數(shù)字孿生技術(shù)在智慧城市中獲得深度應(yīng)用，各地著力推動(dòng)的數(shù)字孿生城市建設(shè)為城市應(yīng)急管理的數(shù)字化提供了有力支撐。城市應(yīng)急數(shù)字孿生系統(tǒng)可將城市中井蓋、排水管道、河道流量等數(shù)據(jù)采集聯(lián)網(wǎng)，模擬在遭遇大規(guī)模降雨時(shí)城市范圍內(nèi)的“聯(lián)排聯(lián)調(diào)”，對(duì)城市給排水系統(tǒng)優(yōu)化提供直接參考。

城市在應(yīng)對(duì)火災(zāi)時(shí)，可根據(jù)不同商業(yè)建筑模型，通過(guò)商業(yè)大樓內(nèi)承載人員數(shù)量、火災(zāi)蔓延速度和逃生通道容量規(guī)劃最佳逃生路線(xiàn)。還可通過(guò)消防栓、煙感傳感器、視頻等設(shè)備聯(lián)網(wǎng)為消防救援提供最佳指引。在應(yīng)對(duì)危化品泄露時(shí)，可仿真某存儲(chǔ)危化品的工廠(chǎng)發(fā)生有害氣體泄露，根據(jù)空氣擴(kuò)散模型計(jì)算受影響的城市范圍，并計(jì)算疏散路徑。在應(yīng)對(duì)疫情擴(kuò)散時(shí)，可仿真病毒攜帶人員在城市內(nèi)行動(dòng)軌跡，根據(jù)病毒擴(kuò)散與傳播控制模型，計(jì)算可能受到影響的城市范圍，對(duì)隔離方案進(jìn)行精準(zhǔn)指導(dǎo)。

城市應(yīng)急數(shù)字孿生系統(tǒng)通過(guò)對(duì)海量公共安全數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析、挖掘、呈現(xiàn)，最終閉環(huán)作用于物理世界，促進(jìn)城市應(yīng)急管理的全面透徹感知、系統(tǒng)整體掌控、迅捷精確響應(yīng)，使應(yīng)急管理主體能夠信息共享、互聯(lián)互通并推動(dòng)形成一體化的預(yù)警防控體系。

1.數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)

感知層：感知層主要包括物理實(shí)體中搭載先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各類(lèi)新型基礎(chǔ)設(shè)施。

數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層主要包括保證運(yùn)算準(zhǔn)確性的高精度的數(shù)據(jù)采集、保證交互實(shí)時(shí)性的高速率數(shù)據(jù)傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數(shù)據(jù)管理。

運(yùn)算層：運(yùn)算層是數(shù)字孿生體的核心，其充分借助各項(xiàng)先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)下層數(shù)據(jù)的利用，以及對(duì)上層功能的支撐。

功能層：功能層是數(shù)字變生體的直接價(jià)值體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)認(rèn)知、系統(tǒng)分析、故障診斷、預(yù)測(cè)推演功能，從而起到輔助決策作用。系統(tǒng)認(rèn)知，數(shù)字孿生體能夠真實(shí)描述及呈現(xiàn)物理實(shí)體的狀態(tài)，它是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體其它高級(jí)和智能化功能的基礎(chǔ)。系統(tǒng)分析可實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體的狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，發(fā)揮對(duì)物理實(shí)體的早期預(yù)警作用。故障診斷，通過(guò)分析物理實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)，了解現(xiàn)象背后的原因。預(yù)測(cè)推演，是利用仿真技術(shù)來(lái)預(yù)見(jiàn)物理實(shí)體未來(lái)的狀態(tài)演變，從而指導(dǎo)當(dāng)前的運(yùn)行決策。

應(yīng)用層：應(yīng)用層是面向各類(lèi)場(chǎng)景的數(shù)字孿生體的最終價(jià)值體現(xiàn)，具體表現(xiàn)為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品，能夠明顯推動(dòng)各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2.數(shù)字孿生系統(tǒng)的典型特征

等價(jià)映射：數(shù)字孿生體是對(duì)物理實(shí)體的等價(jià)描述，是對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行數(shù)字化而松建的模型數(shù)字孿生體的變化能夠真實(shí)反映現(xiàn)實(shí)世界中的物理實(shí)體的變化。數(shù)字孿生體能夠?qū)崿F(xiàn)雙向映射、數(shù)據(jù)連接和狀態(tài)交互，起到“數(shù)化”、“保真”效果。

實(shí)時(shí)交互：基于實(shí)時(shí)傳感等多元數(shù)據(jù)的獲取，孿生體可全面、精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)反映物理對(duì)象的狀態(tài)變化，包括外觀、性能、位置、異常等。“實(shí)時(shí)”體現(xiàn)數(shù)字孿生體所處狀態(tài)是物理實(shí)體狀態(tài)的實(shí)時(shí)虛擬映射;“交互”體現(xiàn)數(shù)字孿生體與物理實(shí)體間存在數(shù)據(jù)及指令互動(dòng)。

共生演進(jìn)：“共生”體現(xiàn)在數(shù)字孿生體與物理實(shí)體同步構(gòu)建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著孿生對(duì)象的生長(zhǎng)而不斷演變。共智體現(xiàn)在三個(gè)層面:孿生體與孿生對(duì)象間共享智慧(包括:數(shù)據(jù)、算法)、孿生體內(nèi)部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。

預(yù)測(cè)優(yōu)化：根據(jù)物理實(shí)體的各項(xiàng)真實(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)字孿生體進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體未來(lái)狀態(tài)的預(yù)測(cè)，預(yù)先知曉未來(lái)狀態(tài)能夠輔助用戶(hù)做出更合理的決策。根據(jù)物理實(shí)體的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)數(shù)字孿生體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)的預(yù)測(cè)，預(yù)先覺(jué)察即將可能發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài)，使用戶(hù)更從容地處理該問(wèn)題。

建立數(shù)字孿生體的最終目的，是通過(guò)描述物理實(shí)體集合內(nèi)在機(jī)理，分析規(guī)律、洞察趨勢(shì)，基于分析與仿真對(duì)物理世界形成優(yōu)化指令或策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據(jù)數(shù)字孿生的典型特征，可以得出數(shù)字孿生的體系架構(gòu)。

3.城市應(yīng)急智慧數(shù)字孿生監(jiān)控系統(tǒng)

（1）綜合態(tài)勢(shì)監(jiān)測(cè)

支持整合城市安防、生產(chǎn)生活、自然災(zāi)害、消防事故等各領(lǐng)域信息資源，基于三維GIS系統(tǒng)，對(duì)目標(biāo)區(qū)域的建筑、道路、企業(yè)、危險(xiǎn)源、基礎(chǔ)設(shè)施、監(jiān)控點(diǎn)位等重點(diǎn)要素信息進(jìn)行詳細(xì)展現(xiàn)。與公安、消防、醫(yī)療、交管等多部門(mén)實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事件的及時(shí)響應(yīng)，輔助應(yīng)急部門(mén)綜合掌控大范圍區(qū)域安全態(tài)勢(shì)。

（2）城市安全監(jiān)測(cè)

建筑監(jiān)測(cè)

支持對(duì)橋梁、大型體育場(chǎng)館、大型綜合體等各類(lèi)大型建筑的數(shù)量、空間位置分布、實(shí)時(shí)狀態(tài)等信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)和可視化管理；集成各傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)大型建筑沉降、變形、位移、火災(zāi)報(bào)警、消防設(shè)施水位水壓、室內(nèi)外溫度等運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，支持異常狀態(tài)實(shí)時(shí)告警。

公用設(shè)備設(shè)施監(jiān)測(cè)

平臺(tái)可對(duì)交通樞紐、工廠(chǎng)、人員密集場(chǎng)所等重點(diǎn)區(qū)域，以及特種設(shè)備（電梯等）、變電站、能源站、調(diào)配站等公用設(shè)施的位置、分布、類(lèi)型進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；對(duì)大型公用設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)、特種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、地下管網(wǎng)壓力等管理要素運(yùn)行信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，支持故障實(shí)時(shí)預(yù)警告警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，提升基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)管力度。

城市公共空間監(jiān)測(cè)

對(duì)公共空間的分布、人車(chē)信息、空氣質(zhì)量等要素進(jìn)行可視化監(jiān)測(cè)；對(duì)重點(diǎn)點(diǎn)位布置監(jiān)控感知設(shè)備，建設(shè)視頻一張圖，對(duì)人員密度、環(huán)境指標(biāo)、突發(fā)事件等公共安全態(tài)勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)指標(biāo)超過(guò)預(yù)設(shè)安全閾值，系統(tǒng)將通過(guò)Icon變色、自動(dòng)告警等形式進(jìn)行呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)公共空間和重點(diǎn)場(chǎng)所的全方位、無(wú)死角管控。

消防重點(diǎn)單位監(jiān)測(cè)

對(duì)人員聚集的公共場(chǎng)景的周?chē)蕾Y源進(jìn)行信息迭代監(jiān)測(cè)，支持通過(guò)三維建模，對(duì)重點(diǎn)建筑及各類(lèi)消防設(shè)施的外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等進(jìn)行三維仿真顯示，并對(duì)建筑內(nèi)的空氣煙霧、溫度、人流量、消防設(shè)施水位水壓等運(yùn)行態(tài)勢(shì)進(jìn)行監(jiān)控，配置工單調(diào)取、巡檢路線(xiàn)、應(yīng)急預(yù)案等關(guān)鍵輔助功能，提升消防安全監(jiān)管力度。

（3）自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)

氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)

支持集成氣象管理部門(mén)業(yè)務(wù)系統(tǒng)、氣象觀測(cè)站、天氣雷達(dá)等數(shù)據(jù)資源，對(duì)降雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、雷電等氣象參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化監(jiān)測(cè)，支持臺(tái)風(fēng)、高溫、雷暴、漢朝等災(zāi)害氣象的預(yù)警告警，并對(duì)極端氣象災(zāi)害的轉(zhuǎn)移路線(xiàn)進(jìn)行模擬，輔助管理者掌握氣候氣象態(tài)勢(shì)，提高應(yīng)急響應(yīng)效率。

水旱災(zāi)害監(jiān)測(cè)

支持集成氣象監(jiān)測(cè)、水利工程監(jiān)測(cè)、城市內(nèi)澇監(jiān)測(cè)、水位監(jiān)測(cè)等各類(lèi)數(shù)據(jù)資源，對(duì)天氣、降水量及江河湖泊、水庫(kù)的水位、水庫(kù)蓄水量、總庫(kù)容等要素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和可視化分析；支持對(duì)大壩、河堤等要素對(duì)象進(jìn)行三維顯示，對(duì)壩體、河堤位移變形等異常情況進(jìn)行告警，為防汛抗旱、洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作提供支持。

4.系統(tǒng)主要功能

（1）綜合態(tài)勢(shì)監(jiān)測(cè)

支持整合城市安防、生產(chǎn)生活、自然災(zāi)害、消防事故等各領(lǐng)域信息資源，基于三維GIS系統(tǒng)，對(duì)目標(biāo)區(qū)域的建筑、道路、企業(yè)、危險(xiǎn)源、基礎(chǔ)設(shè)施、監(jiān)控點(diǎn)位等重點(diǎn)要素信息進(jìn)行詳細(xì)展現(xiàn)。為預(yù)警信息發(fā)布、災(zāi)情發(fā)布提供數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的整合和可視化展示，為應(yīng)急中掌握事發(fā)態(tài)勢(shì)，優(yōu)化資源配置提供有效輔助決策。

（2）應(yīng)急資源整合

平臺(tái)通過(guò)對(duì)接應(yīng)急、糧食、消防、公安、衛(wèi)健、交通、民政等應(yīng)急資源儲(chǔ)備和管理部門(mén)，匯聚減災(zāi)救災(zāi)資源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)應(yīng)急資源的整合和可視化展示。通過(guò)結(jié)合具體災(zāi)害場(chǎng)景進(jìn)行方案推演，確保救援指揮時(shí)能迅速、全面了解、掌握應(yīng)急信息資源，為應(yīng)急救援指揮提供智慧支撐。

（3）智能預(yù)警告

警基于時(shí)間、空間、數(shù)據(jù)等多個(gè)維度，為各類(lèi)焦點(diǎn)事件建立閾值告警觸發(fā)規(guī)則，自動(dòng)監(jiān)控各類(lèi)焦點(diǎn)事件的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對(duì)來(lái)自不同部門(mén)和不同系統(tǒng)的告警信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，結(jié)合預(yù)警模型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)研判，確定告警信息的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，提前進(jìn)行可視化預(yù)警告警。

（4）應(yīng)急預(yù)案部署

支持將預(yù)案的相關(guān)要素及指揮過(guò)程進(jìn)行多種方式的可視化呈現(xiàn)與部署，支持對(duì)應(yīng)急管理資源部署、資源分布、行動(dòng)路線(xiàn)、重點(diǎn)目標(biāo)等進(jìn)行展現(xiàn)和動(dòng)態(tài)推演，提高指揮效率、人員對(duì)預(yù)案的熟悉程度、增強(qiáng)處置突發(fā)事件的能力和水平。

（5）應(yīng)急指揮調(diào)度

基于災(zāi)險(xiǎn)情或者歷史災(zāi)害，能夠快速定位并搜索事發(fā)地點(diǎn)周邊范圍內(nèi)的應(yīng)急搶險(xiǎn)物資、救援隊(duì)伍、避災(zāi)場(chǎng)所等，生成調(diào)度方案。各級(jí)指揮中心、救援隊(duì)伍和救援現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行雙向語(yǔ)音通信，實(shí)時(shí)視頻傳至指揮中心大屏，實(shí)現(xiàn)指揮調(diào)度上下聯(lián)動(dòng)、橫向協(xié)同、扁平高效、快速接入。滿(mǎn)足對(duì)災(zāi)害的快速響應(yīng)和綜合一體化的應(yīng)急救援指揮需求，實(shí)現(xiàn)重大突發(fā)事件的綜合救援和協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，提升應(yīng)急救援的協(xié)同性、整體性、專(zhuān)業(yè)性。