方案概述

应用场景

• 构建统一的城市数字孪生平台，基于统一的时空基准，整合城市地理数据、物联数据、互联网数据、专题数据的统一融合，形成城市“一张图”；
• 建立统一的运行服务和支撑云环境，面向各部门提供统一的城市数字孪生服务（数据服务、基础设施服务、接口服务、功能服务）：
• 基于统一时空基础下的数据和服务API，赋能城市全生命周期应用。

业务痛点及挑战：

• 协同差、效率低：各部门收集同一空间数据，部门数据无共享；应用开发，需要多个部门协调数据；应用开发厂商适配工作量大，应用之间难协同，效率低。
• 好看、不好用：重可视化，轻应用；业务数据没有时空化，管理手段受限。
• 算力低、建模慢：对计算服务器性能要求高，需要高性能的GPU算力支持才能完成建模；自建集群规模小，无法并发支持大规模建模。
• 数据类型多，融合难：多种数据文件类型，格式复杂，转换困难；多源数据融合难，缺少统一标准时空数据框架。

方案优势和价值：

• 大场景、超精细、高效率实景三维建模：显式辐射场创新技术实现三维建模厘米级高保真还原，超越3D Mesh和NeRF效果；30分钟自动化构建5平方公里超精细实景三维地图，建模效率比业界提升30%+。
• 城市多元数据融合：支持实景三维、点云、三维地形、手工模型、BIM、地理实体、参数化/符号化三维数据、地下管线、地质体等数据融合，并以统一服务和格式对外提供服务。
• 二三维一体化空间分析计算：支持矢量、栅格、三维、空间大数据等空间计算能力，提供交互式分析模型界面。
• 多级多维度共同应用：应用于政府部门（政数局、规自局、住建局等）、企事业单位、社会公众等各类机构与群体，面向应用范围广，提高政府管理和决策水平。
• 资源利用集中化：整合基础时空数据、公共专题数据、物联网感知数据、互联网在线数据等，为智慧城市建设提供基础信息资源共享，促进协作共享，避免重复投资，降低数据生产和使用的整体成本。

方案架构

本方案为了使城市数字孪生平台建立良好的运行服务和支撑云环境，面向各部门提供统一稳定的城市数字孪生服务，本方案架构采用云环境服务架构思想，基于华为云KooMap云地图服务、云数据库服务、GPU加速云服务器及HCS/HCSO等，结合超图时空数据融合服务、超图数字孪生门户、超图云数字孪生应用服务平台、超图数字孪生平台配套服务、超图数字孪生管理服务，以集群的方式部署云原生GIS平台，使用keepalived+ELB方式提供GIS服务间的负载均衡，贯穿各层应用，形成具有严格标准、安全保障、高效流程、高质量结果的平台架构，完成多元数据建模与融合，构建城市数字孪生平台。

图1 方案架构

超图城市数字孪生平台基于华为云环境，在同一局域网环境下部署平台，配合KooMap数据服务，使用弹性公网IP访问桌面GIS软件及云GIS门户服务器平台，同时使用华为云弹性文件服务以及云数据库RDS，基于华为云弹性负载均衡方式ELB进行请求负载，使用GIS运维服务器平台，便于进行数据处理、服务管理和指标监控，具有高可靠、高能效、高质量的特点。

图2 部署架构

方案优势

• 全域全要素全过程表达：支持二三维点线面、二三维网络、三维体（边界表示、参数化表达）、TIM/TIN/Grid/Voxel Grid等二三维一体化数模型，并支持自研Webgl、Cesium、VR/AR/MR、高真实渲染等交互与输出。
• 多源数据融合：支持统一接入多源数据，支持实景三维、点云、三维地形、手工模型、BIM、地理实体、参数化/符号化三维数据、三维场数据、地下管线、地质体等数据融合，并以统一服务和格式对外提供服务（S3M）。
• 二三维一体化空间分析计算：支持矢量、栅格、三维、空间大数据、AI分析等空间计算能力，提供桌面GPA/Web GPA交互式分析模型界面。
• 大规模高性能三维建模：基于随机域分解结合华为云Function Graph自适应调度能力，大幅度提升经典建模流程效率，获得高精度空间几何信息。

应用流程

图3 超图尝试数字孪生平台应用流程图

本方案采用云环境服务架构思想，以华为云为基础，基于华为云KooMap云地图服务、云数据库服务等，结合超图时空数据融合服务，使用超图二三维一体化桌面GIS软件iDesktop进行处理、整理、建库、地图制图，使用云GIS应用服务平台iServer进行发布服务，将发布的服务使用云GIS门户服务器平台iProtal面向应用层进行SDK、REST赋能，同时云GIS管理服务器平台iManager进行服务管理和指标监控，将最后成果服务应用服务于政府部门、企事业单位、社会公众等机构与群体。