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数字孪生城市安全底座建设概述

2024-12-1918

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数字孪生城市安全底座建设概述

中国地理信息产业协会数字孪生城市工委会

郭仁忠刘俊伟孙东风

须琼辉唐莉萍刘晶晶

李新法刘增良张刚

1 数字孪生城市安全发展概况

1.1. 政策概况

以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入贯彻落实市委市政府和应急管理部各项决策部署，衔接应急管理部《智慧应急“十四五”规划》和《北京市“十四五”时期智慧城市发展行动纲要》，以智慧应急为牵引，以健全本市应急管理体系、提高防灾减灾救灾能力、减少灾害事故损失、增强人民群众安全感为工作目标，全面提升本市应急管理科技信息化能力与水平，推动应急管理业务流程再造和工作模式创新，促进应急产业发展，为推进应急管理的法治化、协同化、智能化、社会化进程提供科技与信息化支撑保障。

牢固树立“人民至上、生命至上”理念，以智慧应急为牵引，以健全应急管理体系、提高防灾减灾救灾能力、减少灾害事故损失为目标，推进应急管理体制机制和工作模式创新，形成主动精准的监测预警能力、高效规范的监管执法能力、智能科学的指挥决策能力、精准有力的救援实战能力、统一有序的社会动员能力，实现以新技术应用解决痛点难点问题、以新项目实施提升应急指挥支撑、以新基座建设促进应急资源共享，以新协调机制理顺应急“防”“救”关系。

通过智慧应急三年行动计划的有效实施，实现监测预警动态精准、监管执法智能高效、指挥决策智慧科学、数据救援初见成效、社会动员保障有力、安全防护可控可靠、应急产业初具规模，有力促进首都应急管理体系和能力现代化，为构建与超大型城市应急管理能力相适应的现代应急管理体系提供有力支撑。

1. 集中力量支持灾后恢复重建和弥补防灾减灾救灾短板，整体提升我国抵御自然灾害的能力

2023年以来,我国多地遭遇暴雨、洪涝、台风等灾害,部分地区受灾严重、损失较大,地方灾后恢复重建任务较重。同时,近年来,各类极端自然灾害多发频发,对我国防灾减灾救灾能力提出了更高要求。8月17日,中央政治局常委会会议研究部署防汛抗洪救灾和灾后恢复重建工作,要求加快恢复重建,进一步提升我国防灾减灾救灾能力,建强各级应急指挥部体系,加强国家区域应急救援中心能力建设,着力提升基层防灾避险能力,加快完善流域特别是北方地区主要江河流域防洪工程体系,加强城市防洪排涝能力规划和建设。

2023年10月24日，十四届全国人大常委会第六次会议表决通过了全国人民代表大会常务委员会关于批准国务院增发国债和2023年中央预算调整方案的决议，中央财政将在今年四季度增发2023年国债10000亿元，增发的国债全部通过转移支付方式安排给地方，集中力量支持灾后恢复重建和弥补防灾减灾救灾短板，整体提升我国抵御自然灾害的能力。

增发国债预算资金主要用于灾后恢复重建、重点防洪治理工程、自然灾害应急能力提升工程、其他重点防洪工程、灌区建设改造和重点水土流失治理工程、城市排水防涝能力提升行动、重点自然灾害综合防治体系建设工程、东北地区和京津冀受灾地区等高标准农田建设。在自然灾害应急能力提升工程方面。支持实施预警指挥工程、救援能力工程、巨灾防范工程和基层防灾工程,建强各级应急指挥部体系,提升防灾避险能力。

2. 《“十四五”国家应急体系规划》要求要提升自然灾害防御水平，增强全社会防范和应对处置灾害事故能力

《“十四五”国家应急体系规划》以推动高质量发展为主题，以防范化解重大安全风险为主线，深入推进应急管理体系和能力现代化，坚决遏制重特大事故，最大限度降低灾害事故损失，全力保护人民群众生命财产安全和维护社会稳定，为建设更高水平的平安中国和全面建设社会主义现代化强国提供坚实安全保障。

《“十四五”国家应急体系规划》明确表示到2025年，应急管理体系和能力现代化建设取得重大进展，形成统一指挥、专常兼备、反应灵敏、上下联动的中国特色应急管理体制，建成统一领导、权责一致、权威高效的国家应急能力体系，防范化解重大安全风险体制机制不断健全，应急救援力量建设全面加强，应急管理法治水平、科技信息化水平和综合保障能力大幅提升，安全生产、综合防灾减灾形势趋稳向好，自然灾害防御水平明显提升，全社会防范和应对处置灾害事故能力显著增强。到2035年，建立与基本实现现代化相适应的中国特色大国应急体系，全面实现依法应急、科学应急、智慧应急，形成共建共治共享的应急管理新格局。

3. 《“十四五”国家综合防灾减灾规划》指出要重点建设自然灾害综合监测预警能力提升工程、自然灾害应急综合保障能力提升工程

为全面贯彻落实习近平总书记关于防灾减灾救灾工作重要指示精神和党中央、国务院决策部署，积极推进自然灾害防治体系和防治能力现代化，根据《中华人民共和国突发事件应对法》、《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》和《“十四五”国家应急体系规划》等法律法规和文件，国家减灾委员会印发《“十四五”国家综合防灾减灾规划》的通知。

通知指出：要立足新发展阶段，完整、准确、全面贯彻新发展理念，统筹发展和安全，以防范化解重大安全风险为主题，加快补齐短板不足，与经济社会高质量发展相适应，与国家治理体系和治理能力现代化相协调，构建高效科学的自然灾害防治体系，全面提高防灾减灾救灾现代化水平，切实保障人民群众生命财产安全。

总体目标：到2025年，自然灾害防治体系和防治能力现代化取得重大进展，基本建立统筹高效、职责明确、防治结合、社会参与、与经济社会高质量发展相协调的自然灾害防治体系。力争到2035年，自然灾害防治体系和防治能力现代化基本实现，重特大灾害防范应对更加有力有序有效。重点工程包括：自然灾害综合监测预警能力提升工程、抢险救援能力提升工程、自然灾害应急综合保障能力提升工程。

1.2. 市场概况

2018年应急管理部成立以来，我们已经度过了信息技术在应急管理过程中“从无到有”的阶段，现在要解决的是信息技术“从有到优”的问题，全力提升其应用效果。对此，一方面应强化顶层设计、引导优质资源集聚，对应急管理现状、智能化发展需求、发展定位及规划等信息进行梳理，统筹资金及技术投入等因素，有计划、有步骤地引导优质资源在“智慧应急体系”建设中各环节的使用，完成智慧化管理中涉及到的应急指挥、安全监测、处置救援等多类典型应用场景的整合。另一方面应加强标准体系建设，引导信息技术在应急管理各环节标准化发展及应用。

1.智慧应急

2020年应急管理部组织推动“智慧应急”试点建设以来，天津、河北、黑龙江、江苏、安徽、江西、山东、湖北、广东、云南等地10个试点单位坚持问题导向、业务导向，践行集约化建设、融合式发展、扁平化应用的理念，在一年多的时间里取得了积极的应用成效，监测预警、监管执法、辅助指挥决策、救援实战、社会动员等“五大能力”得到显著提升。

（1）特色应用--支撑救援实战，辅助指挥决策

近年来，短时强降水、龙卷风等极端灾害性天气在全球呈多发、频发态势，给人民生命财产安全造成严重损害；安全生产形势总体平稳，但隐患依然存在，引起各界高度重视。对此，各试点单位在“智慧应急”试点建设中聚焦提高应急管理的科学化、专业化、智能化、精细化水平目标，以提升“五大能力”为重点，积极探索现代“智”理的信息化解决方案，初步形成了一些有效破解难点、痛点的智能应用。

（2）模式创新--智能监测预警，破解监管难题

开展“智慧应急”试点建设以来，各单位逐渐形成了业务部门牵头建设、科信部门统筹支撑的工作局面，持续完善隐患排查治理信息系统，健全省、市、县分级分类监测预警机制，使智慧监测预警、智能监管执法能力不断增强，信息化手段已成为应急管理工作的日常模式。

（3）转变思路--加强社会动员，筑牢人民防线

作为“智慧应急”试点建设“五大能力”之一，实施智慧社会动员，是筑牢防灾减灾救灾人民防线的重要保障。各试点单位积极完善并推广应用应急管理部统建的灾害事故报送系统、应急资源管理系统，探索建立奖励激励机制，充分调动社会公众快速报送灾害事故、风险隐患等信息的积极性。

“智慧应急”试点建设从根本上转变了地方信息化发展理念，形成了良好的发展态势，为“十四五”应急管理信息化工作奠定了坚实基础。国务院印发的《“十四五”国家应急体系规划》（国发〔2021〕36号）中同样提出了“到2035年，建立与基本实现现代化相适应的中国特色大国应急体系，全面实现依法应急、科学应急、智慧应急，形成共建共治共享的应急管理新格局”的任务目标。如今，“智慧应急”相关内容已列入国家信息化、政务信息化、城乡社区服务体系建设等国家级规划，以及京津冀、长三角、粤港澳大湾区等区域发展规划。随着“十四五”期间“智慧应急”发展布局基本完成，“智慧应急”将全面进入快速发展阶段，为加快推进应急管理体系和能力现代化、以高水平安全服务经济社会高质量发展做出应有贡献。

2. 预警指挥能力提升要求

2023年中央政治局常委会会议指出要“认真排查总结，抓紧补短板、强弱项，进一步提升我国防灾减灾救灾能力”，应急管理部正会同国务院有关部门研究推动实施自然灾害应急能力提升工程，明确提出要提升预警指挥能力：一是提升数据汇聚服务能力，为省、市配备数据汇聚、视频监控平台，汇聚自然灾害数据，建设数字底座，在多灾易灾地区安装部署视频监控。二是提升监测预警能力，完善重点中小流域应急监测、重点森林草原区域火险因子综合监测和应急避难场所监测监控等站点布局，优化完善地方应急管理综合应用平台，整合集成相关业务系统。三是提升指挥调度能力，为省、市、县应急管理部门配备应急指挥部音视频、指挥调度等设施设备，为乡镇配备视频指挥调度设备。支持省级应急管理部门建设370MHz 固定通信基站，市级应急管理部门建设市 370MHz 移动通信基站，为基层配备卫星电话、北斗终端等通信设备。四是支持依托省级应急管理部门所属单位建设省级科技救援专业支撑队伍，健全完善网络安全态势感知平台。

2 数字孪生城市安全底座关键技术

2.1 感知互联

面向城市建立全域全时段的物联感知体系，实现城市运行态势的多维度、多层次精准监测，是实现数字孪生城市的关键基础。同时基于感知信息提供针对互联设备间的协同控制，实现万物互联，虚实互动。主要技术包括标识与解析技术、智能感知技术、实时监测技术以及协同控制技术等。

标识是数字城市中各物理城市及新建的城市物联感知体系在城市信息模型平台中的唯一身份标识。通过物体全域标识，实现数字孪生城市资产数据库的物体快速索引、定位及关联信息加载。标识解析技术是将物联网对象映射至通信标识、应用标识的过程，通过标识获取有关实际属性信息，如地址、物品、空间位置等。

智能感知技术分为采集控制、感知数据处理，主要包括：传感器、条码、RFID、智能化设备接口、多媒体信息采集、位置信息采集等。

实时监测技术提供实时动态的感知数据采集、处理和分析技术，通过制定了覆盖物理链路层、传输网络层及应用层的协议，从而实现感知信息的高效传递。

协同控制技术通过直接与对象绑定或与对象连接的数据采集器、控制器技术，完成对对象的属性数据识别以及协同控制操作。同时应具备对设备的全方位安全防护，如设备安全加固、设备唯一可信认证、设备安全态势感知及设备安全修复等。

2.2 实体映射

实体映射是建立物理实体与虚拟实体之间的多层次、多维度的映射关系。城市数字孪生基于新型基础测绘和数字化标识等技术和手段，通过地理位置、几何结构、状态等多角度特征提取、属性关联、对象管理、状态查询等服务，使物理实体与虚拟实体在不同尺度(跨尺度)上一一对应。

状态指标为虚拟空间实体映射提供标准属性模板以及关键指标记录，实现实体间连接和关系的实时更新和动态持续性维护与管理，实现对虚拟空间中数据资源的有效管理和利用。对象管理是实现对虚拟实体以及数据资源共享共用的基础。通过对虚拟对象的管理实现城市物理对象以及社会对象在实体空间的连接与关系，确保数字对象在数据处理、分析、推演等一系列过程中的可溯性。属性关联以及特征提取技术帮助城市数字孪生获取完整性好、现势性强、精准度高的全域全要素数据关联，通过叠加时空大数据，构建与包含天空地等时空基础数据的一体化的、信息一体化的数字信息底座，保证城市全息数据的完整采集以及关联挂接。

2.3 多维建模

城市数字孪生的实现需要以数据为驱动，以模型为支撑。城市数字孪生的基础是模型和数据的统一。多维模型是物理对象时空数字化还原的载体，基于城市不同层面数据，综合计算机图形学、人工智能、系统动力学等多学科，将城市杂乱无章的海量数据进行空间对应，释放数据资源价值，实现城市数字孪生对物理城市的精准还原。通过对城市进行全要素的数字化和语义化建模，实现从宏观大场景到微观小单元、从室外到室内、从地上到地下的全空间立体还原，形成全空间一体化且相互关联的全域立体模型。多维建模技术包括但不限于时空建模技术、事件建模技术、语义建模技术等。

时空建模技术融合三维自动化建模、倾斜摄影数据、激光点云数据、GIS基础数据、BIM数据等多源时空大数据，构建集建筑、道路、轨交、桥梁、水系、绿化、地形、地下空间为一体的三维空间场景，完成对物理世界的空间几何建模。

事件建模技术通过分析现实世界发生的事件的机理、事件的运行、事件的业务流程等，识别出具有一定特点和运行规律的事件，对事件进行建模，构建数字孪生的事件模型。常见的城市事件建模包括但不限于：城市风环境建模、管网水动力学建模、道路交通流建模、火灾疏散建模、城市内涝建模等。

语义建模技术对物理实体的属性和关系进行建模，采用资源描述框架对城市物理实体的空间信息、时间信息、属性信息、构成成分、物理状态(实体在某一时刻的物理特征，如水流速度、流向，路面粗糙度等)和实体关系进行描述，便于机器理解和计算，是提供知识化服务和智能分析的基础，是实现城市数字孪生各项应用不可或缺的重要支撑。

2.4 时空计算

时空计算是建立在城市时空数据与时空模型之上的计算服务能力，它包括时空查询、时空分析、时空解析、时空索引等多重计算服务。

时空查询综合了时间及多维空间关系的查询，包括距离(长度)查询、面积查询、缓冲区查询等；时空分析是数字化时空环境中对不同类型要素存在的时间与空间关系、趋势、变化之间的计算与分析，从而判断两个及以上要素之间的时空相关性；时空解析是运用时空大数据与智能技术，对时空对象的运行规律和固有特征变化进行动态解译，从而正向反馈虚拟对象；时空索引是隐藏在时空分析、计算和查询的幕后助力，它是对用于描述时空对象的点、线、面、体(网)、时间点、时间段等对象及组合数据结构的存储及检索设计。

时空计算将支撑众多城市数字孪生应用场景的重要能力，比如在城市交通方面，对地点的查询、路径的规划、出行方案的优化；在地下管网方面，对管线埋深、走向的掌握，管网拓扑分析、管线碰撞检查等。时空计算实现对海量城市时空大数据的查询、分析和解析，对于充分释放时空大数据的价值，支撑应用场景时间、空间特性挖掘与体现具有重要意义。

2.5 仿真推演

城市数字孪生中仿真推演技术以城市问题为导向，从城市运行中各活动主体行为与要素流动过程着手，充分利用城市运行中的部件物理模型、物联网感知数据、运行历史数据等，完成多维度、多层次、多学科、多物理量、多场景、多概率的仿真推演，以支撑各行业的业务应用和城市管理决策。城市数字孪生仿真推演可以分为模型集成、引擎构建、引擎优化等核心环节。

仿真推演立足数据，结合算法，并以空间计算为重要特征。仿真推演基于各类算法，在数字空间中对物理空间进行实时或仿真计算，为城市规划，建设管理提供参考和决策支持。仿真推演是对城市各类业务领域充分理解之后形成的一套行而有效的算法。仿真推演技术实现的第一步是模型算法的集成。一方面，城市数字孪生涉及到众多建模、映射和时空计算模型算法，针对不同的城市运行场景，通过模型集成可以大幅缩短城市应用场景还原时间。另一方面，通过建立城市场景数字学习的模型库，利用图像识别、AI等手段，城市数字孪生的构建可以快速搭建各种场景。

2.6 可视渲染

可视化是城市数字孪生一系列建设成果的重要表达方式和直观展示窗口，也是实现用户实现物理空间和虚拟空间关联的重要技术手段。城市数字孪生可视化，不是对城市中数字对象的简单呈现，而是根据具体业务场景，从模型处理、场景编辑、可视化渲染、脚本制作和虚实融合等多方面进行全时空、全过程、全交互、全实时的可视化服务，从而构建起一个更加逼真的虚拟空间。

可视化渲染是城市数字孪生可视化技术的核心技术之一。高粒度三维渲染、实时动态渲染、基于风格选择的动态渲染及多重渲染特效、视频与三维模型无缝集成的虚实融合等不同类型的渲染能力已经在城市数字孪生中得到应用和尝试。同时，城市数字孪生的特点决定了对实时性要求较高，因此实时渲染就显得尤为必要。通过AR、VR等技术进一步融入到虚拟场景中去，实现“虚实一体”，为城市数字孪生提供了一种全新的实时动态的可交互的互动型可视化。城市数字孪生的三维渲染引擎支持对物理世界的精确还原和逼真表现，支持与物理世界的虚实融合互动，因此将游戏引擎的高渲染能力和三维GIS引擎对地理信息的支持能力进行结合是满足城市数字孪生可视化需求的发展方向，也是目前行业内已形成共识的前进方向。

2.7 虚实交互

虚实交互技术通过融合数字图像处理、计算机图形学、多媒体、混合现实、增强现实等多种技术，以沉浸式、交互式的方式，实现与物理城市中的物、人、事之间的双向互动。满足数字城市与物理城市的资源共享、动态交互、干预控制等需求，虚实交互技术需通过交互服务开放对外交互能力，实现城市数字孪生不同子系统之间的数据交换和共享、与外部系统的对接和联通、与外部设备的交互和控制。在提供传统的门户、接口、第三方服务的基础上，通过提供开发工具以及应用组件的方式，挖掘探索创新的人机交互界面，使物理城市与数字城市空间融合，实现城市三维空间的全息感知与实景的交互操作以及服务调用。实现跨终端、多模态的交互方式，并进一步基于AR、VR、MR技术，通过数字沙盘、大屏、环幕、CAVE、DMS多点触摸、VR体验等集成展示等多种方式，提供高逼真、多粒度、多维度的沉浸式体验。

2.8 其他支撑技术

除以上关键技术外，城市数字孪生的实现也离不开基础网络、5G、大数据、人工智能、云计算、区块链等重要的共性支撑技术。

城市数字孪生基础网络技术能够以业务需求和城市功能为驱动力，提供面向业务协同的网络基础设施，实现网络资源协同智能调度，为城市数字孪生建设提供高效、可靠的网络服务质量保障。尤其是 5G 商用时代的到来，5G通信技术的高速率、大带宽、低时延优势，在城市数字孪生中发挥着重要作用，5G 技术应用全面支撑了城市数字孪生的实现，使得面向未来的泛在传感连接和数据传输网络走入现实，进一步推动城市累积数据从量变到质变。

城市数字孪生基于网络、连接等技术获取来自物理世界的数据，而这些数据通常具备大数据的特征，即数据实时在线、体量巨大、类型多样、处理速度快、应用价值高，这些都需要新型的数据处理方式，来全面激活和释放数据价值。与大数据技术相伴而生的人工智能技术同样是城市数字孪生的重要支撑技术之一，通过机器学习、深度学习实现对城市海量数据的自动分析和规律获取，并根据规律实现对未知数据的预测，赋予城市数字孪生“先知先觉”的能力。

由于在构建城市数字孪生的过程中，需要依赖大量的数据计算，因此其对数据可信性、计算基础设施可信性等都提出了很高的要求。区块链技术的去中心化交易机制的优势得以凸显，利用区块链技术的加密学特性，以区块链为基础的“底层链”，保证城市数字孪生中的数据不被篡改，真正实现数据的安全流动共享和城市数字孪生构建的多方参与。

3 数字孪生城市安全底座建设路径

3.1 建设机制：政府主导，多方共建

数字孪生城市安全底座建设是一项复杂、艰巨的系统工程，需要政府牵头和主导，产业生态各个相关方紧密协作共建，推进数字孪生城市安全底座建设，实现可持续高质量发展。

政府主导。政府通过统筹规划、顶层设计，制定相关政策和制度，引导和保障数字孪生城市安全底座建设；通过市场监管手段对建设过程和建设成果进行监督，避免资源浪费；通过政策和资金支持技术研发和赋能转化，提升城市公共服务效率和服务质量。

多方共建。数字孪生城市安全底座建设除政府牵头和主导外，还需要产业界、高校科研院所、金融界、市民共同参与，共同实现技术突破、系统共建、协同创新。

3.2 数据建设：构建统一的城市安全数据底座

安全数据底座建设包括数据采集、数据接入、数据处理、数据管控、数据服务、数据共享交换、数据资源池，为监督管理、监测预警、指挥救援、社会动员四大业务域提供业务支撑，构建符合现在及未来科学发展规律的安全应急管理数据治理体系，实现从数据接入、处理、存储、应用的全生命周期的治理。基于泰瑞全产业链的数据构建能力、底层引擎能力，提供安全数据底座建设，实现数据汇聚、融合、共享的数据中台能力，实现自然与城市融合、GIS与BIM融合、室外与室内融合、地上与地下融合、现实与数字融合、时序与空间融合，搭建时空同步的城市数字孪生体，解决信息技术在城市安全管理过程中“从有到优”的问题，全力提升其应用效果。

3.3 平台建设：构建统一的数字孪生安全底座平台

采用强大的地图引擎与先进的传感器技术，与物联网结合起来形成一个巨大的资源网络。它能够将工频监控设备、质量监控设备、施工设备、运输车辆等设施连接。从数字孪生空间而非不同的传感器中查询数据。还可构建可重用、高度可缩放且可感知空间的体验模型，跨物理世界和数字世界将流式处理数据链接到一起。针对传入的设备数据运行自定义函数，并使用高级计算功能提升设备任务的自定义和自动化能力。

IOT引擎支持城市设施中各类物联网传感器数据接入，如道路交通、环境保护、公共安全、楼宇消防、路灯照明管控等众多领域，结合云计算、移动互联网、RFID 等技术手段，实现城市各领域基础设施的状态查看、预测分析和预防性维护，辅助决策人员统筹协调城市资源。

通过对接视频平台、数据中台等系统，可从各行业、各部门等系统传输过来的数据进行汇聚、视频、图像、语音、位置、信息等多维数据的感知，明确知道指挥要素的位置、状态、行为可知。

通过将三维模型、管网管线、城市部件、城市安全运行等数据融合于数字孪生场景之中，以呈现城市整体安全运行态势，实现从宏观管网管线、基础资源、隐患风险点等资源的空间分布情况，到微观设备设施的多维展示，为城市安全运行态势感知、分析预警、联动指挥提供支撑服务。

基于城市空间数据底板通过对城市范围内包括规划、设计、建设、运行管理等全过程涉及的机理模型的汇聚融合，利用三维空间数据治理、三维数字现实、计算机图形学、大数据分析、AI等技术实现城市生命体征多要素、多尺度、多维度的仿真计算及全息模拟仿真表达，为城市环境、交通、环保、能源、水务、应急、经济等多业态提供不用情景下的可适配预测预报预警、全息模拟式预演能力及可组配、可插拔、可共享的API开放能力。模拟仿真推演引擎在数字孪生城市构建过程中，对微观业务指标，实现对城市信息的模拟仿真推演。具备机理模型接入、机理模型数据治理、机理模型数据标准化、仿真推演模型服务输出标准化、仿真推演模型组件资源标准化建设五项支撑能力。

4 数字孪生城市安全底座应用场景

数字孪生城市安全底座的应用，通过城市全空间、全要素数据的多维可视化表达、状态精准感知、数据实时分析、模型科学决策、智能精准执行，解决城市安全应急的复杂问题，全面提高城市物质资源、智力资源、信息资源配置效率和运转状态。

数字孪生城市安全底座的应用领域广泛，是智慧城市发展的最新形态，其应用场景覆盖了城市安全态势感知、监测预警、指挥调度等各个方面。

4.1 城市生命线

将城市运行各个业务系统数据进行抽取，以地理信息技术为主要实现手段，进行静态基础数据、动态感知数据以及趋势预测数据的综合展示，梳理相关信息资源管理规范，拓宽数据获取渠道，整合各业务信息系统数据，搭建统一的大数据决策分析平台，包括技术平台、数据应用及产品、数据服务；为管理人员提供直观、多角度的一张图展示界面，并提供运营分析等所需的相关大数据能力和服务。

以供排水、燃气、热力、输供电、管道管廊行业日常供应监管、应急处置快速响应、降低安全责任事故、保障地区基础供应能力为出发点，以城市基础地形图与基础设施、事故事件等数据为核心，运用GIS、大数据、云计算等新一代先进信息技术，结合行业经验，通过建立相关信息资源数据库而建设的城市综合管理服务政府级系统。

本着“预防为主，综合治理”的原则本平台将通过建设城市排水、燃气、热力、输供电、管道管廊地理信息系统、安全生产监督管理系统、管网安全监测系统、用户泄漏安全云报警系统4个业务子系统来实现各个行业的安全监管。

将桥梁隧道结构健康检测与物联网、云计算、大数据、人工智能等技术紧密结合，建立一套完整的智慧桥梁隧道安全在线监控系统。系统分为采集/传输/处理/应用部分。采集层对各个监测项进行实时监测；传输层将数据发送至服务器；云端对数据进行处理、分析最终将监测结果、预警信息发送自客户端。

基于智能化产品、物联网技术、大数据分析技术提供物联数据应用服务的综合性产品和服务，实现面向政府的电梯应急管理服务、实现电梯物联监管服务平台服务；实现面向规模物业的智能电梯安全管理服务；实现面向电梯厂家的电梯物联应用系统服务等，形成政府监管、透明维保、预警预测、企业巡检、紧急求助、应急智慧、数据统计与决策分析、闭环式综合监管系统，切切实实做到电梯安全监管业务“管什么”（摸清家底）、“怎么管”（监管手段）的问题。

4.2 公共安全

? 消防监管

解决城市消防信息化孤岛现象，实现各级社会单位消防数据实时汇聚到物联网监测平台，为监管部门针对辖区内消防监管与防火监督提供有效的技术支撑，同时为指挥调度提供第一手数据。通过本方案的建设，可有效的监督社会单位消防基础设施，有效的降低消防安全隐患，同时积累大量消防安全数据，形成消防安全大数据分析系统，调动社会资源，形成以信息化手段为技术支撑的火灾风险防控体系，加强消防社会单位的管理、落实社会消防单位消防工作主体责任、降低火灾事故发生率、确保各类消防设施设备可用、好用，具有巨大的作用。

通过建设城市消防物联网监测感知系统，汇聚城市所有重点单位的火灾报警监控信息、消防水系统运行信息、消防巡检巡查信息、消防重点部位视频监控信息、智慧安全用电监测信息等信号，构建一张消防安全监测感知网，帮助应急救援队伍实时掌握范围内重点单位消防安全状况。

? 城市危房智治

贯彻落实党的十九大、十九届三中、四中全会和习近平总书记系列重要讲话精神，按照省市对数字孪生建设信息化工作部署要求，以实现“城市精细化管理”为目标，以保障和改善民生为根本目的，全面推进城市数字化转型，构建全区数字孪生体系基础平台，重点针对城市老旧房治理的堵点难点问题，运用数字孪生技术，对老旧房管理处置的流程进行数字化改造，变原先“人工巡逻、肉眼观测”为“数字巡检、系统研判”，重塑部门监管服务职能，优化日常考核督查体系，实现全链条闭环管理，提升城市治理能力。

? 大型活动安保

支持集成地理信息系统、视频监控系统、各部门业务系统数据，对重点安保区域、重要单位、安保资源、交通态势、重点人员、警情事件等要素进行可视化监测，实现全域范围内“人、车、地事、物”的全面监控，并支持点选查看具体警力、警情事件、监控视频等详细信息，辅助安保部门综合掌控大范围城市治安态势。

? 公安信息化平台

借助倾斜摄影技术，在大规模三维模型场景的基础上，对重点区域开展精细化三维建模，结合遥感影像、多媒体、三维仿真和虚拟现实等信息可视化技术，可以将各种动态的、静态的、历史的、现实的警务信息，反映实时警情发展变化状态的警务态势等，进行多样化的可视化展示。三维模型的警用地理信息系统，可以根据警务信息中对地址的描述，进行地理编码，将各类警务业务信息在三维地图上直观定位展示，民警可以根据所查询到的目标，在三维地图上的空间定位，迅速找到其实际位置，并通过地址信息，关联到其他公安业务系统当中，方便警务管理和指挥决策，提高工作效率。

4.3 生产安全

实现安监部门对企业的监管，安监部门根据所在行政区划的不同、企业隶属关系的不同、企业类型的不同对企业进行网格化监管，实行企业监管到人的制度，便于安监部门全面掌握企业的安全生产状况、企业基本情况、重大危险源状态、安评情况、资质状况等，便于安监部门统计分析。

使安全生产监管更科学，更高效、更优化；更多的信息量、更强的分析能力将促进决策的科学性。单位基础信息管理模块主要实现单位安全管理组织机构信息管理、单位员工基本信息管理（含人员基本信息及医疗保健信息等）、安全管理人员管理（含人员基本信息、培训信息、持证情况等）、特种作业人员管理（含人员基本信息、培训与考核信息、持证情况等）等单位基础信息的管理功能。能够对有关证书或考核结果到期前系统进行自动提醒，以提高企业的安全动态管理能力。

收集各类企业的重大危险源基本信息，并提供完整的建档备案和审批机制；系统将所有危险物质的临界点建立到数据库中，提供重大危险源的自动辨识功能；系统能够根据重大危险源控制水平评估模型对重大危险源的控制水平等级自动进行评估分级，借助GIS地理信息系统实现全市重大危险源的分布动态管理，可以通过地图方便的查阅重大危险源的相关信息，实现重大危险源的快速搜索和定位。

4.4 自然灾害

地质动态监测：基于数字孪生平台引入多源城市地质监测网动态数据，综合运用GNSS、遥感解译、形变及位移监测、地下水及土壤环境要素监测等多种现代技术方法取得地质环境变化数据资料，实现对全市海水入侵、海岸带地质环境以及地质灾害、地质资源的动态监测，构建陆海一体城市地质生态环境监测大数据体系。

生态环境保护与修复：基于数字孪生地质场景，展示岩石物理性质、新老构造活动、第四系、地球动力学等基础背景数据，分析地质背景与生态环境的关系，为城市生态环境的保护与修复提供基础依据。

地灾治理：基于物联感知、仿真模拟、预测分析等技术，实现地质体模型、地形、倾斜摄影数据三维立体可视化展示与分析，在物联监测设备支撑下，结合高精度地质灾害风险评价、年度汛前排查和移动端险情上报，从多个维度保障有效风险识别，实现区域孕灾、致灾、防灾全流程可视化。

城市防汛与水务灾害仿真模拟：在数字化场景的基础上，集成洪水灾害、城市内涝、海水入侵等仿真推演模型，构建支撑水利业务的模拟仿真平台，通过融合流域多源信息，实现模拟过程高保真。基于模型计算结果，在场景内推演灾害的时空过程，并根据预警规则，生成预警信息，直观、科学的进行防洪态势分析，最大限度地减少人员伤亡，同时进行成灾分析，确定灾害可能的影响范围。

森林防火与减灾救灾：以三维数字孪生场景为底座，集成移动定位技术、卫星遥感监测技术、远程红外热成像技术等多种信息化手段，汇聚整合各类防火设施资源，打造多终端协同、平战一体化的防火平台，解决森林防火工作监管难、责任落实不到位、数据应用效能低及二维应用受限等业务问题。

5 推进数字孪生安全建设

5.1 建设数字孪生体，实现数据融合一体化

建设城市数字孪生体，包括三维地形数据、辖区内重点建筑、城市部件精细三维模型以及主辖区重要市政地下管线三维模型，并汇聚融合视频监控信息、BIM数据、物联感知数据以及运营大数据，构建形成多源数据融合一体化数字孪生体，并通过语义实体数据库进行管理，实现一码多态、按需组装数据服务等。

建设城市信息模型数据资源中心。整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来多维多尺度的空间数据、BIM数据、物联感知数据、政务管理数据（人口、法人、宏观经济、地名地址、兴趣点）等数据，建设时空基础数据库、规划管理数据库、工程项目数据库、资源调查数据库、公共专题数据库、物联感知数据库六大类基础库和CIM成果库，实现完整的数据治理、语义融合、数据更新、数据共享、数据管理能力，形成数字资源池。

建设数字孪生体数据标准化处理系统。实现GIS数据、BIM数据、地下管线等三维空间数据预处理工作，产出满足数字孪生城市应用的 1-7级标准模型，实现模型入库、坐标转换、模型轻量化、模型质检、数据管理等功能。

5.2 建设数字孪生底座平台，实现平台服务一体化、分析决策一体化、协同指挥一体化

建设数字孪生底座平台，深化新型测绘、标识感知、协同计算等技术应用，整合已有城市空间数据基础和平台基础，打造内容完善、结构合理、规范高效、数据统一的数字孪生平台。提供高仿真可视化渲染、空间分析计算、AI智能分析、模拟仿真推演、视频融合分析、物联网接入管理等服务，提供主流三维模型数据服务和平台服务，为打造数字孪生城市提供基础支撑能力。具备模拟仿真能力，在数字孪生空间中通过数据建模、事态拟合，进行某些特定事件的评估、计算、推演，为管理方案和设计方案提供反馈参考；具备知识服务能力，以地理实体时空知识图谱功能提供对城市语义三维模型数据预览、管理、查询、分析等功能；可为各类紧急警情提供快速精准有效的应急联动处置方法建议，做到各类隐患预测、预警、预防的风险防控共治，促成政府多委办局之间的业务协同，实现全局“一屏掌控”、政令“一键智达”、执行“一杆到底”、监督“一览无余”，使城市社会治理更有成效。