數(shù)字孿生技術在智慧城市中獲得深度應用，各地著力推動的數(shù)字孿生城市建設為城市應急管理的數(shù)字化提供了有力支撐。城市應急數(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)模降雨時城市范圍內(nèi)的“聯(lián)排聯(lián)調(diào)”，對城市給排水系統(tǒng)優(yōu)化提供直接參考。

城市在應對火災時，可根據(jù)不同商業(yè)建筑模型，通過商業(yè)大樓內(nèi)承載人員數(shù)量、火災蔓延速度和逃生通道容量規(guī)劃最佳逃生路線。還可通過消防栓、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，可仿真某存儲危化品的工廠發(fā)生有害氣體泄露，根據(jù)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，可仿真病毒攜帶人員在城市內(nèi)行動軌跡，根據(jù)病毒擴散與傳播控制模型，計算可能受到影響的城市范圍，對隔離方案進行精準指導。

城市應急數(shù)字孿生系統(tǒng)通過對海量公共安全數(shù)據(jù)進行整理、分析、挖掘、呈現(xiàn)，最終閉環(huán)作用于物理世界，促進城市應急管理的全面透徹感知、系統(tǒng)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)互通并推動形成一體化的預警防控體系。

1.數(shù)字孿生系統(tǒng)架構

感知層：感知層主要包括物理實體中搭載先進物聯(lián)網(wǎng)技術的各類新型基礎設施。

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

運算層：運算層是數(shù)字孿生體的核心，其充分借助各項先進關鍵技術實現(xiàn)對下層數(shù)據(jù)的利用，以及對上層功能的支撐。

功能層：功能層是數(shù)字變生體的直接價值體現(xiàn)，實現(xiàn)系統(tǒng)認知、系統(tǒng)分析、故障診斷、預測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統(tǒng)認知，數(shù)字孿生體能夠真實描述及呈現(xiàn)物理實體的狀態(tài)，它是實現(xiàn)數(shù)字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統(tǒng)分析可實現(xiàn)數(shù)字孿生體的狀態(tài)監(jiān)測功能，發(fā)揮對物理實體的早期預警作用。故障診斷，通過分析物理實體的運行狀態(tài)，了解現(xiàn)象背后的原因。預測推演，是利用仿真技術來預見物理實體未來的狀態(tài)演變，從而指導當前的運行決策。

應用層：應用層是面向各類場景的數(shù)字孿生體的最終價值體現(xiàn)，具體表現(xiàn)為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品，能夠明顯推動各行各業(yè)的數(shù)字化轉型。

2.數(shù)字孿生系統(tǒng)的典型特征

等價映射：數(shù)字孿生體是對物理實體的等價描述，是對物理實體進行數(shù)字化而松建的模型數(shù)字孿生體的變化能夠真實反映現(xiàn)實世界中的物理實體的變化。數(shù)字孿生體能夠實現(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。

實時交互：基于實時傳感等多元數(shù)據(jù)的獲取，孿生體可全面、精準、動態(tài)反映物理對象的狀態(tài)變化，包括外觀、性能、位置、異常等?！皩崟r”體現(xiàn)數(shù)字孿生體所處狀態(tài)是物理實體狀態(tài)的實時虛擬映射;“交互”體現(xiàn)數(shù)字孿生體與物理實體間存在數(shù)據(jù)及指令互動。

共生演進：“共生”體現(xiàn)在數(shù)字孿生體與物理實體同步構建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著孿生對象的生長而不斷演變。共智體現(xiàn)在三個層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(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。

預測優(yōu)化：根據(jù)物理實體的各項真實數(shù)據(jù)，通過數(shù)字孿生體進行仿真，實現(xiàn)對物理實體未來狀態(tài)的預測，預先知曉未來狀態(tài)能夠輔助用戶做出更合理的決策。根據(jù)物理實體的實時運行狀態(tài)，通過數(shù)字孿生體進行監(jiān)測，實現(xiàn)對系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)的預測，預先覺察即將可能發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài)，使用戶更從容地處理該問題。

建立數(shù)字孿生體的最終目的，是通過描述物理實體集合內(nèi)在機理，分析規(guī)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，實現(xiàn)對物理實體決策優(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。

3.城市應急智慧數(shù)字孿生監(jiān)控系統(tǒng)

（1）綜合態(tài)勢監(jiān)測

支持整合城市安防、生產(chǎn)生活、自然災害、消防事故等各領域信息資源，基于三維GIS系統(tǒng)，對目標區(qū)域的建筑、道路、企業(yè)、危險源、基礎設施、監(jiān)控點位等重點要素信息進行詳細展現(xiàn)。與公安、消防、醫(yī)療、交管等多部門實時聯(lián)動，實現(xiàn)對突發(fā)事件的及時響應，輔助應急部門綜合掌控大范圍區(qū)域安全態(tài)勢。

（2）城市安全監(jiān)測

建筑監(jiān)測

支持對橋梁、大型體育場館、大型綜合體等各類大型建筑的數(shù)量、空間位置分布、實時狀態(tài)等信息進行監(jiān)測和可視化管理；集成各傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)，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(nèi)外溫度等運維數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，支持異常狀態(tài)實時告警。

公用設備設施監(jiān)測

平臺可對交通樞紐、工廠、人員密集場所等重點區(qū)域，以及特種設備（電梯等）、變電站、能源站、調(diào)配站等公用設施的位置、分布、類型進行實時監(jiān)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行實時監(jiān)控，支持故障實時預警告警，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，提升基礎設施監(jiān)管力度。

城市公共空間監(jiān)測

對公共空間的分布、人車信息、空氣質量等要素進行可視化監(jiān)測；對重點點位布置監(jiān)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)勢進行實時監(jiān)測。當指標超過預設安全閾值，系統(tǒng)將通過Icon變色、自動告警等形式進行呈現(xiàn)，實現(xiàn)公共空間和重點場所的全方位、無死角管控。

消防重點單位監(jiān)測

對人員聚集的公共場景的周圍消防資源進行信息迭代監(jiān)測，支持通過三維建模，對重點建筑及各類消防設施的外觀、內(nèi)部結構等進行三維仿真顯示，并對建筑內(nèi)的空氣煙霧、溫度、人流量、消防設施水位水壓等運行態(tài)勢進行監(jiān)控，配置工單調(diào)取、巡檢路線、應急預案等關鍵輔助功能，提升消防安全監(jiān)管力度。

（3）自然災害監(jiān)測

氣象災害監(jiān)測

支持集成氣象管理部門業(yè)務系統(tǒng)、氣象觀測站、天氣雷達等數(shù)據(jù)資源，對降雨量、風速、風向、溫度、濕度、雷電等氣象參數(shù)進行實時可視化監(jiān)測，支持臺風、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進行模擬，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(jiān)測

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

4.系統(tǒng)主要功能

（1）綜合態(tài)勢監(jiān)測

支持整合城市安防、生產(chǎn)生活、自然災害、消防事故等各領域信息資源，基于三維GIS系統(tǒng)，對目標區(qū)域的建筑、道路、企業(yè)、危險源、基礎設施、監(jiān)控點位等重點要素信息進行詳細展現(xiàn)。為預警信息發(fā)布、災情發(fā)布提供數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)監(jiān)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

平臺通過對接應急、糧食、消防、公安、衛(wèi)健、交通、民政等應急資源儲備和管理部門，匯聚減災救災資源數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各類應急資源的整合和可視化展示。通過結合具體災害場景進行方案推演，確保救援指揮時能迅速、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

警基于時間、空間、數(shù)據(jù)等多個維度，為各類焦點事件建立閾值告警觸發(fā)規(guī)則，自動監(jiān)控各類焦點事件的發(fā)展狀態(tài)，對來自不同部門和不同系統(tǒng)的告警信息進行關聯(lián)分析，結合預警模型進行風險研判，確定告警信息的風險級別，提前進行可視化預警告警。

（4）應急預案部署

支持將預案的相關要素及指揮過程進行多種方式的可視化呈現(xiàn)與部署，支持對應急管理資源部署、資源分布、行動路線、重點目標等進行展現(xiàn)和動態(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(diào)度

基于災險情或者歷史災害，能夠快速定位并搜索事發(fā)地點周邊范圍內(nèi)的應急搶險物資、救援隊伍、避災場所等，生成調(diào)度方案。各級指揮中心、救援隊伍和救援現(xiàn)場可通過平臺進行雙向語音通信，實時視頻傳至指揮中心大屏，實現(xiàn)指揮調(diào)度上下聯(lián)動、橫向協(xié)同、扁平高效、快速接入。滿足對災害的快速響應和綜合一體化的應急救援指揮需求，實現(xiàn)重大突發(fā)事件的綜合救援和協(xié)調(diào)聯(lián)動，提升應急救援的協(xié)同性、整體性、專業(yè)性。