智東西（公眾號(hào)：zhidxcom）
作者 | 三北
編輯 | 漠影
說(shuō)到空間計(jì)算，很多人會(huì)想到蘋(píng)果公司的首款空間計(jì)算設(shè)備Vision Pro，它通過(guò)模擬三維空間的混合現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，被人們期待成為取代iPhone的下一代智能終端。
實(shí)際上，空間計(jì)算并不是消費(fèi)科技領(lǐng)域的獨(dú)創(chuàng)概念，作為一種基于空間數(shù)據(jù)和模型去分析理解世界的方法，從技術(shù)本身而言，它在城市空間治理領(lǐng)域可謂大有可為。
可以來(lái)看幾個(gè)具體的應(yīng)用場(chǎng)景：深圳的一個(gè)全域空間可計(jì)算的智慧交通底座，助城市擁堵得到大大緩解；伊犁的一個(gè)數(shù)字孿生的礦區(qū)應(yīng)急信息系統(tǒng)，助防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)工作順利進(jìn)行；城市CIM平臺(tái)參與到了城市更新、規(guī)劃和改造當(dāng)中；體育領(lǐng)域一個(gè)基于時(shí)空大數(shù)據(jù)的馬拉松賽事管理平臺(tái)，保障人們體驗(yàn)運(yùn)動(dòng)的快樂(lè)……
▲空間計(jì)算落地城市規(guī)劃和管理領(lǐng)域
在城市空間治理的語(yǔ)境中，空間計(jì)算是數(shù)字孿生技術(shù)的一個(gè)重要能力，是用于提升治理效能的智能化手段。
眾所周知，數(shù)字孿生是一個(gè)用以為現(xiàn)實(shí)世界打造對(duì)應(yīng)數(shù)字世界的技術(shù)體系。如果說(shuō)過(guò)去的數(shù)字孿生，側(cè)重打造一個(gè)可視化的“數(shù)字沙盤(pán)”，那么空間計(jì)算，則讓沙盤(pán)變得動(dòng)態(tài)化、可計(jì)算和可預(yù)測(cè)。當(dāng)下正值實(shí)景三維中國(guó)、數(shù)字中國(guó)進(jìn)程加速推進(jìn)，空間計(jì)算技術(shù)成為推動(dòng)這一進(jìn)程的“重要扳手”。
隨著城市數(shù)字化建設(shè)進(jìn)入深水區(qū)，行業(yè)面臨什么樣的新挑戰(zhàn)？空間計(jì)算技術(shù)如何助力城市空間治理的升級(jí)？城市空間治理需求又如何倒逼技術(shù)進(jìn)步？
日前，智東西聯(lián)合騰訊發(fā)起了「數(shù)字孿生十問(wèn)」系列活動(dòng)，第二期主要圍繞城市空間治理展開(kāi)，針對(duì)城市空間的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理、服務(wù)等領(lǐng)域話(huà)題邀請(qǐng)行業(yè)專(zhuān)家學(xué)者代表進(jìn)行了一場(chǎng)交流，進(jìn)一步分析了以空間計(jì)算為代表的數(shù)字孿生技術(shù)在城市空間治理中的重要作用。
一、城市數(shù)字化建設(shè)步入深水區(qū)，空間計(jì)算技術(shù)“挑大梁”
隨著城市數(shù)字化建設(shè)進(jìn)入深水區(qū)，時(shí)空信息在國(guó)土空間數(shù)字化治理中大有可為。
近日，中國(guó)工程院院士、國(guó)際歐亞科學(xué)院院士、自然資源部國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心教授陳軍在由“自然資源部智慧人居環(huán)境與空間規(guī)劃治理技術(shù)創(chuàng)新中心”主辦的“超大城市智能化轉(zhuǎn)型的未來(lái)展望——數(shù)字孿生賦能空間治理”年度學(xué)術(shù)研討會(huì)上提到，現(xiàn)在數(shù)字化治理已經(jīng)被賦予了新的內(nèi)容，包括：時(shí)空信息的應(yīng)用、統(tǒng)籌數(shù)字化發(fā)展以及提升智慧化應(yīng)用水平等多方面。
中央在全國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)上提出了“全面推進(jìn)美麗中國(guó)建設(shè)”，強(qiáng)調(diào)構(gòu)建現(xiàn)代化國(guó)土空間治理體系，實(shí)際上是對(duì)國(guó)土空間數(shù)字化治理提出更高要求。
陳軍院士認(rèn)為，用時(shí)空信息說(shuō)話(huà)，在三維空間研判，靠時(shí)空知識(shí)決策，是做好國(guó)土空間數(shù)字化治理最重要手段。
國(guó)際歐亞科學(xué)院院士、國(guó)土空間規(guī)劃與地理信息技術(shù)專(zhuān)家、南京大學(xué)教授李滿(mǎn)春的觀點(diǎn)與之有一致之處。
李滿(mǎn)春院士認(rèn)為，國(guó)土空間治理在時(shí)空大數(shù)據(jù)加持下能夠發(fā)揮最大作用。
時(shí)空大數(shù)據(jù)對(duì)國(guó)土空間治理的支持包括但不限于國(guó)土空間認(rèn)知、國(guó)土空間優(yōu)化、國(guó)土空間管理等方面。他先后介紹了空間信息感知、數(shù)字孿生模擬、應(yīng)急響應(yīng)監(jiān)測(cè)等技術(shù)在國(guó)土空間認(rèn)知的應(yīng)用；時(shí)空演變分析、國(guó)土空間規(guī)劃、長(zhǎng)江生態(tài)保護(hù)等在國(guó)土空間優(yōu)化中的應(yīng)用；以及土地用途管制、雙碳戰(zhàn)略支撐、陸海統(tǒng)籌空間優(yōu)化、全球運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)等在國(guó)土空間管理中的應(yīng)用。同時(shí)，云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、地理知識(shí)圖譜分析和多模態(tài)分析技術(shù)，可以與時(shí)空數(shù)據(jù)融合賦能?chē)?guó)土空間治理。
騰訊數(shù)字孿生產(chǎn)研總經(jīng)理、自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)總經(jīng)理 、自然資源部智慧人居環(huán)境與空間規(guī)劃治理技術(shù)創(chuàng)新中心技術(shù)帶頭人蘇奎峰在會(huì)上談道，構(gòu)建時(shí)空一體的數(shù)字化數(shù)據(jù)底座，是研究復(fù)雜城市系統(tǒng)的一個(gè)基礎(chǔ)。
“過(guò)去，時(shí)間這一重要尺度是被嚴(yán)重忽略的，因此我們現(xiàn)在一定要去深度去思考，如何在一個(gè)時(shí)空底座里建立四維技術(shù)體系支撐的空間治理系統(tǒng)。要盡可能地在空間和時(shí)間上進(jìn)行全覆蓋，以便更好地描述整個(gè)過(guò)程的演變?！碧K奎峰說(shuō)。
▲構(gòu)建時(shí)空一體的數(shù)字化數(shù)據(jù)底座
基于這樣的背景，騰訊已經(jīng)推出了空間實(shí)時(shí)計(jì)算平臺(tái)，聯(lián)合數(shù)字孿生底座、可視化平臺(tái)和實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)一起構(gòu)成數(shù)字孿生產(chǎn)品體系，從而為產(chǎn)業(yè)提供完整先進(jìn)的數(shù)字化方案。
蘇奎峰坦言，由于觀測(cè)手段和成本的限制，空間計(jì)算不可能得到完整的數(shù)據(jù)，但我們?nèi)钥梢酝ㄟ^(guò)全景技術(shù)來(lái)生成整個(gè)場(chǎng)景。
同時(shí)，空間計(jì)算需要統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以此實(shí)現(xiàn)物理和數(shù)據(jù)世界的互通，達(dá)到更好的治理方式和方法。
二、實(shí)景三維中國(guó)藍(lán)圖下，城市正在被“實(shí)時(shí)計(jì)算”
國(guó)土空間問(wèn)題復(fù)雜，由于超大城市不僅是城市、社區(qū)，還要兼顧郊區(qū)、山水林田湖草等，光靠人治、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查督察做不到，必須要加強(qiáng)數(shù)字化手段。
縱觀實(shí)景三維中國(guó)藍(lán)圖，時(shí)空大數(shù)據(jù)加持的數(shù)字孿生技術(shù)，已經(jīng)在國(guó)土空間多個(gè)領(lǐng)域里得到初步落地。
首先是我們城市的各個(gè)尺度，數(shù)字孿生技術(shù)已有落地開(kāi)花之勢(shì)。
據(jù)上海市測(cè)繪院首席專(zhuān)家、自然資源部超大城市自然資源時(shí)空大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)帶頭人顧建祥介紹，上海已走在我國(guó)城市數(shù)字化建設(shè)的前列，其“一張圖”總體架構(gòu)以時(shí)空要素、能力平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用三層體系架構(gòu)建設(shè)。顧建祥團(tuán)隊(duì)深度參與這一項(xiàng)目中，目前已將數(shù)字孿生技術(shù)落地到了區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展、城市治理等多個(gè)方面。
▲數(shù)字上海“一張圖”總體架構(gòu)強(qiáng)調(diào)時(shí)空要素
在市級(jí)數(shù)字孿生底座建設(shè)方面，比如上海CIM平臺(tái)已為全市16個(gè)區(qū)244個(gè)街鎮(zhèn)提供了統(tǒng)一的時(shí)空信息的底板，建設(shè)了玻璃幕墻安全監(jiān)管、違法建造治理、歷史建筑保護(hù)監(jiān)管等，助城市的治理從二維走向三維。
在區(qū)級(jí)數(shù)字孿生底座建設(shè)方面，比如徐匯區(qū)數(shù)字孿生場(chǎng)景，其通過(guò)三維場(chǎng)景把整個(gè)全區(qū)內(nèi)3700多棟樓獨(dú)立起來(lái)，疊加人口數(shù)據(jù)，同時(shí)接入事件中心融合通信，實(shí)現(xiàn)了信息可見(jiàn)、軌跡可尋、狀態(tài)可查、未來(lái)可預(yù)期的事件處置全過(guò)程的閉環(huán)，治理更高效。
在街鎮(zhèn)級(jí)的數(shù)字孿生底座方面，比如其在浦東花木街道打造了數(shù)字孿生平臺(tái)，融合了十萬(wàn)多個(gè)數(shù)字孿生部件，建設(shè)了管市民、管商辦、管自己、管服務(wù)的四大板塊二十多項(xiàng)的應(yīng)用場(chǎng)景，助力流程更加精簡(jiǎn)，決策更加科學(xué)。
然后是在一些特定區(qū)域，比如工業(yè)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等區(qū)域，數(shù)字孿生技術(shù)也逐漸滲透加深。
比如李滿(mǎn)春院士團(tuán)隊(duì)就將數(shù)字孿生技術(shù)用于應(yīng)急救災(zāi)。在伊犁河流域的阿西金礦項(xiàng)目中，團(tuán)隊(duì)研制了阿西金礦的應(yīng)急信息快速采集、處理和傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)與當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)綜合治理部門(mén)緊密關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了大壩上的信息秒級(jí)獲取，以此支持重大水患災(zāi)害的及時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，助防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)工作順利進(jìn)行。
▲李滿(mǎn)春院士講解數(shù)字孿生應(yīng)急案例
在長(zhǎng)江生態(tài)保護(hù)項(xiàng)目中，李滿(mǎn)春院士團(tuán)隊(duì)通過(guò)開(kāi)展生態(tài)用地和公用信息調(diào)查，以生態(tài)源地、廊道、節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建完成生態(tài)網(wǎng)絡(luò)化的生態(tài)修復(fù)規(guī)劃的編制。目前該項(xiàng)目已實(shí)現(xiàn)整個(gè)長(zhǎng)江常州段化工企業(yè)騰退，生態(tài)岸線(xiàn)的比例提升到80.6%，位居江蘇省第一，治理力度在全國(guó)首屈一指。
城市的運(yùn)轉(zhuǎn)離不開(kāi)人的活動(dòng)，包括城市交通、水務(wù)、文體活動(dòng)等各種領(lǐng)域，這也是數(shù)字孿生的大有可為之地。
比如，騰訊自去年底以來(lái)已經(jīng)為深圳寶安區(qū)打造了全域空間可計(jì)算的智慧交通數(shù)字孿生底座。依托騰訊的實(shí)時(shí)孿生、交通大數(shù)據(jù)分析、AI算法等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，融合動(dòng)靜態(tài)交通數(shù)據(jù)及高精地圖，寶安區(qū)率先通過(guò)數(shù)字孿生底座，搭建了智慧公交線(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)，成為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的智慧公交新范本。
▲全域空間可計(jì)算的智慧交通數(shù)字孿生底座
數(shù)字孿生技術(shù)越來(lái)越接地氣。就在不久前的2023深圳馬拉松，騰訊以數(shù)字孿生等核心技術(shù)，助力打造“深圳馬拉松賽事可視化管理平臺(tái)”，對(duì)天氣信息、賽事信息、保障點(diǎn)、計(jì)時(shí)點(diǎn)位置等實(shí)時(shí)信息直觀展現(xiàn)；針對(duì)突發(fā)情況實(shí)時(shí)分析決策，確保賽事高效運(yùn)營(yíng)。
▲深圳馬拉松賽事可視化管理平臺(tái)
上天入地，數(shù)字孿生的空間治理邊界正在不斷被拓展。
仍以騰訊團(tuán)隊(duì)為例，其與南方海洋實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合推出了全球首個(gè)海洋數(shù)字孿生引擎，助力海洋研究創(chuàng)新突破；攜手浦東機(jī)場(chǎng)構(gòu)建數(shù)字孿生的全真互聯(lián)網(wǎng)機(jī)場(chǎng)，打造智慧機(jī)場(chǎng)標(biāo)桿；與粵海水務(wù)合作，在“百年工程”珠三角水資源配置工程的建設(shè)中應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，在保證生產(chǎn)安全的同時(shí)使得單位工程優(yōu)良率達(dá)到了97%……
可以看到，實(shí)景三維中國(guó)藍(lán)圖下，各級(jí)各類(lèi)空間都在被“實(shí)時(shí)計(jì)算”，從而實(shí)現(xiàn)更高效高質(zhì)的智能化空間治理。
三、通往認(rèn)知孿生的“彼岸”，AI助力城市智能化轉(zhuǎn)型
數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展仍處于探索階段，大模型及生成式AI技術(shù)為之帶來(lái)了新機(jī)遇。
蘇奎峰認(rèn)為，生成式AI具有一定的涌現(xiàn)能力，同時(shí)它可以和物理空間融合交匯，與數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)相互增強(qiáng)。
認(rèn)知孿生，就是數(shù)字孿生和生成式AI結(jié)合的結(jié)果，騰訊正在對(duì)此進(jìn)行深入研究。認(rèn)知孿生，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是具有認(rèn)知能力的孿生。當(dāng)下的數(shù)字孿生更多是在建立模型，從而實(shí)現(xiàn)“可計(jì)算”；但城市的核心是生物的活動(dòng)，尤其是以人為主題的活動(dòng)，這對(duì)孿生提出了更深層次的需求——認(rèn)知孿生。
蘇奎峰談道，認(rèn)知孿生具有三大特征：1、它有足夠的全景感知能力，這是所有做孿生的基礎(chǔ)。2、除了可計(jì)算外，孿生還能增加研究方法的可信性和可解釋性。3、孿生需要具備認(rèn)知能力，必須有迭代和進(jìn)化認(rèn)知能力。
▲認(rèn)知孿生是數(shù)字孿生和生成式AI結(jié)合的結(jié)果
清華大學(xué)建筑學(xué)院教授、自然資源部智慧人居環(huán)境與空間規(guī)劃治理技術(shù)創(chuàng)新中心主任田莉提出了“城市模擬器”這一創(chuàng)新型城市治理工具，通過(guò)AI大模型更好地理解和模擬城市復(fù)雜系統(tǒng)行為。
城市模擬器的創(chuàng)新點(diǎn)在于它首創(chuàng)基于生成式大模型，可以進(jìn)行宏微觀耦合政策行為的全流程模擬，實(shí)現(xiàn)決策智能化、精準(zhǔn)化和直觀化。
田莉教授談道，與傳統(tǒng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)比，城市模擬器具有四個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、從難以支撐決策向簡(jiǎn)單和智慧轉(zhuǎn)變，從單維度的驅(qū)動(dòng)向數(shù)據(jù)和知識(shí)雙驅(qū)動(dòng)的模式轉(zhuǎn)型。2、流程原來(lái)是固化的，現(xiàn)在可以進(jìn)行全流程模擬。3、決策時(shí)間可以大大縮短，實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)的決策。4、從閉源轉(zhuǎn)向開(kāi)放，可以自行便捷調(diào)制參數(shù)，快速生成績(jī)效評(píng)估。
▲“城市模擬器”新型城市治理工具解讀
中國(guó)工程院院士、德國(guó)工程科學(xué)院院士、瑞典皇家工程科學(xué)院院士同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師吳志強(qiáng)認(rèn)為，智慧城市（Smart City）逐漸演變?yōu)橹挥幸粋€(gè)大腦的“腦大”現(xiàn)象，這使得數(shù)據(jù)傳輸變得困難。
為此，他在2021年提出了“眾腦”概念。吳志強(qiáng)院士認(rèn)為，眾腦是以社會(huì)智能為基礎(chǔ)的新一代城市智能化結(jié)構(gòu)，可以破解超大城市的治理難題。超大城市是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，需要多元主體參與，以人民為中心，上下立體，還有海內(nèi)外的訪(fǎng)問(wèn)者等。治理超大城市需要借鑒生物群體智能的原理。
可以看到，無(wú)論是認(rèn)知孿生還是城市模擬器、眾腦，AI都在數(shù)字孿生城市的建設(shè)中充當(dāng)更加重要的角色，推動(dòng)城市治理向更高水平發(fā)展。
結(jié)語(yǔ)：多點(diǎn)技術(shù)爆發(fā)，數(shù)字孿生開(kāi)啟城市空間計(jì)算新高度
城市是一個(gè)超級(jí)復(fù)雜的系統(tǒng)，這意味著城市“上云用數(shù)賦智”工程是一場(chǎng)持久戰(zhàn)。隨著城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)入深水區(qū)，數(shù)字孿生技術(shù)體系正逐漸強(qiáng)大，以空間計(jì)算為代表的新技術(shù)成為重要抓手，讓城市空間治理變得更加可計(jì)算、可預(yù)測(cè)、可解釋。
立足當(dāng)下，基于時(shí)空大數(shù)據(jù)的數(shù)字孿生技術(shù)正在空間治理的各個(gè)層面全面落地。展望未來(lái)，時(shí)空大模型及生成式AI正在為行業(yè)帶來(lái)新的發(fā)展引擎，新的智能化技術(shù)趨勢(shì)正在涌現(xiàn)，倒逼數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)一步迭代，從而推動(dòng)空間治理和空間計(jì)算達(dá)到新的高度。
