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)盟批準發(fā)布,自2022年11月4日起正式實施。
該標準共聯(lián)合中國雄安集團數(shù)字城市科技有限公司、北京市科學技術(shù)研究院資源環(huán)境研究所、北京航空航天大學、中國科學院地理科學與資源研究所、太極計算機股份有限公司、中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司智能城市研究院、廣聯(lián)達科技股份有限公司、天津智誠智慧城市運營管理有限公司、復(fù)旦大學、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。
標準發(fā)布公告
(相關(guān)資料圖)
01標準主要內(nèi)容
本標準依托國家重點研發(fā)計劃課題《基于全域時空信息的智能城市混合現(xiàn)實及推演技術(shù)》,結(jié)合數(shù)字孿生城市項目實踐及仿真推演應(yīng)用,立足城市多維管控、城市排水防澇、城市通風廊道、城市生態(tài)補水等城市規(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、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)計和開發(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、城市通風廊道、城市生態(tài)補水等城市規(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標準核心亮點
1、定義數(shù)字孿生城市仿真推演術(shù)語
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)模型和計算模型,實現(xiàn)數(shù)字孿生城市仿真對象的模擬復(fù)現(xiàn)及其未來運行規(guī)律狀態(tài)的推測演變的方法。
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,對地理信息要素的幾何形狀進行簡化和平滑處理,保留其屬性和拓撲信息,構(gòu)建以立體、網(wǎng)格、通道、節(jié)點及其組合表征的數(shù)據(jù)模型。
a)體狀要素概化
對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、棱柱或其組合來表征。
b)面狀要素概化
對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)格來表征;對網(wǎng)格元素進行屬性賦值,如網(wǎng)格序號、網(wǎng)格類型(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)線狀要素概化
對具有線狀特征的地理信息要素分別概化為通道元素,以多段線來表征;對通道元素進行屬性賦值,如通道序號、通道類型(陸地型、河道型、有堤型等)、通道等級、通道高程和長寬、通道管徑管長和底高、通道初始水深等。
d)點狀要素概化
對具有點狀特征的地理信息要素分別概化為節(jié)點元素,以點來表征;對節(jié)點元素進行屬性賦值,如節(jié)點序號、節(jié)點類型(泵站、閘門、排水口等)、節(jié)點泵站的收水運行規(guī)則、節(jié)點泵站的收水強度和收水半徑、節(jié)點閘門的排水能力、節(jié)點閘門的排水方向及啟閉狀態(tài)等。
3、明確仿真推演計算模型管理思路
計算模型管理包括計算模型集成、計算模型建立、計算模型驗證、計算模型調(diào)用。
a)計算模型集成
支持物理驅(qū)動模型、數(shù)據(jù)驅(qū)動模型、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、多圖分級路網(wǎng)表征學習模型、指揮調(diào)度機制模型等。
b)計算模型建立
根據(jù)數(shù)據(jù)精度、有效性、覆蓋范圍等信息建立計算模型;根據(jù)物理和數(shù)據(jù)驅(qū)動機制、實踐經(jīng)驗等信息確定計算模型結(jié)構(gòu);根據(jù)訓(xùn)練集對計算模型參數(shù)進行率定,實現(xiàn)模型建立。
c)計算模型驗證
根據(jù)驗證集對計算模型的穩(wěn)定性、可靠性等信息進行驗證;根據(jù)驗證結(jié)果對計算模型結(jié)構(gòu)、參數(shù)進行調(diào)整,實現(xiàn)模型優(yōu)化。
d)計算模型調(diào)用
支持計算模型導(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)管理包括項目管理和任務(wù)管理,支撐計算模型管理、參數(shù)條件設(shè)定、推演結(jié)果驗證等,實現(xiàn)仿真推演任務(wù)執(zhí)行。
a)項目管理
支持項目新建、刪除、修改和查看等;支持同一項目內(nèi)多個仿真推演任務(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、暫停、終止和編排等;支持數(shù)據(jù)模型、計算模型加載、參數(shù)條件設(shè)定、推演結(jié)果驗證;支持權(quán)限范圍內(nèi)的多用戶在線協(xié)作仿真任務(wù)管理;支持物聯(lián)感知數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)在線數(shù)據(jù)實時驅(qū)動仿真任務(wù)執(zhí)行,實現(xiàn)對最新數(shù)據(jù)信息的快速響應(yīng)。
04標準實施意義
本標準是城市數(shù)字孿生標準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)的標準化、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標準引領(lǐng),推動落地驗證
目前正積極推進《數(shù)字孿生城市仿真推演系統(tǒng)功能要求》標準的實踐驗證,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
依托國家重點研發(fā)計劃課題《基于全域時空信息的智能城市混合現(xiàn)實及推演技術(shù)》,利用數(shù)字孿生城市級精準映射、物聯(lián)設(shè)備實時接入、數(shù)據(jù)融合及混合現(xiàn)實交互等技術(shù),融合城市多維時空仿真推演平臺,構(gòu)建雄安新區(qū)容東數(shù)字孿生交互沙盤系統(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
2、湖北武漢城市排水防澇仿真推演
通過對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,加載排水防澇計算模型,設(shè)定計算區(qū)域范圍、起止時間、步長等參數(shù),結(jié)合降雨量時間序列條件,實現(xiàn)排水防澇動態(tài)模擬仿真?;趯嶋H調(diào)查、監(jiān)測成果等數(shù)據(jù)對仿真推演結(jié)果進行驗證。系統(tǒng)可對不同排水方案的排水效果進行對比,識別嚴重內(nèi)澇、輕微內(nèi)澇、輕微積水三個等級風險區(qū),輔助排水防澇現(xiàn)狀評估、風險預(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)補水仿真推演
運用數(shù)字孿生技術(shù),構(gòu)建補水管線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)能的補水調(diào)度策略,確定仿真推演邊界條件,結(jié)合泵站、閥門開關(guān)控制、流量計、攝像頭的實時監(jiān)測信息,采用仿真推演任務(wù)執(zhí)行流程,加載補水計算模型,實現(xiàn)智能、安全可控的數(shù)字孿生生態(tài)循環(huán)補水仿真,科技助力水網(wǎng)設(shè)施功能提升、生態(tài)循環(huán)補水降本增效。
北京海淀生態(tài)循環(huán)補水仿真推演