城市仿真,如何让梦想照进现实?
财经

城市仿真,如何让梦想照进现实?

2019年12月06日 00:00:00
来源:《经济》杂志

“城市大数据及城市仿真论坛2019”近期在北京举行,今年的主题是深耕、融合、创新。中国城市科学研究会智慧城市联合实验室发布最新产品“城市仿真系统集群平台V2.0”,并携实验室城市仿真生态合作伙伴共同发布“国际城市综合仿真创新平台”。会上,中国城市科学研究会智慧城市联合实验室首席科学家万碧玉回顾了该平台的搭建历程。2015年5月,中国城市科学研究会智慧城市联合实验室数字仿真研究院正式成立,并于次年9月发布第一代城市仿真系统。2018年9月20日,实验室与浪潮集团就城市仿真签署战略合作协议,并陆续与中国联通、华为、银江、奥特美克、软通动力、北京联合大学等开展科研、项目和课题研究;12月18日,启动“城市仿真”试点,四川汶川、广东佛山南海区等成为第一批试点。2019年5月23日,基于城市仿真系统的ISO智慧城市国际标准《智慧城市规划多源数据集成标准》立项成功;2019年8月,在华南落地数字城市创新实验室,开展城市仿真应用研究。

论坛现场 中国城市科学研究会智慧城市联合实验室供图

“城市仿真,一个欲罢不能的梦想。”这是北京大学首都发展研究院副院长、城市治理研究院执行院长沈体雁在会上发出的感慨,同时也是城市仿真的真实写照。一方面,随着大数据的广泛应用和计算能力的不断提高,城市仿真成了人人抢占的“香饽饽”;另一方面,技术门槛让人望而却步,无法做到与应用场景完美结合。一位做交通规划的专业人士曾向《经济》杂志、经济网记者表示,目前仿真技术仍只停留在工具阶段,看起来好看,但是真正能够支撑规划的并不多。“微观世界太复杂,对仿真技术要求比较高,规划人员不是专业人士,无法深入,只能做一些简单的,如仿真路口信号灯、仿真车辆网、仿真客流量等。”

对此,中国城市科学研究会智慧城市联合实验室数字仿真研究院负责人范秦寅也有同感,“我们做仿真、推仿真,最重要的是说服做规划的人用,这就要求我们得懂规划,理解他们的需求,同时也需要加强部门间的交流,在这方面还要更加努力”。

2018年4月20日,雄安新区规划纲要提出数字孪生城市理念。中国城市科学研究会智慧城市联合实验室首席科学家万碧玉在会上针对城市仿真及应用场景驱动下的数字孪生进行了深度剖析。他表示:在数字孪生城市场景中可实现城市精细化管理,数字孪生城市立足城市运行监测、管理、处理、决策等要求,完善城市精细化管理体系,将不断提升人民生活质量和城市竞争力,不断提升市民对城市管理的满意度。就数字孪生城市未来发展而言,将从局部走向全域、从感知走向可控。受管理难度和技术成本影响,数字孪生将从社区、园区、校园、港口等小范围的封闭区域开始,逐步向城市全域、孪生空间过渡。

精度越来越高,应用越来越广

“大数据、城市仿真技术在应急救援领域应用得比较早,从战略规划到部署落实,对该项技术的需求都非常强烈。”应急管理部从事应急救援工作的人员表示,结合近几年的应急救援工作经验,在应用方面的最大感受就是数据越来越大,这个“大”分为两个方面,一是精细化,即数据比例尺越来越大,“在以往数据库中,比例尺达到1:25万就是比较好的数据了,现在数据比例尺已经达到1:1000、1:500甚至更高,这在以前工作中难以想象”。二是准确性,就模型研究而言,从最初的探索模型到现在不仅可以自动产出,还可以通过输入参数数据对原有结果进行修正和改进,准确性越来越高。但无论是研究还是模拟,最终都要归结到应用上去。“《中共中央国务院关于推进防灾减灾救灾体制机制改革的意见》提出,要正确处理防灾减灾救灾和经济社会发展的关系,坚持以防为主、防抗救相结合。应急救援对仿真技术的需求,不仅是在灾前对预期灾情进行预测和风险评估,还要在灾后对模型和预期结果进行修正,这个环节同样非常重要。”

“以台风预报为例,气象局一般都会对登陆时间、地点、平均风速、最高风速等进行预报,但实际上同一时刻不同街道的风速是不一样的,避难时间和对策也是不同的,这就需要城市仿真提前进行预测,评估风险。”范秦寅说。

中国气象局环境气象中心主任、高级工程师张碧辉也表示,城市仿真在气象领域应用很广,并且随着计算能力的不断提高,数字模拟的精度和预报实效也在不断提高。他认为,要做到更加精准的监测,还要有更多城市运行数据加持。“以高速公路上的团雾为例,其范围非常小,可能只有几十米,但是强度很大,能见度非常低,还具有突发性,虽然我们有几万个气象站进行常规监测,但还是会有捕捉不到的情况。因此,我们也在通过移动车辆、探头等多种识别方法,获取更多信息,并将其融入到气象监测中,以实现更加精细的监测和预报。”

“我们的业务板块中,与城市相关的主要有三部分,一是水利、水务仿真,二是城市雨控仿真,三是突发性意外灾害。从仿真角度来说,这三种场景都可以进行预测,如下雨时是否会造成积水,程度如何,是否会造成污染,尤其是饮用水源,应该采取哪些措施予以保护等。”北京奥特美克科技股份有限公司总经理吴玉晓认为,在仿真模拟过程中,要根据不同场景、不同用户的需求,采取不同的模型和算法,并不断进行改进、提升,这样才能更好地解决实际问题。

论坛现场 中国城市科学研究会智慧城市联合实验室供图

仿真一定要综合考量

“城市不仅包含水、土、气、热、形等自然物质系统,也包括人文经济等生命生态系统。”在沈体雁看来,未来城市仿真不仅要关注自然物质过程的仿真,更应该关注人文经济生命生态系统的仿真。

“不管是一座城市还是某一城区或是村镇,在进行规划建设管理时,往往都需要综合考量。从这一角度出发,未来城市仿真应该何去何从?”清华大学建筑学院教授党安荣认为,关键要做到“八个结合”。即问题导向与目标导向相结合、自然要素与人文要素相结合、地上空间与地下空间相结合、室内空间与室外空间相结合、动态要素与静态要素相结合、规划建设与管理相结合、时间尺度与空间尺度相结合、物质空间与信息空间相结合。

在范秦寅看来,实施城市仿真的前提是城市基础数据的集合,也就是物理城市的数字城市、数字孪生城市,如果说各种基础数据如地形、建筑、人口等构筑了数字城市的细胞,那么城市仿真就是骨骼和脉络,各学科的基础理论就是数字城市的大脑各种功能模快。他深信,各学科的深耕、融合、创新将实现多学科全方位的城市仿真,史无前例的中国城市化也将为推动中国科技全面发展提供巨大机会。  “城市大数据及城市仿真论坛2019”近期在北京举行,今年的主题是深耕、融合、创新。中国城市科学研究会智慧城市联合实验室发布最新产品“城市仿真系统集群平台V2.0”,并携实验室城市仿真生态合作伙伴共同发布“国际城市综合仿真创新平台”。会上,中国城市科学研究会智慧城市联合实验室首席科学家万碧玉回顾了该平台的搭建历程。2015年5月,中国城市科学研究会智慧城市联合实验室数字仿真研究院正式成立,并于次年9月发布第一代城市仿真系统。2018年9月20日,实验室与浪潮集团就城市仿真签署战略合作协议,并陆续与中国联通、华为、银江、奥特美克、软通动力、北京联合大学等开展科研、项目和课题研究;12月18日,启动“城市仿真”试点,四川汶川、广东佛山南海区等成为第一批试点。2019年5月23日,基于城市仿真系统的ISO智慧城市国际标准《智慧城市规划多源数据集成标准》立项成功;2019年8月,在华南落地数字城市创新实验室,开展城市仿真应用研究。

论坛现场 中国城市科学研究会智慧城市联合实验室供图

“城市仿真,一个欲罢不能的梦想。”这是北京大学首都发展研究院副院长、城市治理研究院执行院长沈体雁在会上发出的感慨,同时也是城市仿真的真实写照。一方面,随着大数据的广泛应用和计算能力的不断提高,城市仿真成了人人抢占的“香饽饽”;另一方面,技术门槛让人望而却步,无法做到与应用场景完美结合。一位做交通规划的专业人士曾向《经济》杂志、经济网记者表示,目前仿真技术仍只停留在工具阶段,看起来好看,但是真正能够支撑规划的并不多。“微观世界太复杂,对仿真技术要求比较高,规划人员不是专业人士,无法深入,只能做一些简单的,如仿真路口信号灯、仿真车辆网、仿真客流量等。”

对此,中国城市科学研究会智慧城市联合实验室数字仿真研究院负责人范秦寅也有同感,“我们做仿真、推仿真,最重要的是说服做规划的人用,这就要求我们得懂规划,理解他们的需求,同时也需要加强部门间的交流,在这方面还要更加努力”。

2018年4月20日,雄安新区规划纲要提出数字孪生城市理念。中国城市科学研究会智慧城市联合实验室首席科学家万碧玉在会上针对城市仿真及应用场景驱动下的数字孪生进行了深度剖析。他表示:在数字孪生城市场景中可实现城市精细化管理,数字孪生城市立足城市运行监测、管理、处理、决策等要求,完善城市精细化管理体系,将不断提升人民生活质量和城市竞争力,不断提升市民对城市管理的满意度。就数字孪生城市未来发展而言,将从局部走向全域、从感知走向可控。受管理难度和技术成本影响,数字孪生将从社区、园区、校园、港口等小范围的封闭区域开始,逐步向城市全域、孪生空间过渡。

精度越来越高,应用越来越广

“大数据、城市仿真技术在应急救援领域应用得比较早,从战略规划到部署落实,对该项技术的需求都非常强烈。”应急管理部从事应急救援工作的人员表示,结合近几年的应急救援工作经验,在应用方面的最大感受就是数据越来越大,这个“大”分为两个方面,一是精细化,即数据比例尺越来越大,“在以往数据库中,比例尺达到1:25万就是比较好的数据了,现在数据比例尺已经达到1:1000、1:500甚至更高,这在以前工作中难以想象”。二是准确性,就模型研究而言,从最初的探索模型到现在不仅可以自动产出,还可以通过输入参数数据对原有结果进行修正和改进,准确性越来越高。但无论是研究还是模拟,最终都要归结到应用上去。“《中共中央国务院关于推进防灾减灾救灾体制机制改革的意见》提出,要正确处理防灾减灾救灾和经济社会发展的关系,坚持以防为主、防抗救相结合。应急救援对仿真技术的需求,不仅是在灾前对预期灾情进行预测和风险评估,还要在灾后对模型和预期结果进行修正,这个环节同样非常重要。”

“以台风预报为例,气象局一般都会对登陆时间、地点、平均风速、最高风速等进行预报,但实际上同一时刻不同街道的风速是不一样的,避难时间和对策也是不同的,这就需要城市仿真提前进行预测,评估风险。”范秦寅说。

中国气象局环境气象中心主任、高级工程师张碧辉也表示,城市仿真在气象领域应用很广,并且随着计算能力的不断提高,数字模拟的精度和预报实效也在不断提高。他认为,要做到更加精准的监测,还要有更多城市运行数据加持。“以高速公路上的团雾为例,其范围非常小,可能只有几十米,但是强度很大,能见度非常低,还具有突发性,虽然我们有几万个气象站进行常规监测,但还是会有捕捉不到的情况。因此,我们也在通过移动车辆、探头等多种识别方法,获取更多信息,并将其融入到气象监测中,以实现更加精细的监测和预报。”

“我们的业务板块中,与城市相关的主要有三部分,一是水利、水务仿真,二是城市雨控仿真,三是突发性意外灾害。从仿真角度来说,这三种场景都可以进行预测,如下雨时是否会造成积水,程度如何,是否会造成污染,尤其是饮用水源,应该采取哪些措施予以保护等。”北京奥特美克科技股份有限公司总经理吴玉晓认为,在仿真模拟过程中,要根据不同场景、不同用户的需求,采取不同的模型和算法,并不断进行改进、提升,这样才能更好地解决实际问题。

论坛现场 中国城市科学研究会智慧城市联合实验室供图

仿真一定要综合考量

“城市不仅包含水、土、气、热、形等自然物质系统,也包括人文经济等生命生态系统。”在沈体雁看来,未来城市仿真不仅要关注自然物质过程的仿真,更应该关注人文经济生命生态系统的仿真。

“不管是一座城市还是某一城区或是村镇,在进行规划建设管理时,往往都需要综合考量。从这一角度出发,未来城市仿真应该何去何从?”清华大学建筑学院教授党安荣认为,关键要做到“八个结合”。即问题导向与目标导向相结合、自然要素与人文要素相结合、地上空间与地下空间相结合、室内空间与室外空间相结合、动态要素与静态要素相结合、规划建设与管理相结合、时间尺度与空间尺度相结合、物质空间与信息空间相结合。

在范秦寅看来,实施城市仿真的前提是城市基础数据的集合,也就是物理城市的数字城市、数字孪生城市,如果说各种基础数据如地形、建筑、人口等构筑了数字城市的细胞,那么城市仿真就是骨骼和脉络,各学科的基础理论就是数字城市的大脑各种功能模快。他深信,各学科的深耕、融合、创新将实现多学科全方位的城市仿真,史无前例的中国城市化也将为推动中国科技全面发展提供巨大机会。