企業(yè)搶灘數字孿生城市

新型測繪：快速采集地理信息

國際上實景三維建模工具發(fā)展的比較成熟，比較常見的有Bentley 公司的ContextCapture、Skyline 公司的Photomesh、Airbus 的街景工廠等產品。國內三維實景重建研究起步略晚，隨著國內相關的研究機構和商業(yè)單位積極投入新型測繪三維建模軟件的技術研究和軟件研發(fā)，涌現(xiàn)一大批基于攝影測量的快速三維建模軟件，如泰瑞數創(chuàng)的SmartEarth 遙感像素工廠、武漢天際航的Infinite3D、中測智繪的Mirauge3D 等。國內產品目前普遍還存在功能不完整、性能不穩(wěn)定、效率不夠高等問題。

微軟亞洲研究院正在進行的“城市計算”項目，利用人們的移動特性和地理數據，發(fā)掘城市的功能區(qū)域類型和分布，對制定合理的城市規(guī)劃有著及其重要的意義。

北京市測繪設計研究院立足傳統(tǒng)測繪數據優(yōu)勢，結合不同類型的社會屬性數據，如互聯(lián)網數據（導航數據、社交網絡數據等）、移動設備數據（手機信令、手環(huán)數據等）、傳感器數據（位移傳感器、速度傳感器等）、社會調查數據（調查問卷、在線調查等）等，通過研發(fā)空間大數據分析模型，分析了北京市詳細的建筑量與人口分布等信息，并將分析結果成功應用于多場景的城市現(xiàn)狀評估和未來決策中，為城市體檢、規(guī)劃等重要工作提供決策依據。

重慶市勘測院針對越來越豐富的測繪地理信息大數據，結合自然、人文、經濟、規(guī)劃等數據，對測繪地理信息大數據在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應用進行了探索，形成了一個三維地理空間環(huán)境城市用地豎向解決方案，從中發(fā)現(xiàn)城市用地變化、城市擴展方向等信息，對城市資源配置作定量定性分析，為城市發(fā)展和規(guī)劃提供知識服務。

上海市測繪院針對海量遙感影像數據的管理和服務應用，研發(fā)了基于云計算架構的“遙感影像云服務平臺”。該平臺采用云計算技術，將海量遙感影像數據分布式存儲在云盤，實現(xiàn)共享交換和下載；通過云計算的資源調度分配，可根據用戶在線影像處理服務的需求，提供遙感影像的動態(tài)裁剪、拼接以及復雜遙感影像分析模型的服務。

寧波市測繪設計研究院充分結合寧波市市情，在第一次地理國情普查的基礎上，建設了“寧波市地理市情普查與監(jiān)測平臺”。該平臺整合了多尺度的國情普查數據、社會經濟數據以及行業(yè)數據等，提供了實時數據支持、動態(tài)監(jiān)測和歷史數據時空分析等服務，以滿足市政府行政決策和民生服務的需要。

圖1 L1-L5 場景渲染標準

協(xié)同計算：高效處理海量數據

國內外ICT 服務商、電信運營商和行業(yè)企業(yè)都在積極布局邊緣計算市場，形成中心云和邊緣云分布式一體化部署。

亞馬遜、微軟、阿里、華為等ICT 服務商利用云計算市場先發(fā)優(yōu)勢，將云計算能力向邊緣側拓展。如亞馬遜推出AWS IoT Greengrass，可將AWS 無縫擴展至邊緣設備；微軟推出Azure IoT Edge，將AI和分析工作負荷遷移到網絡邊緣；阿里推出物聯(lián)網邊緣計算平臺，用戶可以將阿里云的邊緣計算能力部署在各類計算節(jié)點或智能設備中，打造云邊端一體化的協(xié)同計算體系；華為推出智能邊緣平臺，支持用戶海量邊緣節(jié)點接入和邊緣應用全生命周期管理，提供完整的云邊協(xié)同一體化的計算解決方案。

中國移動、中國電信、中國聯(lián)通等電信運營商結合5G 建設，加快部署MEC（移動邊緣計算）。如中國移動在10 省近30 個地市現(xiàn)網開展MEC 應用試點，并基于5G 規(guī)模試驗打造MEC 商用能力，致力于分場景靈活部署MEC；中國電信發(fā)布了基于分布式開放平臺的邊緣計算MEC 平臺，支持用戶業(yè)務下沉、應用本地部署等服務及應用，并通過MEC 邊緣CDN 的部署，為相關廠商提供邊緣CDN 資源和環(huán)境；中國聯(lián)通推出Edge-Cloud平臺，在網絡邊緣側融合網絡、計算、存儲、應用、加速資源，并在15 個省市進行規(guī)模試點及試商用建設。

?？低?、超圖、樹根互聯(lián)等行業(yè)企業(yè)基于業(yè)務場景需求，加快邊緣計算在本行業(yè)內應用。如?？低曂瞥鯝ICloud 架構，從視頻監(jiān)控邊緣域到云中心提供計算池化能力；超圖為應對海量空間數據的分析和處理，發(fā)布了邊緣計算產品SuperMap iEdge 9D，提供邊緣GIS能力；樹根互聯(lián)推出根云平臺，通過根云T-Box車載物聯(lián)盒、根云Gateway、根云物聯(lián)代理開放平臺、大數據工坊等一系列產品，為各行業(yè)企業(yè)提供云邊協(xié)同計算能力。

圖2 城市語義化建模表達

全要素表達：精準“描繪”城市前世今生

隨著數字孿生城市興起，目前在城市全要素建模領域也涌現(xiàn)出一批創(chuàng)新能力強、業(yè)務產品突出的企業(yè)，從自動參數化建模，到實景三維建模，再到語義化建模都有不俗表現(xiàn)的代表性產品。

51VR 公司基于自動化建模技術實現(xiàn)數字孿生城市還原，通過靜態(tài)時空數據和動態(tài)天氣、光照等物理仿真，約6 小時即可實時渲染構建數千平方公里的L2 級別數字孿生城市。

由超圖公司牽頭起草，自然資源部信息中心、國家基礎地理信息中心等12 家單位參與起草的《空間三維模型數據格式》團體標準日前正式發(fā)布。該標準定義了一種開放式可擴展的三維地理空間數據格式——Spatial 3D Model（S3M），對傾斜攝影模型、人工建模數據、BIM、點云、三維管線、二維/三維點線面等各類數據進行整合，適用于海量、多源異構三維地理空間數據和Web 環(huán)境下的傳輸與解析，也為不同終端、不同應用系統(tǒng)間的三維數據共享和互操作提供開放、標準、通用的數據格式基礎，兼容多種軟硬件環(huán)境，鼎立支撐實景三維中國和數字孿生城市建設。

泰瑞數創(chuàng)目前已經具有從三維語義建模到語義模型管理到語義模型應用的全流程的技術方案，并已參與到上海公安、天津濱海城市大腦、上海臨港城市大腦等智慧城市建設中。

模擬仿真：在數字世界推演城市運行態(tài)勢

就目前的發(fā)展階段來看，對整個城市進行模擬仿真的軟件產品還未出現(xiàn)，仿真軟件的應用范圍還是局限于部分細分領域，如用于交通仿真的SUMO、VISSIM、Carsim，水動力仿真的MIKE21、HEC、SWIMM，景觀環(huán)境仿真的SITES 平臺和物流固廢仿真的Anylogic。國內仿真軟件與國外相比還有較大差距，國外廠商掌握CAE 有限元算法和CAD 核心幾何內核算法，國內企業(yè)只能通過授權經營方式使用國外幾何內核，基本不具有自主知識產權，多數廠商主要基于國外產品進行二次開發(fā)。

隨著國內仿真軟件的快速發(fā)展，在交通等部分領域已形成一定優(yōu)勢。51VR 公司自主研發(fā)推出51Sim-One 無人駕駛仿真平臺，通過自主研發(fā)的靜態(tài)高精度場景數據編輯和自動化轉換工具，既可對已采集場景的多種數據進行融合，將實體非結構化場景快速生成高擬真的結構化虛擬仿真場景，又可根據自動駕駛測試任務的需要從無到有構建仿真訓練流程與評價體系，極大提升自動駕駛訓練效率。百度公司2017年對外發(fā)布了Apollo（阿波羅）平臺，其中的仿真平臺可以提供貫穿自動駕駛研發(fā)迭代過程的完整解決方案，仿真服務擁有大量的實際路況及自動駕駛場景數據，基于大規(guī)模云端計算容量，打造日行百萬公里的虛擬運行能力。中視典數字科技公司依托自主知識產權的虛擬現(xiàn)實平臺軟件，專門針對數字城市完全自主研發(fā)出產品：數字城市仿真平臺（VRP-Digicity）、三維網絡平臺（VRPIE）、三維仿真系統(tǒng)開發(fā)包（VRP-SDK）等，能滿足不同數字城市規(guī)劃管理領域，不同層次客戶對數字仿真的需求。

深度學習：推動城市自我學習智慧成長

深度學習模型和技術源流多來自西方人工智能科學家, 隨著人工智能理論和技術日益成熟，應用范圍不斷擴大，人工智能產業(yè)正在逐步形成、不斷豐富，相應的商業(yè)模式也在持續(xù)演進和多元化。

目前，數字孿生城市中較為成熟的深度學習產品目前有泰瑞數創(chuàng)CIM Generator 空間語義平臺和商湯科技SenseEarth 平臺。前者是一款融合了深度語義信息的AI PAAS 平臺，它包含了一個強大的人工智能內核，可將各類數據自動解譯生成城市語義模型。同時支持多數據源，包括遙感影像、航空影像、激光點云、建筑圖紙等數據輸入，并內置插件式AI 組件，包括深度學習算法框架，內插多組網絡模型，支持分布式架構。SenseEarth 智能遙感影像解譯平臺是一款面向公眾公開的遙感影像瀏覽及解譯在線工具，具有強大的數據解析和洞察能力，可提供在線體驗基于衛(wèi)星影像的道路提取、艦船檢測、土地利用分類等人工智能解譯功能，并可支撐用戶瀏覽歷史影像，以月度為單位對不同時段的影像進行變化檢測，快速感知城市的變遷與發(fā)展。