數字孿生技術(shù)在智慧城市中獲得深度應用，各地著(zhù)力推動(dòng)的數字孿生城市建設為城市應急管理的數字化提供了有力支撐。城市應急數字孿生系統可將城市中井蓋、排水管道、河道流量等數據采集聯(lián)網(wǎng)，模擬在遭遇大規模降雨時(shí)城市范圍內的“聯(lián)排聯(lián)調”，對城市給排水系統優(yōu)化提供直接參考。

城市在應對火災時(shí)，可根據不同商業(yè)建筑模型，通過(guò)商業(yè)大樓內承載人員數量、火災蔓延速度和逃生通道容量規劃最佳逃生路線(xiàn)。還可通過(guò)消防栓、煙感傳感器、視頻等設備聯(lián)網(wǎng)為消防救援提供最佳指引。在應對?；沸孤稌r(shí)，可仿真某存儲?；返墓S(chǎng)發(fā)生有害氣體泄露，根據空氣擴散模型計算受影響的城市范圍，并計算疏散路徑。在應對疫情擴散時(shí)，可仿真病毒攜帶人員在城市內行動(dòng)軌跡，根據病毒擴散與傳播控制模型，計算可能受到影響的城市范圍，對隔離方案進(jìn)行精準指導。

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

1.數字孿生系統架構

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)新型基礎設施。

數據層：數據層主要包括保證運算準確性的高精度的數據采集、保證交互實(shí)時(shí)性的高速率數據傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數據管理。

運算層：運算層是數字孿生體的核心，其充分借助各項先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現對下層數據的利用，以及對上層功能的支撐。

功能層：功能層是數字變生體的直接價(jià)值體現，實(shí)現系統認知、系統分析、故障診斷、預測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統認知，數字孿生體能夠真實(shí)描述及呈現物理實(shí)體的狀態(tài)，它是實(shí)現數字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統分析可實(shí)現數字孿生體的狀態(tài)監測功能，發(fā)揮對物理實(shí)體的早期預警作用。故障診斷，通過(guò)分析物理實(shí)體的運行狀態(tài)，了解現象背后的原因。預測推演，是利用仿真技術(shù)來(lái)預見(jiàn)物理實(shí)體未來(lái)的狀態(tài)演變，從而指導當前的運行決策。

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

2.數字孿生系統的典型特征

等價(jià)映射：數字孿生體是對物理實(shí)體的等價(jià)描述，是對物理實(shí)體進(jìn)行數字化而松建的模型數字孿生體的變化能夠真實(shí)反映現實(shí)世界中的物理實(shí)體的變化。數字孿生體能夠實(shí)現雙向映射、數據連接和狀態(tài)交互，起到“數化”、“保真”效果。

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

共生演進(jìn)：“共生”體現在數字孿生體與物理實(shí)體同步構建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著(zhù)孿生對象的生長(cháng)而不斷演變。共智體現在三個(gè)層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數據、算法)、孿生體內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。

預測優(yōu)化：根據物理實(shí)體的各項真實(shí)數據，通過(guò)數字孿生體進(jìn)行仿真，實(shí)現對物理實(shí)體未來(lái)狀態(tài)的預測，預先知曉未來(lái)狀態(tài)能夠輔助用戶(hù)做出更合理的決策。根據物理實(shí)體的實(shí)時(shí)運行狀態(tài)，通過(guò)數字孿生體進(jìn)行監測，實(shí)現對系統不穩定狀態(tài)的預測，預先覺(jué)察即將可能發(fā)生的不穩定狀態(tài)，使用戶(hù)更從容地處理該問(wèn)題。

建立數字孿生體的最終目的，是通過(guò)描述物理實(shí)體集合內在機理，分析規律、洞察趨勢，基于分析與仿真對物理世界形成優(yōu)化指令或策略，實(shí)現對物理實(shí)體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據數字孿生的典型特征，可以得出數字孿生的體系架構。

3.城市應急智慧數字孿生監控系統

（1）綜合態(tài)勢監測

支持整合城市安防、生產(chǎn)生活、自然災害、消防事故等各領(lǐng)域信息資源，基于三維GIS系統，對目標區域的建筑、道路、企業(yè)、危險源、基礎設施、監控點(diǎn)位等重點(diǎn)要素信息進(jìn)行詳細展現。與公安、消防、醫療、交管等多部門(mén)實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現對突發(fā)事件的及時(shí)響應，輔助應急部門(mén)綜合掌控大范圍區域安全態(tài)勢。

（2）城市安全監測

建筑監測

支持對橋梁、大型體育場(chǎng)館、大型綜合體等各類(lèi)大型建筑的數量、空間位置分布、實(shí)時(shí)狀態(tài)等信息進(jìn)行監測和可視化管理；集成各傳感器監測數據，對大型建筑沉降、變形、位移、火災報警、消防設施水位水壓、室內外溫度等運維數據進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，支持異常狀態(tài)實(shí)時(shí)告警。

公用設備設施監測

平臺可對交通樞紐、工廠(chǎng)、人員密集場(chǎng)所等重點(diǎn)區域，以及特種設備（電梯等）、變電站、能源站、調配站等公用設施的位置、分布、類(lèi)型進(jìn)行實(shí)時(shí)監測；對大型公用設施運行狀態(tài)、特種設備運行狀態(tài)、地下管網(wǎng)壓力等管理要素運行信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，支持故障實(shí)時(shí)預警告警，及時(shí)發(fā)現安全隱患，提升基礎設施監管力度。

城市公共空間監測

對公共空間的分布、人車(chē)信息、空氣質(zhì)量等要素進(jìn)行可視化監測；對重點(diǎn)點(diǎn)位布置監控感知設備，建設視頻一張圖，對人員密度、環(huán)境指標、突發(fā)事件等公共安全態(tài)勢進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。當指標超過(guò)預設安全閾值，系統將通過(guò)Icon變色、自動(dòng)告警等形式進(jìn)行呈現，實(shí)現公共空間和重點(diǎn)場(chǎng)所的全方位、無(wú)死角管控。

消防重點(diǎn)單位監測

對人員聚集的公共場(chǎng)景的周?chē)蕾Y源進(jìn)行信息迭代監測，支持通過(guò)三維建模，對重點(diǎn)建筑及各類(lèi)消防設施的外觀(guān)、內部結構等進(jìn)行三維仿真顯示，并對建筑內的空氣煙霧、溫度、人流量、消防設施水位水壓等運行態(tài)勢進(jìn)行監控，配置工單調取、巡檢路線(xiàn)、應急預案等關(guān)鍵輔助功能，提升消防安全監管力度。

（3）自然災害監測

氣象災害監測

支持集成氣象管理部門(mén)業(yè)務(wù)系統、氣象觀(guān)測站、天氣雷達等數據資源，對降雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、雷電等氣象參數進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化監測，支持臺風(fēng)、高溫、雷暴、漢朝等災害氣象的預警告警，并對極端氣象災害的轉移路線(xiàn)進(jìn)行模擬，輔助管理者掌握氣候氣象態(tài)勢，提高應急響應效率。

水旱災害監測

支持集成氣象監測、水利工程監測、城市內澇監測、水位監測等各類(lèi)數據資源，對天氣、降水量及江河湖泊、水庫的水位、水庫蓄水量、總庫容等要素進(jìn)行實(shí)時(shí)監測和可視化分析；支持對大壩、河堤等要素對象進(jìn)行三維顯示，對壩體、河堤位移變形等異常情況進(jìn)行告警，為防汛抗旱、洪災風(fēng)險評估工作提供支持。

4.系統主要功能

（1）綜合態(tài)勢監測

支持整合城市安防、生產(chǎn)生活、自然災害、消防事故等各領(lǐng)域信息資源，基于三維GIS系統，對目標區域的建筑、道路、企業(yè)、危險源、基礎設施、監控點(diǎn)位等重點(diǎn)要素信息進(jìn)行詳細展現。為預警信息發(fā)布、災情發(fā)布提供數據支撐，實(shí)現監測信息的整合和可視化展示，為應急中掌握事發(fā)態(tài)勢，優(yōu)化資源配置提供有效輔助決策。

（2）應急資源整合

平臺通過(guò)對接應急、糧食、消防、公安、衛健、交通、民政等應急資源儲備和管理部門(mén)，匯聚減災救災資源數據，實(shí)現各類(lèi)應急資源的整合和可視化展示。通過(guò)結合具體災害場(chǎng)景進(jìn)行方案推演，確保救援指揮時(shí)能迅速、全面了解、掌握應急信息資源，為應急救援指揮提供智慧支撐。

（3）智能預警告

警基于時(shí)間、空間、數據等多個(gè)維度，為各類(lèi)焦點(diǎn)事件建立閾值告警觸發(fā)規則，自動(dòng)監控各類(lèi)焦點(diǎn)事件的發(fā)展狀態(tài)，對來(lái)自不同部門(mén)和不同系統的告警信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，結合預警模型進(jìn)行風(fēng)險研判，確定告警信息的風(fēng)險級別，提前進(jìn)行可視化預警告警。

（4）應急預案部署

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

（5）應急指揮調度

基于災險情或者歷史災害，能夠快速定位并搜索事發(fā)地點(diǎn)周邊范圍內的應急搶險物資、救援隊伍、避災場(chǎng)所等，生成調度方案。各級指揮中心、救援隊伍和救援現場(chǎng)可通過(guò)平臺進(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)現指揮調度上下聯(lián)動(dòng)、橫向協(xié)同、扁平高效、快速接入。滿(mǎn)足對災害的快速響應和綜合一體化的應急救援指揮需求，實(shí)現重大突發(fā)事件的綜合救援和協(xié)調聯(lián)動(dòng)，提升應急救援的協(xié)同性、整體性、專(zhuān)業(yè)性。