年），提出强化虚拟现实与数字挛生等技术相结合，在工业生产、文化旅游、融合媒体、教育培训、体育健康、商贸创意、演艺娱乐、安全应急、残障辅助、智慧城市开展应用。水利部提出“数字挛生流域是智慧水利建设的核心和关键”，发布数字李生流域共建共享管理办法（试行），明确了数字挛生流域的具体建设内容。自然资源部先后印发7个新型基础测绘与实景三维中国建设技术文件。人社部提出“数字李生应用技术员”等18个新职业，表明数字李生技术成为各行业数字化升级广泛所需，具备很强的需求和前景。国家能源局、铁路局也提出要加快数字李生等前沿技术的应用。表1数字挛生城市相关国家政策摘录印发部门发布日期政策文件政策内容国务院2022年1月12B“十四五”数字经济发展规划提升城市综合管理服务能力，完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，因地制宜构建数字挛生城市工业和信息化部2021年11月300“十四五”大数据产业发展规划融合应用市场加速繁荣，场景挖掘将从边缘浅层向核心深层拓展。基于数字享生体的制造执行、跨系统跨产业链的综合性分析等深层次应用将加速涌现中央网络安全和信息化委员会2021年12月“十四五”国家信息化规划稳步推进城市数据资源体系和数据大脑建设，打造互联、开放、赋能的智慧中枢，完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，探索建设数字享生城市国家标准化管理委员会等10部门2021年12月60“十四五”推动高质量发展的国家标准体系建设规划要围绕智慧城市建设内容，加强城市数字挛生、城市数据大脑、城市数字资源体系等方面的标准体系建设，规范引导智慧城市发展国家铁路局2021年12月14日“十四五”铁路科技创新规划要推进数字享生等前沿技术与铁路领域深度融合，加强智能铁路技术研发应用，开展铁路设备智能建造数字享生平台研发应用工信部、科技部、自然资源部三部门联合印发2021年12月29H“十四五”原材料工业发展规划提高生产智能水平。构建面向主要生产场景、工艺流程、关键核心设备的数字享生模型发展改革委、水利部2022年1月18H“十四五”水安全保障规划要推进数字流域、数字享生流域建设，实现防洪调度、水资源管理与调配、水生态过程调节等功能，推动构建水安全模拟分析模型，要在重点防洪区域开展数字享生流域试点建设水利部2022年3月数字季生流域共建共享管理办法（试行）明确了数字享生流域的具体建设内容，细化了技术要求人力资源和社会保障部2022年6月14日向社会公示“数字挛生应用技术员”等18个新职业信息表明数字享生技术成为各行业数字化升级广泛所需，具备很强的需求和前景国家能源局2022年10月9日能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划加快完善能源产业链数字化相关技术标准体系，推进能源各领域数字挛生、能源大数据、智能化等技术标准制修订印发部门发布日期政策文件政策内容科技部、住房城乡建设部2022年12月23B“十四五”城镇化与城市发展科技创新专项规划研究基于三维空间单元的城市信息模型（CIM）理论和平台构建关键技术与应用；研究城镇智能体理论、数据与运行安全等技术标准体系；研究建筑、大型交通枢纽与市政公用设施智慧运维关键技术装备，研究城市数据大脑及数字挛生城市建设理论与技术，构建全场景智能监测预警和智慧综合运维服务平台来源：中国信息通信研究院整理地方政府积极出台数字挛生城市政策，加速数字学生城市场景建设与产业布局。在国家政策指引下，各地因地制宜探索建设数字李生城市。贵阳、南京、福州等城市，均出台了以数字李生城市为导向推进新型智慧城市建设的文件。上海临港新区发布数字挛生城建设行动方案，面向开发者提供约1平方公里待开发区域时空底板，明确数字挛生港区、城市挛生体、数字人才港等9个重点场景。苏州工业园区率先推进数字李生创新坊，联合业界生态企业集中联合攻坚，积极探索构建面向城市级的数字李生体以及数字李生底座平台，打造面向行业第三方服务的数字挛生公共服务平台，积极创建数字挛生园区创新产业基地。雄安新区依托CIM平台建设成果，积极打造数字李生城市。浙江宁波市开展数字李生第二批试点工作，征集了三江流域数字挛生监测等41个数字挛生应用场景，推进数字挛生应用建设。（四）供给主体：企业数量增加，发展战略调整聚焦我国数字享生城市相关技术企业数量保持快速增长趋势，市场主体持续壮大。据网站不完全统计3,在2014年以前，我国数字李生城市相关企业新增数量保持在每年30个左右。2015年至2018年，保持50至60个的幅度快速增长。2019年至2021年，企业增长数量高达100余个，涨幅达到顶峰。表明我国市场主体持续壮大，后入场玩家较多，市场机会多，市场潜力大。目前的产业主体主要以地理信息、新型测绘、游戏引擎、数字建模与可视化为主，随着城市数字李生新引擎新底座的出现，未来将有大量的人工智能、大数据、仿真推演、算力服务的企业进入。来源：天眼查，中国信息通信研究院整理图4全国数字挛生企业增长趋势数字挛生城市成为互联网企业竞技的新擂台。腾讯积极进行业务架构与组织机构调整，成立数字李生产品部，打造一个数字挛生云服务，在城市、建筑、交通、工业、能源等领域形成数字李生底座和产3天眼查“数字挛生”关键词检索数据品。阿里巴巴正式发布了超融合数字挛生平台产品，将感知、仿真、控制、可视等四域数据进行融合与计算，服务于高速公路、城市交通、码头和机场等场景。科大讯飞在“城市超脑”中增加数字李生引擎，为城市提供统一、标准、可视化的数字集成底座。京东科技在智能城市操作系统中，完善时空数据引擎、模块化时空Al算法、基于联邦学习的数字网关等，构建数字李生城市数据基底。（五）产业布局：服务能力深化，服务对象内容扩展数字挛生基础平台服务商升级延展基础能力。随着行业需求的爆发增长，现有基础平台服务商加快产品能力更新迭代演进，呈现三大方向，一是提供更高效、安全的底层数据治理和接口能力，阿里云,泰瑞数创、奥格科技等企业通过语义实体建模技术，基于数字挛生体数据库进行数据融合和管理。二是提供更丰富、系统的低代码、组件化平台能力，优错科S、51WORLD、飞渡科技等企业开放PaaS平台，对外提供更多的“预制件”数字资产，便于应用组件式构建，以及数字资产运营变现。三是提供面向更多行业应用场景的业务支撑能力与统一格式，英伟达推出多GPU支持的开放式云原生平台Omniverse,并通过USD统一数据格式进一步增强其建模与服务的通用性，2022年以来平台组件所连接的跨行业应用增长了10倍。微软提出了数字李生定义语言（DTDL）,预定义数字挛生描述模型，加速数字挛生解决方案开发。4GanosV5.0重磅升级，走向挛生全空间数据库数字挛生技术企业加大对ToB、ToC服务供给。数字挛生城市相关企业依托自身优势，推出虚拟现实、增强现实、元宇宙等体验类产品，着力拓展面向企业和个人的数字挛生体验服务。优铭科技打造物联产业元宇宙平台“物联森友会”，面向企业提供从设备选型、方案设计、方案展示、智能运营管理的全生命周期制作工具。百度、5IWORLD等企业搭建沉浸式元宇宙展厅、会议、展览等服务，提升用户虚拟与现实融合体验。（六）合作生态：引擎融合加速，互补产品集成开拓数字率生城市相关技术引擎正加速开展深度融合。随着数字李生城市应用场景需求丰富、尺度延伸，各类型技术引擎融合赋能成为数字李生技术应用迭代升级的新方向。泰瑞数创、超图集团等企业开展GIS引擎与UE、Unity等游戏引擎深度融合，将GIS引擎数据管理调度、空间分析等能力与游戏引擎场景表现能力紧密结合。CIM快速发展带动GlS引擎与BIM引擎进一步融合，将BIM单体化、精细化管理能力与基础地理信息相结合，实现从宏观到微观的全生命周期信息化管理。物联网厂商积极开展IOT引擎与WebGL图形可视化渲染引擎融合，将物模型与空间、建筑模型挂接，实时加载物联网数据，实现数字挛生城市动态化管理。此外，智慧云舟等视频服务企业推出视频挛生融合引擎，加快与GIS.BIM等引擎融合，实现多机位、多视角的二维视频向三维场景的逆向还原，以及多业务在统一数字李生场景时空中的态势感知、时空回溯。3DGISBIM ÷ Video÷Vfeo*AI÷IOT*IMft3DGIS*BIM Video Al IOT PMA Vtf U图量Mr数.三r理-IiTg来源：中国互联网协会企业提供图5GIS/BIM与视频引擎融合示例企业加快跨领域集成合作优化数字享生城市创新方案。互联网大厂与地理信息行业领军企业合作，将云服务架构及互联网技术引入空间地理信息服务，通过耦合数据治理能力与空间计算分析能力，创新数字挛生城市解决方案。可视化渲染厂商与交通行业研究机构、设计院以及运营商等主体深度合作，为无人驾驶、车路协同等场景提供数字李生基础技术支撑，创新打造高价值应用场景，形成优势互补的可持续发展态势。IeT优势厂商与可视化厂商、模型软件开发商深度合作,将数字挛生技术能力集成到城市信息化项目中，推出基于数字挛生的城市大脑、城市中枢解决方案，赋能新型智慧城市建设迈向新阶段。（七）技术能力：应用门槛降低，模型供给能力提升低代码化推动数字学生技术服务能力开放。模型预制件、云渲染等技术的逐步发展，降低了数字挛生应用建设中代码的开发量，提升了系统复用性和稳定性，减轻了客户端压力，实现数字李生资源的灵活封装和行业应用快速上线。伴随数字李生城市的快速推进，GIS.BIM,可视化渲染、物联网、模拟仿真等各领域厂商纷纷布局低代码平台，支持应用场景自由搭建、灵活扩展及多样化部署，提高数字李生城市建设效率。数字李生低代码领域标准体系、测评框架逐步完善，进一步规范了低代码平台功能完备性、易用性、开放性、性能优越性，持续提升低代码平台对数字李生城市的支撑作用。由、三维场景搭建rLHd 支持三缰场的塔通.包造GJSfi据Ci）眠务接入.根空翻X放.模能祀 ½SSB.布处作况角管理等._商业务数据集成lSj 支持多科懦SK库.多刖分议IJ稣湘入，R 区可猊化组件的配置及交互配置等.命感知设备连接UUL 支持各脚锄联蜘设AL视Ifi猿控工作流定义支持业务流程的SUS,以及澈8的节点H.««ea«05«. IRKftfe.分 工和条杵不同，决定信息传递路由.3数据建模并» 支持CUBg的定义,包括卷型字段定义.CuWK关取接作,以及设宣数据模型的双对 枪索引.物模型定义交挎物型定义，包括传ISamWi奂的K性. 眼务.件.I作.三雄模型的定义号.来源：中国信息通信研究院图6数字挛生低代码平台功能框架自动化建模方式降低广域空间模型生产成本。近年来，神经辐射场（NeRF）技术概念火热，结合AI深度学习，实现二维图像到三维场景的快速生成，高效构建大尺度、精细化数字李生城市模型，缩减传统三维建模成本。以Google为代表的地图厂商，基于NeRF技术，进一步推进大场景神经视图的合成，将快速三维建模能力扩展至城市域，并结合Al技术实现细节的自动修复。此外，视频融合建模成为数字挛生城市发展重点，通过创建视频画面与空间位置的关系，将AI结构化计算与时空计算结合，为数字挛生城市供给连续的单体化对象，实现视频画面和三维场景的无缝融合、沉浸式浏览，打造时空动态感知、回溯和推演的“虚实共生”。来源：CityNeRF:BuildingNeRFatCityScale5图7基于NeRF的城市级自动化建模泛在感知数据快速接入进一步夯实基础支撑。今年以来，我国正式进入“物超人”时代，物联感知终端规模化部署，织密了城市神经网络，进一步夯实数字李生城市基础支撑。城市感知体系中多项目、多用户、海量设备设施异构数据的生产，对统一数据标准和先进接入技术提出新的需求，针对不同的应用场景、业务需求和网络架构，亟需构建有效的部署管理方式来应对设备动态更新的需求。随着物联网技术与新一代信息技术融合创新，物模型标准体系持续完善，软硬件进一步解耦，物联网资源虚拟化及面向多场景的动态重构能力实现突破，物联网感知终端接入门槛降低，部署及服务响应的伸缩性、敏捷5XiangliY,XuL,PanX,ZhaoN,RaoA,TheobaltC,DaiB,LinD.CityNeRF:BuildingNeRFatCityScale.arXiv:2H2.05504,202l性、智能性大幅提升，推动万物互联向万物智联迈进。（八）学术科研：学术研究活跃，仿真决策颇受关注全球数字挛生学术研究持续活跃，我国论文研究数量保持领先。根据中国信通院整理统计，全球数字李生领域发文总量整体呈现逐年增长的趋势，尤其2018年以来势头活跃。我国论文发布数量与全球趋势保持一致，且占全球论文的比例持续攀升。基于WebofSCienCe数据库检索6,2022年1月-11月底全球发表1761篇数字挛生相关文章，其中中国发文占30%o中国、德国、美国、英国、意大利等国家是全球数字季生领域论文产出最多的国家。从总量上来看，中国论文研究数量居首位,占总发文量的22.7%,德国发文量占比15.1%,美国占比13.7%,成为全球学术研究的重要部分，推动数字挛生技术创新与发展。6基于WebOfSCienCe核心合集，选取范围包括SCI-EXPANDED、CPClS和ESCl数据库，检索2010-2022年关于数字挛生的学术论文。截止时间2022年11月220o来源：中国信息通信研究院整理图8全球/全国数字挛生相关论文发布情况25. 00%20. 00%15. 00%10. 00%5. 00%0. 00%ctl II UU UW07。 SU er IUO IVUHU) IlUr1¾MILHL22.70%15.13%13.75%8.35%7.97%4.56%4.54%3.76%3.66%3.42%来源：中国信息通信研究院整理图9各国数字李生相关领域发表论文数量数字季生研究热点聚焦五大主题，城市仿真、社会化模拟研究进一步深化。当前数字挛生学术研究主要聚焦在模拟仿真、智能制造、信息物理系统、机器学习等技术、模型应用五大主题领域，所依托的场景中频次较高的有智能制造、工业4.0、设计、增材制造、城市模型计算等。我国高校在城市仿真、社会化模拟方面研究进一步深化，面向多智能体仿真、数字挛生实时仿真、基于不完整信息和不明确机理的数据驱动混合模型仿真等都出现了一批重大科研成果。例如，清华大学在自然上发表的“人类移动行为涌现城市发展规律”成果，基于大规模城市模拟仿真平台，推断符合社会复杂规律的数字人居住、就业等系列行为，揭示了城市宏观演化发展规律从人类微观移动行为中涌现的内在机理。此外，中科院数字挛生与平行系统仿真、北京大学博雅智城政策决策仿真优化等，在复杂系统管理控制、城市规划决策分析等领域均形成较大影响力。（九）标准专利：行业领域发力，专利申请快速增长数字李生城市标准化工作全面展开，行业领域发力明显。2021年以来，中国通信标准化协会（简称CCSA）成立数字挛生城市特设工作组、数字挛生网络工作组；全国信息技术标准化技术委员会成立城市数字季生专题组、工业数字李生专题组、数字李生工作组；全国智能建筑及居住区数字化标准化技术委员会成立BIM/CIM标准工作组。止匕外，中国互联网协会、中国信息协会、工业互联网产业联盟、中关村智慧城市产业联盟等联盟协会组织开展数字挛生技术相关团体标准制定工作。据不完全统计7,截至2022年8月，我国共研究或制定7数据来源：全国标准信息公共服务平台、全国团体标准信息平台数字挛生技术相关标准超50项，其中包括14项国家标准、18项行业标准以及20项团体标准。标准方向主要集中在城市、网络、水利、工业、建造等领域。数字挛生相关专利数量保持高速增长，我国专利总量位居全球第一位。根据中国信通院统计，从全球来看，中国、美国、欧盟是数字李生技术创新与应用的主要国家和地区。从数量来看，我国数字季生专利总体数量保持领先，拥有数字李生相关专利4283个，占比高达50.33%,美国、欧盟、韩国、日本等紧随其后。从2016到2020年，我国数字李生相关的专利数量呈现明显增长趋势，数字李生技术与创新已经进入快速发展阶段，截至2021年，我国新增数字挛生相关申请专利1771件，同比增长91%成为数字李生技术创新的核心力量。澳大利亚，38,欧洲专利局，686, 8. 06%美国，2552,29. 99%来源：中国信息通信研究院英国，70,0.82%日本，80,0.94%韩国，168,1.97%印度，178,2.09%德国，222,图10全球数字挛生专利数量占比情况来源：中国信息通信研究院图U我国数字挛生专利新增数量变化情况（十）数字挛生城市前期探索已遇建设瓶颈近两年来，数字挛生城市相关实践案例层出不穷，建设探索进入深水区。在取得宝贵经验的同时，数字李生城市建设由于涉及技术复杂、实施参与方较多、业务深度广度较大，已初步暴露出应用浅化、场景与能力单一化同质化、技术与业务脱节、体系化不足、可持续运营乏力等若干问题挑战。1 .数字事生城市建设“有表无里”，渲染可视化与算法机理事生发展不平衡。近年来，渲染引擎的广泛应用，推动数字挛生城市的可视化发展较为充分，但业务部门普遍反映数字挛生与业务脱节、两张皮现象严重，几何模型容易建，业务流程嵌入难，成熟的行业机理模型、业务规则难以与几何模型深度融合，是因为几何模型缺乏语义化描述，即实体对象的数字挛生体并没有全属性要素构建。亟需增强数字李生体的语义化表达，并由单体挛生向业务流程挛生、知识规则与机理算法挛生推进，切实解决业务痛点，发挥数字化对业务分析决策支撑的核心价值。2 .缺乏统一数字季生体表达模型，三维空间数据与业务数据、语义数据融合不理想。一是广域三维数据表达多以“图层化+兴趣点”为主，与对象化、事件化的城市业务流程模式不匹配，导致业务数据融合难。二是业务数据普遍缺乏时序、位置属性，给实体对象、业务流程时空化改造带来不便，现行系统改造压力较大。三是三维空间数据表达缺乏统一标准，GIS>BIM.视频、3Dmax等各条线厂商分头推进各自空间实体对象的表达方式，虽各有优势但缺乏整体性全局性考虑，导致业务应用发展整体上受限。3 .技术企业纵向与横向合作仍不紧密。一是横向上，企业同质化现象多，由于发展初级阶段对可视化需求旺盛，空间化特性较强，大多供给方都围绕可视化、空间计算构建基础能九如空间剖切、空间查询、空间统计、光照分析等，面向深度应用场景需求的能力建设较少，如城市生命线的碰撞检测，基于挛生体的全流程轨迹溯源，基于挛生空间的水淹效果分析等。二是纵向上，上下游企业生态合作仍不足，从GPU计算到数据格式转化与数据治理、平台支撑能力到具体应用场景构建等环节，还未形成上下贯通的整体方案。4 .基于“三融五跨”业务场景驱动的总体设计体系还不健全，数字挛生高价值场景较少。数字挛生城市高价值典型应用场景，如消防应急救援、城市管网管理、自然灾害预测等，需要集成通信、感知、位置、模型等多条线技术，整合政府多部门数据，打通跨系统业务流程，并明确技术间集成关系、多部门的业务数据需求清单、跨部门数据共享机制等。由于缺乏体系化的总体设计指引，以及缺乏业务部门的深度参与，导致在业务、数据、应用、技术等层面尚未形成融合设计方案，高价值、典型应用场景仍难以实现。二、实施建议篇：基于挛生体理念推进挛生城市建设当前数字李生城市建设实施的最大瓶颈是城市的数字挛生体从未构建起来，数据未全方位融合，造成数字李生应用价值未得到充分释放。亟需围绕“数字挛生体”进行数据融合、技术融合和业务融合，打造包含底层数据逻辑和配套能力组件、支撑九种李生能力8的数字李生城市新引擎，形成“全能力、服务型、低代码”的城市级数字挛生底座平台。（一）更新城市总体架构，建设城市数字挛生底座1 .数字事生城市总体架构进一步迭代更新经过五年来发展，数字挛生城市基本形成“三横四纵”的总体架构，“三横”为新型基础设施、智能运行中枢、李生应用体系，“四纵”为组织保障体系、标准规范体系、网络安全防线、运营保障体系，具体如下。8数字李生城市白皮书（2020年），九种能力是指物联感知、全要素表达、可视化呈现、数据融合供给、空间分析计算、模拟仿真推演、虚实交互、自学习自优化等。数字李生城市政府II公众1IM数字化改革制度的组织保障立体化城市安全防线新型基础设施厂城市务¾翎合应用（优先应用领域）=F综合治建应君安全（悟尸田）水利旅域；-） 绿色低碳（我：刁交通物流（A人道:驳）工业制造（H程拄久）城市规建（：-忑图）公共Ag务（£川：士里）平台（含QM平台、城市实景三维平台）数据融合层数据治理层城市大数据平台（含数据资源仓库）支撑平台（含AL区块链、IoT、GlS等）各类应用开智能运行中枢：实体对象字生<->i实体关系学生3X业务规则孳生：城域物联感知平台（含视频）智计算设施存储计口：边缘计氟云计算、超级计算GPUSJBitO网连接设施传输通信：光纤网、5G、砌专网、卫星、定位导航等端采集设施动态：视撅传感器、泛智能化城市部（懵静态：新型测绘统一协同的标准规范可持续发展的运营保障来源：中国信息通信研究院图12数字挛生城市总体架构新型基础设施，承载城市全要素的数据采集、传输与计算，图形计算需求增强。主要包括端采集、网连接、智计算三部分内容，一是通过新型测绘、物联网等终端，采集城市静态、动态数据；二是通过5G、千兆光纤、北斗等网络设施，传输城市运行数据；三是通过边云超智能计算体系，尤其是GPU图形计算，来满足数字挛生城市对图形渲染的强大存储和计算需求。智能运行中枢，融合多源数据和能力组件形成数字享生底座，数字李生体亟需突破。主要包括数据汇聚治理、数据深度融合、数据赋能应用三部分内容，一是依托城市大数据平台、城市感知平台、城市实景三维平台、城市信息模型平台等，全面汇聚城市运行相关数据；二是围绕实体对象李生、实体关系挛生、业务规则李生，以分级分类形式，融合多元、多源、多态数据，打造城市级数字挛生底座平台；三是将底座平台能力以服务组件的形式向各类应用场景赋能。李生应用体系，实现城市多跨场景整体智治的愿景，八大典型场景逐渐“浮出”水面。主要包括面向城市整体智治的八大数字挛生典型场景，即综合治理、应急安全、交通物流、城市规建、水利流域、绿色低碳、工业制造、公共服务等多业务协同场景，以及其他行业领域按需开展数字李生应用升级改造。组织保障体系，助力数字学生城市总体架构顺利实施。通过组织机构改革，建立总体设计、实施专班、项目统筹统建、首席信息官、首席数据官等机制和办法，保障总体架构顺利实施。标准规范体系，确保数据可信互认，系统互联互通。通过元数据、数据目录、数据融合、技术集成关系、应用组件等标准制定，确保可信互认、互联互通。网络安全防线，保障数字挛生城市安全运行。主要包括基础设施安全、数据安全、系统安全等。运营保障体系，形成投入收益可持续发展的建设模式。通过完善建设运营机制、收益分配制度等，建立技术运营团队，形成可持续运营格局。2 .城市级数字季生底座平台具有新内涵数字挛生城市是新型智慧城市建设新模式。智慧城市建设模式是不断发展演化的，与上一阶段智慧城市建设相比，内容形式上，数字挛生城市建设更加注重城市全实体要素数字化表达，并针对全实体要素进行全方位数据融合，在多源数据深度融合基础上，系统性整体性重塑和实现城市“三融