华为中国信通院：2024数字孪生发展研究报告

CAICT中国信通院CAICT中国信通院数字孪生发展研究报告华为云计算技术有限公司中国信息通信研究院产业与规划研究所2024年6月版权声明本报告版权属于华为云计算技术有限公司和中国信息通信研究局等部门印发《关于深化智慧城市发展推进城市全域数字化转型的指导意见》,为城市全面数字化转型提出新要求、指明新方向。以AI大模型、数字孪生为代表的创新技术快速发展，成为数字经济时发展快速，成效显著,但仍面临数据难融合、技术难集成、场景需深AI大模型等创新技术应用，以数字孪生体深化机理模型构建和推动 11.1.政策加持：数字孪生成为全域数字化转型强抓手 1 4 6第二章数字孪生需求旺盛，建设发展仍面临严峻挑战 92.1.数据缺融合：数据归集不足并缺乏组织方法 92.2.技术难集成：跨业务系统接口难打通功能难调用 2.3.场景需深化：业务部门参与不足致技术与应用脱节 2.4.机制待变革：标准规范与机制不健全抑制价值释放 3.1.数字孪生发展基本呈现五阶段演进路线 3.2.数字孪生迈向更高发展阶段的发展路径选择 4.1.设施层：实现全域物理对象状态全要素表达与优化调控 4.2.数据层：建立全域多维数据深度融合数字孪生数据底座 2 4.6.应用体系：构建全域数字孪生深度应用场景 5.2.数字孪生水利 495.5.数字孪生文旅 第六章未来展望 56 566.2.人工智能技术助力数字孪生体构建 576.3.对象孪生与流程孪生强化机理孪生 6.4.数字孪生体助推数据要素资产化价值化 586.5.数字孪生底座推动产业生态由竞争转向合作 58图目录图1相关部委政策部署情况_ 2图2新技术激化数字孪生活力 4图3数字孪生五阶段演进路线 图4数字孪生总体框架 18图5时空大模型能力层级对比 25图6生成式数字孪生城市总体架构 图7福田区福镜CIM平台架构 39 41 41图10某数字灌区总体框架 48图12能源场景的数据采集、建模和高阶孪生应用 52图13AR实景体验严复故里 图14“地图迷踪”交互游戏 551第一章数字化转型迈入数字孪生、虚实共生发展新阶段扩展现实(XR)等新技术融合加持下，数字孪生逐渐成为各行业数1.1.政策加持：数字孪生成为全域数字化转型强抓手2《保化智慧壤市发展推进被市全域数字化转型的指导《保化智慧壤市发展推进被市全域数字化转型的指导“因地制宜推进数字李生城市建设”。章调合复属排均方章[2024-2020年》》等打造“数字李生标杆工厂”,以示范引领工业制造业转型升级。族动构建面向工业生产全生命周期的数字事生系统。“全面推进实景三维建设”,驱动国土空间治理数字·全直推进实景三维建设，明确相关技术路线，构理统一空防据基础，为各行业数字化程供全面的书据支持。以水利工程为锚点，全面推进“数字事生流域”。·努力开服水利工程建设领减信息化基础设庞体赢，数字享生平台和业务应用体系的建没，实现全直预别、预警、预高强调加快信息平台融合，支撑新型智慧城市建设.·加快减市综合管理信息平台同减市信息模型(CM)基础平台深座随合，试点应用，以促进城市规建管教字化辆型填合国体及·提出“建设数字孪生公路体系”,推动交通全流程数·持续加强智慧公路，智悬铁路等现代交通运输体系的质屋规研究，行进交通领域与数字字生技术深度融合，构建暂能化发展水平《关于卸快难进源数宇北暂制北发用的岩干章见)·推动数字技术与能源产业发属深度融合，提升能原数字化智能化发属水平·通过数字化智能化技术，加强纸型基础设的建设释放能数据价值，强化安金保障.加速发电，电网、煤虞、油气得行业《原工业花物知发展改革委、数据局等部门提出“因地制宜推进数字孪生城市建设”。《深化智慧城市发展推进城市全域数字化转型的指导意见》提出，建立城市数字化共性基础，发展基于人工智能等技术的智能分析、智能调度、智能监管、辅助决策，推动虚实共生、仿真推演、迭代优化的数字孪生场景落地，支撑城市全领域数字化转型。工业和信息化部打造“数字孪生标杆工厂”,以示范引领工业制造业转型升级。工业和信息化部发布信息化和工业化深度融合的发展规划和工业数字化转型工作方案等政策，积极推动构建面向工业生产全生命周期的数字孪生系统，推进相关标准制定，促进工业生产的数自然资源部提出“全面推进实景三维建设”,驱动国土空间治理数字化转型。自然资源部出台自然资源三维立体时空数据库建设和自然资源数字化治理能力提升等方案，并全面推进实景三维建设，明确3利部相继出台推进水利工程建设数字孪生的指导意见和开展数字孪城市信息模型(CIM)基础平台建设试点工作，出台《城市信息模型(CIM)基础平台技术导则》等规范要求，指导各地CIM基础平台交通运输部提出“建设数字孪生公路体系”,推动交通全流程数4·开启全新的用户体验方·开启全新的用户体验方式为用户打造沉漫式合的数字新世界允游用户根围需求，选择并组合不同功期·云原生，微服务架构尊技术·从单域智址，被动响应模式逐多转文为全域协同泊理，智能响应，·三堆模型构建的在染周期大帽缩理实时地反映物理世界的动态变化·肉更高级君的标准化开放性迈进·使数字事生平台更加便捷.高效且易于维护的图像编码技术优化·图形处理单元(GPU)性能摺升·XR广展现实技术，包与未来交互界面·AI大模影泛化能力实现低成本三Al大模型图2新技术激化数字孪生活力基于生成式AI的实时建模，实现低成本三维模型构建。随着基于Transformer架构¹的图像编码技术的优化与图形处理单元(GPU)用一款创新的生成式AI模型——LATTE3D,能够在一秒之内将文本提示转化为3D模型。VAST团队推出TripoSR模型2,在0.5秒的时1.Transformer是一种用于自然语言处理和其他序列到序列任务的深度学习模型架构2.TripoSR模型是一种利用Transformer架构进行快速前馈3D生成的3D重建模型。5间内实现将单张图片生成高质量的3D模型。基于AI的实时建模技术可以快速生成场景模型，使得近乎实时反映物理世界的动态变化成AI大模型，成为驱动智慧决策的核心引擎。AI大模型凭借其大规模的数据样本训练和强大的泛化能力，能够从海量数据中提取深层模式、挖掘潜在规律、预测发展趋势，为城市规划、资源配置、应急响应等复杂场景提供精准、高效的决策辅助。亚马逊TwinMaker数字孪生服务可以快捷生成楼宇、工厂、工业设备和生产线等现实世界的数字孪生，利用物联网和数据提高运营效率，准确预测系统行为，在设备故障前快速做出预测性维护决策，减少设备停机时间。华为推出的盘古大模型3.0通过训练与推理让所有决策可计算，可使数字孪生领域从以往单域智能、被动响应的模式逐步转变为全域协同治理、智能响应、趋势预判的模式。组件化轻量化集成平台，加速数字孪生应用的灵活部署。组件化、轻量化的集成平台是促进数字孪生技术普及和应用的关键。这类平台允许用户根据实际需求，选择并组合不同功能模块，实现快速部署和灵活扩展。微软Azure数字孪生平台可以将组件化的物联网设备通过拖拉拽方式与任何业务系统输入的内容连接起来，建立一个跨环境的实时集成层，打破互联环境中的数据孤岛。华为河图KooMap云服务通过参数化轻量化算法，在保证数据实体及语义完整的基础上，实现多源三维大数据量加载的秒级体验。技术集成平台将向更高级别的标6准化、开放性迈进，通过云原生、微服务架构等技术，使数字孪生平台更加便捷、高效且易于维护。XR互动技术，重塑用户体验与未来交互界面。XR技术包括虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR),是数字空间与现实空间的交互技术，可融入数字孪生技术体系中，已应用于规划评审、教育培训、文化旅游、政务服务、应急安防等多个场景，极大改善用户服务体验。苹果、Meta、微软、谷歌等科技巨头纷纷布局XR产业，推出如AppleVisionPro与MetaQuest3等新型智能硬件设备，并搭建闭环完整的软件技术生态，XR技术得以广泛普及。XR与数字孪生的深度融合将为用户打造沉浸式、强交互、与现实无缝融合的数字世界，丰富数字孪生应用场景，开启全新的用户体验。随着国家“三融五跨3”“一体化应用集成”等政策的深入推进与实施，各类平台正在加速融合性发展，不仅在技术层面整合，更在于服务模式和用户体验的革新。同时，沉浸式交互式元宇宙体验、数据要素价值化等需求旺盛，有力催生数字孪生新模式新应用。应用一体化需求加速数字孪生集成平台落地。我国积极推动智慧城市建设从“点状”信息化系统，到各部门依据管理职能提供“条线”上”一体化集成应用。国家层面强化统筹规划，开拓性建成了全国一体化政务服务平台，打出“极简办”“掌上办”“指尖办”“跨省办”7等一系列行之有效的组合拳。地方层面，上海、浙江、广东、重庆等始终以一体化建设理念，推进如上海“一网统管”、浙江“最多跑一次”、广东“粤省事”、重庆“渝快办”等创新实践落地视频一体化、算力一体化、CIM三维模型一体化、水务一体化等已建功能性平台趋于完备。数字孪生底座平台是共性技术赋能平台之一，既可以提供丰富的三维空间数据底板，又可以提供空间分析、建模仿真等组件功能，能够有效支撑规划一张图、建设监管一张网、城市治理一盘棋等创新场景的建设。数据资产价值化流通为数字孪生发展提供新思路。数据资产流通是当前业界关注的重点，也为数字孪生技术的方面，数字孪生技术通过创建实体的虚拟模型、虚拟化身，能够实现数据的有效管理和利用，实现全业务流程创新。另一方面，构建跨行业数据融合、具有流通高价值属性的数字孪生体，为数据资产交易提供了新思路。2023年GoogleMaps采用云服务收费方式，面向公众开放3DTiles格式的实景三维数据服务，有利于形成高质量、低成本的三维数据资产，有效促进了数据的开发利用。2024年乘木科技先行先试数据资产入表工作，研发“城市部件三维模型(植被)”数据产品，在广州数据交易所完成场内闭环交易。此外，苏州工业园区、北京通州区、上海东方枢纽等地纷纷建设城市级数字孪生体，探索实现基于数字孪生体的数据资产价值化流通。沉浸式交互式的元宇宙体验为数字孪生创造新机遇。随着科技不断进步和用户需求持续演变，沉浸式和交互式体验正成为新时代用户8基本需求。用户需求转变先后催生了元宇宙商圈、元宇宙景区、数字人等创新场景。元宇宙是基于数字孪生、区块链等数字技术构建的虚拟化经济社会应用形态和服务生态，元宇宙发展需求又有力驱动数字孪生持续创新。麦肯锡、AnalysisGroup等国际咨询机构均预测，未来10年全球元宇宙市场规模或达万亿美元级别。我国发布元宇宙、虚拟现实等政策文件，旨在支持元宇宙产业与实体经济融合发展，并将数字孪生作为元宇宙的关键技术。浙江、上海、北京、成都等国内发达省市纷纷发展元宇宙技术产业和构建元宇宙场景应用。如，上海张江积极打造数字孪生城市，以数字孪生底座系统为基础，开发一批支撑开发草鞋山遗址元宇宙、金鸡湖商圈元宇宙等场景建设。9第二章数字孪生需求旺盛，建设发展仍面临严峻挑战根据MordorIntelligence数据，2024年全球数字孪生市场规模预估为190亿美元，并预计以36.9%的复合年增长率持续扩大4。在我国，超过半数的地级行政区已经开展数字孪生城市的建设，市场规模累计达到600亿元5,已经在城市、水利、交通、能源等领域涌现出一批态势感知、仿真推演、智能决策的应用场景。然而，在数字孪生市场迅猛发展、建设需求日益旺盛的背景下也暴露了数字孪生技术应用在数据融合、技术集成、场景深化和机制变革等方面问题。数据要素是数字孪生实现的基础，然而在实际操作中，数字孪生技术应用在数据开发利用上面临高价值高质量数据难以采集、多源异构数据缺融合等难题。一是高价值高质量数据难以采集。数字孪生领域的数据来源多样且分散，包括传感器、物联网设备、业务系统等，精准高效地收集数据成为一个巨大挑战。三维模型的精度限制、传感器的网络延迟及设备故障都将导致数据不完整或失真，影响数字孪生模型的准确性和可靠性。二是多源异构数据缺融合。数字孪生感知体系中涉及多领域、多行业、多用户、海量设备设施异构数据的生产，无法关联挂接与实体对象相关的各类属性数据，不能全面地反映实体对象及其运行状态。当前亟须对实体对象离散的全生命周期数据进行融合，实现实体对象全要素数字化和语义化表达，满足应用对数据的多样化调用需求，为数据资产化价值化流通奠定基础。2.2.技术难集成：跨业务系统接口难打通功能难调用数字孪生发展面临多方面技术问题，其中跨业务系统间技术接口壁垒与不同厂商间的技术引擎壁垒制约了当前数字孪生应用潜力的释放。一是跨业务系统技术接口难打通。数字孪生不同业务系统间的技术标准不一、能力接口封闭，导致跨系统、跨领域的孪生模型与能力组件集成困难，限制了多业务融合应用场景的开发与推广。二是厂商间技术引擎功能难调用。一方面，现有主流厂商的技术引擎使用不同的数据格式和结构进行数据存储，引擎与数据绑定严重，使得各类各类引擎封闭的开发环境限制了第三方开发者的接入，应用与服务难以进行扩展，阻碍了行业生态的繁荣发展。2.3.场景需深化：业务部门参与不足致技术与应用脱节数字孪生技术在应用过程中存在高价值应用场景匮乏、技术与业务场景脱节等问题，制约了其深入发展的潜力。一是缺乏高价值应用场景。部分城市在推进数字孪生场景建设中，过于注重对城市实景精细化重现等低价值场景的表达，致使当前应用场景大多集中在单一或基础层面，未能充分挖掘跨领域的高价值应用。行业数字孪生算法在城市治理、交通出行、水利水务等领域的跨界融合尚待深入探索，限制了数字孪生技术解决行业特定问题和创造高附加值解决方案的能力。二是数字孪生技术与业务场景脱节。近年来，业务部门普遍反映数字孪生与业务脱节、两张皮现象严重，缺乏对业务需求与目标的深入分析。成熟的行业机理模型、业务运行规则难以与孪生体模型、数字孪生技术进行深度融合，导致数字孪生技术与业务发展脱节，仿真模拟准确性不高，无法发挥数字化对业务分析决策支撑的核心价值。数字孪生发展面临缺乏统一的标准与规范、可持续运营机制空白、统一运维管理缺失等多方面的机制问题，制约了其进一步推广和应用的潜力。一是缺乏统一的标准与规范。行业内外尚未建立统一的数据格式、技术框架、交付要求等标准，不同组织和系统间的数据互操作性低，增加了技术集成的难度和成本，阻碍了数字孪生模型的共享与许多数字孪生项目缺乏明确的长期维护和升级机制，包括资金投入的连续性、系统更新规划以及运营团队的持续维护，导致项目容易陷入“建而不管”或“建后即弃”的困境，难以发挥长期价值。三是统一运维管理缺失。随着数字孪生平台的持续开发与落地，运维管理的重要性日益凸显。当前已投入运营的数字孪生平台中，普遍存在数据更新不及时、系统故障响应慢、资源分配不合理等问题，需要建立统一的运维管理体系，确保系统的稳定运行与资源的高效利用。第三章新技术加速推动数字孪生建设向认知智能发展3.1.数字孪生发展基本呈现五阶段演进路线三维模型驱动渲染驱动向控制全息仿真驱动人工智能驱动技术(CAE、CAD)引擎等技术融合应用感知、自动化控制快速发展空间孪生、可视孪生机理模型孪生，智能优化、沉浸交互应用方向景医疗、建筑、城市等领域探索应用能源等探索应用应急等深度应用，开始面向个人的场景应用用，实现元宇宙图3数字孪生五阶段演进路线第一阶段：三维模型驱动(Model-Based)。该阶段是数字孪生计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助制造(CAM)等计算机建模地理信息系统(GIS)、建筑信息模型(BIM)以及可视化渲染等技展了其应用范围。传统的二维GIS技术在与GIS和BIM等建模技术开始初步融合，形成了有效的控制闭环，和决策支持能力。同时，虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等交互技术兴起，以及高逼真可视化渲染引擎如UE和Unity的广泛应用，能驱动为特征。随着人工智能生成内容(AIGC)和人工智能代理技术(AIAgent)的快速发展，可以预见未来将步入由人工智能驱动的3.2.数字孪生迈向更高发展阶段的发展路径选择能力。但是传统技术引擎与数据绑定严重，如BIM引擎用于BIM模型的开发和设计，使用IFC、OSGB格式；GIS引擎是为GIS开发而设计的软件框架，游戏引擎是为游戏软件开发而设计，这些引擎的格式未来能力扩展难，需要重构多能力集成且生态开放的数字孪生新引擎。组件化是一种可选择的软件开发模式，通过将现有能力引擎充分解耦，与数字孪生体数据格式适配，拆解为不同功能或模块划分为独立的组件，通过API(应用程序编程接口)等进行连接，形成一个灵活、可扩展的“功能组件”库，为上层应用按需调用。这些组件还可以分别进行开发、测试和维护，从而提高整个平台的可维护性、可扩展性、开发效率和灵活性。路径四：强化能力供给，形成开放、便捷、全面的数字孪生服务体系。伴随数字孪生技术不断成熟、需求快速增长，GIS、BIM、可视化渲染、物联网、模拟仿真等各领域厂商纷纷布局低代码平台，支持应用场景自由搭建、灵活扩展及多样化部署，有效降低开发成本和风险，提高数字孪生应用场景建设效率。基于数字孪生体的全要素数据融合，以及全引擎融合的能力底座，通过对外提供API、SDK(软件开发工具包)等开放开发接口，可提供丰富的数据服务或能力服务，支持数字孪生行业应用快速上线。其中，数据服务可包含各类数字孪生体编织服务、管理服务等，能力服务可包含模拟仿真、可视化渲染、AR/XR、智能检索以及低代码开发等服务。路径五：重塑业务场景，形成全行业赋能的数字孪生融合场景应用。在“一网统管”“数字化转型”“治理能力现代化”“碳达峰碳中和”等关键政策和理念指导下，各领域面临新的需求和挑战。数字孪生可以打破传统的业务壁垒，促进不同部门、行业、系统和平台间的整合与协作，助力城市跨部门跨行业跨系统跨平台的“多跨”场景落地。把握这些政策机遇，推动数字孪生技术与城市管理、水利、交通、文旅等领域的深度融合至关重要。随着人工智能技术的加持，预计数字孪生将在上述领域催生出众多创新且高价值的应用，为社会发展和经济进步开辟新道路。路径六：促进可持续发展，构建开放、安全的数字孪生保障机制。数字孪生城市的建设需要创新开发合作、安全共建的多方协同工作机制。一是通过汇聚数字孪生相关政府部门、科研机构、数字孪生企业、高校等多方产业与技术资源，形成多方共建、成果共享的建设和运行模式。二是强调安全的重要性，利用区块链、隐私计算、数据非线性变化等先进技术，对数字孪生体等敏感数据进行脱敏处理，确保数据的安全流通，并建立与之匹配的数字安全管理机制，以维护整个系统的安全性。第四章共同打造能力聚合、开放扩展的数字孪生架构平台开放赋能体系立体化安全防线统一运维管理统一控制台能力层数据层生成式市工业制造服务层设施层能源网图4数字孪生总体框架4.1.设施层：实现全域物理对象状态全要素表达与优化的稳定性。利用光纤传输、5G通信技术、更高级的编码和解码技术4.2.数据层：建立全域多维数据深度融合数字孪生数据彩生成”,将彩色图像生成从三通道(蓝绿红)转变为单通道(灰度),6.图元驱动是计算机图形学中的一种基础技术，它涉及将图形元素(即图元)如点、线、多边形等渲染到屏幕上的过程。维模型(Mesh)与BIM融合，配准精度优于20厘米；地形三维(DOM/DEM)与BIM融合，配准精度优于2米；园区视频与三维Mesh/BIM融合，投影拼接误差优于5像素。通过人工智能加持，实现海量不同来源、不同分辨率的异构数据的智能高效融合，从而降低CIM平台的建设成本，提高数据使用效率。Rest、MQTT等连接技术快速获取海量时空数据、IoT数据和业务专题数据。按照不同数据类型和使用场景，将数据冷热分级存储在分布式文件系统、关系型数据库和非关系型数据库中，利用分布式缓存数据库优化访问速度。同时，采用Geohash、GeoSOT等编码方式对时空数据进行编码，并构建高效的时空索引，以支撑上层应用毫秒级快速检索和加载城市级海量三维数据，满足对城市级海量数据的快速获取、安全存储和高效获取的需求。构建数字孪生体的数据资源体系，有力推动形成数据流通空间。在获取相关数据基础上，按照标识、时空、几何、状态、能力、关系、专有属性、扩展属性的孪生体描述框架，进行实体对象各维度属性的组装。按照数字孪生体八种类型的划分，确定实体对象属于哪个类别。参考元数据标准7,确定该对象的共有属性和专有属性，并根据业务场景要求，确定其扩展属性。针对几何属性，应构建或获取所需精度的几何表达模型。针对状态、能力，着重获取可供调用的接口。针对时空属性，确定其时空位置信息。针对标识属性，参考统一标识编码7.《数字孪生城市数字实体元数据》行业标准。等)、多种设备的接入模式。支持基于物模型的消息通信、命令下发等设备业务管理。可视化渲染能力，呈现更逼真视觉效果。可视化渲染能力包括基于虚拟化几何和虚拟化纹理实时渲染技术、基于GPU并行渲染及同步更新技术和基于深度学习的视频流画面增强技术等。将数据几何和纹理进行参数化，虚拟切割，结合GPU调度算法，显著降低内存及GPU开销，实现更逼真的渲染效果。优化GPU并行渲染技术，通过数据批量提交减少GPU数据回读频次，确保集群渲染过程中缓存一致，提升渲染效率。利用卷积神经网络提取网格分层特征信息，进行基于预测及像素相关性的图像质量增益。在弱网环境下，通过质及流畅度。视频分析计算能力，构建实时实景孪生场景。经过编解码的摄像头采集的视频数据，经过一系列畸变校正、拼接、融合、配准等动作融合到三维孪生场景中，同时它还对融合到三维孪生场景的视频数据，提供视频像素计算、视频对象语义化的时空计算以及提供视频AI时空智能相关的应用。时空分析能力，提供时间和空间的洞察分析。基于分布式计算、空间深度学习和空间机器学习等技术，提供二三维时空分析能力。包括支持矢量数据的叠加分析、邻近分析等，栅格数据的地形分析、影像分析、遥感解译等，三维数据的可视域分析、阴影分析、通视分析8.抖动缓冲区是一个共享的数据区域，在这个数据区域中，每隔一段均匀的间隔，语音包会被收集，存储并发到语音处理器，为终端用户提供一个清晰的，没有失真的连接。等。支持基于浮动车轨迹、手机信令等IT大数据提供热点分析、密度分析、轨迹重建等能力。结合AI算法，基于图形特征匹配、图形与三维模型特征匹配技术，实现任意图片在三维空间的定位时空检索AI仿真推演能力，实现基于机理模型的模拟仿真与智能决策。通过数学模型和算法来模拟物体之间的力、速度、重力、碰撞等物理特性，以及它们之间的相互作用。包括模拟和计算三维物体的运动、碰撞、重力等物理行为，以实现逼真的物理效果；模拟流体(如水、气体)的运动、湍流、表面张力等物理行为，以实现逼真的流体效果；模拟和控制大量粒子的运动和相互作用，用于实现火、爆炸、烟雾等特效效果。时空大模型能力，赋能全空域数字地球构建。基于海量的、配准后的空天地传感器数据(如图像、点云、IoT、专题数据等),训练AI预训练模型，解决单一模态数据的鲁棒特征提取问题，实现基于单一数据源的模型生产、解析和仿真推演等应用。在此基础上，打通各类传感器数据融合通路，弥补单一信息源在建模、解析、仿真推演上的不足，最终实现全空域、全时相的数字地球构建，赋能国土资源监测、城市治理等应用。基于行业实践，形成时空大模型三级形态能力层级(如图5所示)。型型，并以SFT、RAG等技术强化的微调大模型(小”)时空模型的联合应用力示时空数据的能力能力时空数据的图嵌入表示学习量空间中的时空关系模型特异性神经网络结构时空微调(S/TSFT)图谱信息检索增强网络深度放大(Depth向量数据库√大模型智能代理(LLM学习内容理解时空问题√√√掌提处理时用√√理解由语言的时空性质√X象本身的时空性质与规律√XX空控制(自动驾驶、无人机群时空专业问答(如政务工单智能处理)时空运筹优化与辅助决策(如智能交通调度、智能时空常识问答(如模糊地址查决策(基于LLMAgent)图5时空大模型能力层级对比建模驱动能力，提供模型构建与分析服务。对数字实体的几何属性的三维模型进行转换、编辑和分析服务。提供模型数据转化服务，如模型LOD处理、三角面简化、三角面压缩、构件合并等功能。提供创建和编辑二维/三维几何模型的服务，如2D/3D模型分割、单体/三维几何模型的求交、投影、约束求解、布尔运算、扫描等算法服实现虚实交互信息的高逼真呈现。最后，通过与真实IoT系统的对接，实现由虚控实。智能体供给能力，打造具备自我意识的数字实体。依托云、大数据、AI、IoT等新一代技术与各行业融合，接入海量时空和业务数据，打造各行业时空全息底座，基于行业数据底座进行认知分析和决策优化，与行业产业链伙伴协同打造数智化转型升级平台、AI场景应用。多模态时空存算引擎与AI大模型高效协同，实现海量智慧港口等行业应用。服务统一服务体系，提供数字孪生数据服务与能力组件服务。基于数据层和能力层基础，提供数据服务、标识编码服务、能力供给服务、低代码服务、人机交互服务和智能检索服务等，以组件化、低代码、配置式支持应用场景建设。如数据服务方面，提供数字孪生体资产的自由编排、数据自动导入、实体关系关联能力，支持开发者快速配置定制简单业务场景；人机交互服务方面，引入数字人技术和VR技术，提供更丰富的交互特性和生成逼真的视觉效果；智能检索服务方面，提供地名地址查询、空间关系查询、关键字查询、模糊查询、要素查询等、模型查询、组合查询、AI以图搜模等功能，以及基于点云、倾斜摄影建模数据单体化技术，对连片数据进行空间及属性查询等。4.5.生态域：打造统一控制、统一运营、全面开放生态求。通过集中管理和监控所有的IT资源和服务，大大简化了运维管当出现故障或异常时，AIOps9能够及时发现并采取措施进行修复，最大限度地减少停机时间和业务中断，减轻业务损失和客户流失。立体化安全防线，实现数据、网络、软件等安全。建立数字孪生的数据安全体系，基于可信安全硬件ARM和Os(如鲲鹏和欧拉)、iTrustee(Os内核的可信执行环境，即OnARMTrustZone)的三层安全数据计算系统，使用先进的加密算法和技术，如AES(高级加密标准)等，对敏感数据进行加密处理，实施严格的访问控制机制，并建立数据备份和恢复策略。加强网络安全，部署防火墙和入侵检测系统 (IDS),对所有网络设备进行安全配置，关闭不必要的服务和端口，通过网络隔离和分段技术，将关键的数字孪生系统与外部网络隔离开来。加强数字孪生软件安全，通过持续的代码审查、漏洞扫描和渗透测试，确保软件产品的安全性，及时应用软件更新和补丁，以修复已知的安全漏洞。平台开放赋能体系，繁荣产业生态。基于平台工程(PlatformEngineering)理念的应用全生命周期管理平台，帮助客户快速高效地实现行业应用及AI原生应用的构建、运维和运营等活动，提供自助式、自动化用户体验。开发人员可以使用这些工具和技术来构建、测试、部署、监控或执行与应用程序开发和交付有关的几乎任何事情，同时尽可能减少开销，提升用户的体验和效率。降低AI原生应用开发门槛，支持客户打通自己的业务能力API,将大模型的能力结合进入自己的业务链路。帮助企业实现降本增效、改进决策方式、提升客9.AIOps即人工智能运维，是将人工智能和机器学习技术应用于IT运维领域的新兴概念。4.6.应用体系：构建全域数字孪生深度应用场景市规划方面，生成式AI结合数字孪生技术使规划者能够准确模拟城评估规划方案对城市发展的长远影响。在城市建设阶段，AI加持的工业制造领域，打造数字孪生标杆工厂引领智能制造。通过创建运河等，进行水流模拟和结构分析，优化水利工程设计，提高功能性和安全性。在水资源管理方面，数字孪生技术能够模拟河流、湖泊等水体的水文和水质，帮助高效分配水资源。在城市水务管理方面，数字孪生监控城市供水排水系统，快速响应漏水和污染问题，提升系统效率和可靠性。此外，通过模拟不同条件下的水需求和排水情况，可以优化水处理设施的运营。在防灾减灾方面，数字孪生技术能够模拟能源领域，推进智慧电力网络建设实现高效管理。在电力系统管控优化中，通过精确模拟电网运行，帮助运营商实时监控电力负荷并优化电力分配，增强电网稳定性和可靠性。在微电网运行仿真模拟方面，数字孪生技术不仅能够优化能源生产和消费的匹配度，还实现了能源的本地化管控与利用，减少了长距离传输过程中的损耗，极大提升了能源使用效率。在能源设施预测性运维方面，数字孪生技术通过实时监测能源设施状态和预测维护需求，预防非计划停机，延长设备寿命，节约维护成本，从而提升能源生产的效能和可靠性。交通领域，优化全生命周期动态监测实现智能调度。在交通流量预测方面，数字孪生技术可以模拟各种交通场景，预测交通流量和拥堵情况。帮助交通管理部门调整信号灯控制策略，优化车辆行驶路线，减少交通拥堵。此外，通过分析交通数据，可以揭示交通流量趋势和模式，支撑交通规划。在公共交通路线优化方面，通过分析乘客流量数据，技术不仅能优化现有路线并预测需求，还能指导新线路的设置和调配。这有助于提升公共交通效率，减少交通拥堵和环境污染。在文旅领域，运用虚实结合改善游客数字化体验。在丰富体验场景论身在何处，都能够360度全方位地感受景点的美丽与魅力。在景点第五章数字孪生典型应用实践当前，数字孪生已实现第三阶段感知闭环驱动，正在布局第四阶段全息仿真驱动，向第五阶段人工智能驱动阶段迈进。在智能感知领域，通过建设城市级融合感知平台，如华为云构建AI原生应用引擎、实景三维建模以及河图KooMapAR引擎等核心技术和平台，初步打造了联接物理世界和数字世界的孪生城市。在智能联接领域，以统筹集约方式建设“城市+自动驾驶”网络，为协同办公、视频会议、政务服务和城市治理等业务场景带来极致体验。在智能中枢领域，通过“大算力+大数据”,统筹构建算力基础设施，结合AI大模型为城市数字化提供各类AI创新服务。在智慧应用领域，构建开天aPaaS系列产品及服务，打造生态开放的技术平台，赋能上层生态应用开发，帮助业务场景快速开发与上线。基于数字孪生“四层一域一体系”要素框架，结合近年来优秀实践案例，本报告梳理分析了在数字孪生城市、数字孪生水利、数字孪生交通、数字孪生能源、数字孪生文旅等领域的建设场景和案例。5.1.数字孪生城市智慧城市是全球城市发展的新理念和新模式，运用信息通信技术，有效整合各类城市管理系统，实现城市各系统间信息资源共享和业务协同，推动城市管理和服务智慧化，提升城市管理和公共服务水平、提高城市居民幸福感和满意度，实现可持续发展的一种创新型城市。智慧城市建设是践行“数字中国”的重要战略支点，已成为推动我国经济改革、产业升级、提升城市综合竞争力的重要驱动力。借助先进的数字技术，通过集成各类感知设备、数据分析、人工智能等技术手段，可实现城市内部各个领域的高效管理、智能运行和可持续发展。当下人工智能已经进入了规模商用阶段，Al慧城市发展进程的必然模式，将进一步赋能城市产业智能化和治理现代化。AI加持下，数字孪生城市将实现“三可”能力，一是让所有确保数据实时上传与中枢指令的精准下达。二是让所有场景可模型。通过大模型吸收海量知识，适配数字孪生多种业务场景，构建机理模型孪生，实现高度逼真的仿真推演模拟。三是让所有决策可计算。基于云脑平台，打造自主可控、行业普惠的AI算力底座，助力上层数字孪生场景实现自主决策与自我认知。城市管理人员城市管理人员企业法市民应数据支撑据融连接智慧城市安全保障智慧城市标准规范智慧城市组织保障智慧城市管理机制技术支撑源城市AI图6生成式数字孪生城市总体架构场景—:智慧城市全场景AllinAI随着AI大模型技术快速发展，全国各地政府与大型企业纷纷建统，根据第三代系统论复杂适应性理论(CAS,ComplexAdaptiveSystem),结合生成式AI技术和数字孪生技术快速突破与融合，智AI大模型、遵循第三代系统论CAS理念而发展出的智慧城市建设新信、感知等所有城市数据，结合生成式AI技术，为城市之中的每一个人、每一个物，以及连接他们的每一件事进行AI赋能，让个体之交通出行等多个领域的城市治理工作。基于AI算法对高空抛物、垃地下管网、消防通道、危化企业、加油站、人密场所等)底数摸排，案例名称一：深圳市福田区数字孪生平台(福镜CIM)项目深圳市福田区创新打造福镜CIM平台，致力于实现城市管理和度、全感知的数字孪生城市底座平台。目前，福镜CIM平台已成功全息时空门户可视化多地图底图服务统一全息时空门户可视化多地图底图服务统一API/SDK接口专题数据服务分析服务空大数据分析时空大数据平台智慧应用服务层数据处理数据层法时空基础数据Mesh模型法时空基础数据Mesh模型BIM模里运营、运维安全保障标准规范福镜CIM平台在城市规划建设中发挥了“CIM+”应用融合能力。通过将建筑设计方案在CIM平台上进行数字化仿真模拟，可对其可行性进行分析验证。利用BIM技术建立建筑的细节模型，结合场地环境信息，实现建筑物的出入口与电梯设计、管线设施优化、景观绿化增补等方面的模拟分析，从而支撑相应的设计优化调整和最终的工福镜CIM中的AI统一平台将政府视频资源转化为开放智能平台底座，利用计算机智能视觉、语音识别、自然语言处理等人工智能算法，实现对城市人、车、物、事、环境的全动态感知。该平台不仅赋能政府各部门业务应用，创新城市管理模式，还通过人工智能实现对人、车等对象的智能化管理，提升城市问题发现、治理、监督的智能化水平。除此之外，福镜CIM平台的政务大模型已完成多个应用场景的赋能。例如，通过AI实现福田智能推介，打造营商环境助手，实现包括优惠政策咨询解答，接待效率大幅提升等效果；通过边聊边办、句话知识”等功能，帮助客户打造公文助手和知识中心，实现公文标签、摘要秒级抽取，拟文效率提升300%,文档搜索效率提升500%。福镜CIM平台的建设与应用展示了深圳市福田区在推进新型基础设施建设和智能化城市管理方面的探索与成就，通过整合多种先进技术和数据资源，该平台不仅提升了城市规划建设和政务服务的效率和质量，也为其他城市的数字化转型提供了宝贵的经验和借鉴。案例名称二：湖北省大冶城市数字公共基础设施建设项目大冶是湖北全省首个县级建设城市数字公共基础设施的城市，该项目也是湖北全省县域城市数字化治理样板。大冶市政务服务和大数据管理局联合湖北鄂东数字集团充分发挥智慧大冶建设既有成果优势，开展城市数字公共基础设施建设项目，做实数据底座，统筹数字城市应用服务体系建设，以数据驱动流程再造，优化体制机制，推动城市数字化、数字产业化、产业数字化，实现大冶整体管理框架治理重心转移，治理手段、治理方式的战略转换。围绕数字经济、数字生活、数字治理三大智慧应用领域“N个”应用方向，实现大冶城市治理体系和治理能力现代化全面提升，推动大冶经济、政府、社会数字化网络化智能化转型，为大冶高质量发展注入新活力、新动能。时字公其基建说重底唐数时字公其基建说重底唐数字壹座该项目通过建设CIM平台，拉通“一标三实”“编码赋码”数用编码赋码、采集平台、CIM平台三级核验，保障数据“一数一源”图9湖北省大冶市CIM平台功能展示截至目前，已建成以CIM平台为核心、融合“一标三实”和编管理，45个单位发布738个资源服务，接口数据调用42.57万次。涉5.2.数字孪生水利《数字孪生流域建设技术大纲》《数字孪生水利工程建设技术导则》场景二：水资源管理与调配应用位置、物资等分布信息进行综合研判，展示周边的应急资源(如避难所、医院、救灾物资储备库、应急救援队伍等),辅助决策者快速下案例名称：某数字灌区项目某数字灌区项目围绕建立和实现水资源配置和调度能力数字化术，构建数字灌区信息化体系，实现灌区水感知实时化、水调控高效化、水供给精细化、水设备智能化、水安全可控化、水服务人性化，全面提升灌区管理和服务水平。灌区业务管理设施光纤网络运营管理运维监控数据中心(计算/存储/安全，云资源)灌区调度中心安全体系灌区一张图网络设施图10某数字灌区总体框架某数字灌区项目建设形成灌区数据底板，构建以灌溉定额、灌溉水利用系数等组成的知识库，初步实现了灌区感知、水资源配置与调度、渠道防汛、供用水管理、建设项目管理、渠首枢纽数字孪生等11项业务应用，开发了供需水预测、水资源配置、水资源调度和渠道防汛水利专业模型，实现了雨水墒情由人工测报为主到自动测报为主的转变，工程监测由原始方法向实时监控转变，为灌区水旱情的科学评估、水资源调度方案的动态优化提供了有力支撑，实现对灌区业5.3.数字孪生交通年)》《国家综合立体交通网规划纲要》《数字交通“十四五”发展场景—:公路设施全生命周期管理实时感知机动车、非机动车、行人交通情况，采用AI图引擎技术、路口自适应训练算法、干线协调算法等，实现“点-线-面”信号配态通主动管控控第暗读出案例名称：江西梨温智慧高速项目梨温高速位于沪昆高速江西段，是横贯江西省东西，连接长三角的交通大动脉。平时日均车流量超过6万辆，部分路段甚至达到7.7万辆，货车占比超过77%,拥堵疏导、事故处理和安全监管的压力巨大，亟须通过数智化改扩建提升通行和交通管理能力。智址高速云控甲台可计算溶阅模型设备管理和数深管理施网数字化边缘DRISEdge边店用稠材市智望文通管交通行业法管理车踏协同时空替抗接入出理建模者几+分钟>移级预第编中>90%图11江西梨温智慧高速云控平台该项目基于华为云交通数字孪生底座，形成智慧高速解决方案，通过在全路段布置了106个华为雷视拟合站点和33个移动点位，全