T/COSOCC 022-2024 城市数字孪生 总体要求

ICS 35.240.01
CCS L 67
团体标准
T/COSOCC 022—2024
城市数字孪生 总体要求
City digital twin—General requirements
2024 - 09 - 20发布2024 - 09 - 20实施
中国基本建设优化研究会 发布

目次
前言 ................................................................................. II
引言 ................................................................................ III
1 范围 ............................................................................... 1
2 规范性引用文件 ..................................................................... 1
3 术语和定义 ......................................................................... 1
4 目标与原则 ......................................................................... 2
5 概念模型 ........................................................................... 2
6 技术架构 ........................................................................... 2
7 建设要求 ........................................................................... 3 概述 ........................................................................... 3
信息基础设施层 ................................................................. 3
数据层 ......................................................................... 4
技术与平台层 ................................................................... 5
应用层 ......................................................................... 6
8 运维管理 ........................................................................... 6
9 安全保障 ........................................................................... 6
10 持续改进 .......................................................................... 7
参考文献 .............................................................................. 8
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II
前言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
T/COSOCC 022《城市数字孪生 总体要求》与T/COSOCC 023《城市数字孪生 数据要求》、T/COSOCC 024《城市数字孪生 三维建模要求》、T/COSOCC 025《城市数字孪生 信息交互要求》、T/COSOCC 026《城市数字孪生 成熟度评价规范》共同构成城市数字孪生规划、建设的基本型标准体系。
本文件由中国基本建设优化研究会提出并归口。
本文件起草单位：中国联合网络通信有限公司智能城市研究院、蓝象标准（北京）科技有限公司、上海城建数字产业集团有限公司、四川见山科技有限责任公司、中国联合网络通信有限公司上海市分公司、中移（杭州）信息技术有限公司、雄安雄创数字技术有限公司、嵩嘉标准化技术服务（北京）有限公司。
本文件主要起草人：王丽影、段小莉、郭中梅、李慧、高旻、顾成大、张风雷、马继生、董正浩、吴晗、孙亮、冯大刚、单斐、张红艳、姜冰、王致远、邱天、张德保、乔华阳。
本文件为首次发布。
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III
引言
当前，智慧城市建设已经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，是城市可持续发展的重要方向和途径。城市数字孪生是利用数字孪生技术，以数字化方式创建城市物理实体的虚拟映射，借助历史数据、实时数据、空间数据以及算法模型等，仿真、预测、交互、控制城市物理实体全生命周期过程的技术手段，可以实现城市物理空间和社会空间中物理实体对象以及关系、活动等在数字空间的多维映射和连接。城市数字孪生丰富的内涵和特征决定了它的实现具有高度复杂性，涉及一系列复杂技术。其中，感知互联、实体映射、多维建模、时空计算、仿真推演、可视化、虚实交互等相关技术构成了城市数字孪生关键技术体系。城市数字孪生契合了当前为产业转型升级赋能的战略需求，是城市在物理空间、社会空间、数字空间融合发展的基础技术手段，是智慧城市建设新的创新源和发力点，将成为智慧城市发展新阶段的核心底座。
国家高度重视城市数字孪生发展，出台了一系列相关政策，各地也开始积极贯彻实施。随着技术的不断发展和各地实践的开展，城市数字孪生已经逐步形成以基础、硬件、软件、应用、安全和服务为核心的产业生态。随着城市数字孪生技术的应用实施，亟需对总体要求、数据要求、建模要求、信息交互、成熟度评价等方面制定标准，规范和引导产业健康发展。
本文件是《城市数字孪生》系列文件之一，本系列文件结构如下：
——T/COSOCC 022《城市数字孪生 总体要求》
——T/COSOCC 023《城市数字孪生 数据要求》
——T/COSOCC 024《城市数字孪生 三维建模要求》
——T/COSOCC 025《城市数字孪生 信息交互要求》
——T/COSOCC 026《城市数字孪生 成熟度评价规范》
本文件从城市数字孪生建设的总体性、指导性要求出发，给出了城市数字孪生的概念模型和技术架构，规定了城市数字孪生的建设要求、运维管理、安全保障和持续改进等内容，服务城市数字孪生规范化建设，其中建设要求中对数据、建模、信息交互等提出总体要求，本系列其它文件在本文件基础上对相关内容进一步细化。本文件旨在为设计方、建设方、实施方等主体共同探索数字孪生城市可持续发展路径提供参考；为咨询服务提供方、建设技术提供方、运营服务方等城市数字孪生相关方在项目招标、项目验收等方面提供技术支撑。
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城市数字孪生 总体要求
1 范围
本文件给出了城市数字孪生的目标与原则、概念模型和技术架构，规定了城市数字孪生的建设要求、运维管理、安全保障和持续改进等方面内容。
本文件适用于指导数字孪生技术在城市范围中应用和实施，相关应用可结合实际裁剪使用。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 22239 信息安全技术 网络安全等级保护基本要求
GB/T 34678—2017 智慧城市技术参考模型
GB/T 37932 信息安全技术 数据交易服务安全要求
GB/T 37971 信息安全技术 智慧城市安全体系框架
GB/T 37972 信息安全技术 云计算服务运行监管框架
GB/Z 38649 信息安全技术 智慧城市建设信息安全保障指南
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
智慧城市 smart city
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，提升城市运行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。
[来源：GB/T 37043—2018，2.1.1，有修改]
数字孪生 digital twin
以数字化方式创建物理实体的虚拟实体，借助历史数据、实时数据、空间数据以及算法模型等，模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程的技术手段。
注：
ISO(国际标准化组织)将数字孪生定义为:“由物理资产、虚拟镜像和用户界面组成的混合模型。”[ISO/TR 24464:2020,定义 3.1.4]。
城市数字孪生 city digital twin
通过数字孪生技术，将城市实体空间与数字虚拟空间相互映射、连接交互和协同演进，实现城市全要素的数字化、可视化、智能化和智慧化的城市形态。
仿真 simulation
基于模型的活动，即利用模型来复现实际系统中发生的某些本质过程，并通过对系统模型的实验来研究、分析、改进实际中存在或设计中的系统。
[来源：GB/T 41723—2022，3.7]
验证 validation
从预期使用用途角度，评估模型、仿真及其相关数据表征真实世界的准确程度的过程。
[来源：GB/T 41723—2022，3.9]
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4 目标与原则
制定城市数字孪生建设管理制度，加强城市数字孪生建设管理机制，明确建设基本流程，指导城市数字孪生相关建设，确保城市数字孪生建设的科学性和合理性。城市数字孪生建设遵守以下原则：
a)
考虑政府、企业、公众等多元主体的实际需求；
b)
以目标、问题和需求为导向展开，确定建设目标、建设范围、实施路径等内容。
5 概念模型
城市数字孪生概念模型由物理空间、社会空间和数字空间构成，见图1。
图
1 城市数字孪生概念模型
现实城市包括物理空间和社会空间。物理空间包括自然环境、空间位置、人、城市部件设施等要素。社会空间包含城市中的组织、活动、关系以及逻辑，描述城市社会中人与物、人与人、个体与群体、群体与群体等关系和活动的总和。
数字空间是现实城市的物理空间和社会空间在数字虚拟空间的镜像复刻，对城市物理空间和社会空间进行建模、映射以及连接反馈，并在数据驱动下，通过在数字空间对现实城市进行仿真推演，对现实城市进行分析、监测、诊断、预测、优化，构成与现实城市对应的平行虚拟数字城市，实现城市多维仿真、虚实交互、智能预测、精准控制。
数字空间与物理空间、社会空间构成由实到虚、以虚控实的虚实融合、协同发展的闭环系统，实现对城市要素及活动的全周期可溯、动态实时反馈，推动对现实城市的全面管理和优化。
6 技术架构
城市数字孪生建设面向城市物理空间和社会空间各实体，以信息基础设施支撑、融合城市各类数据、通过技术与平台能力，实现贯穿城市规划、建设、管理、运营、行业服务等城市全生命周期应用，满足政府、企业、公众用户需求。
技术架构以信息与通信技术（ICT）技术为视角，提出信息基础设施、数据、技术与平台、应用四个横向层次要素和运维管理、安全保障两个纵向支撑体系，横向层次要素的上层对其下层具有依赖关系；纵向支撑体系对于四个横向层次要素具有约束关系。
a) 信息基础设施层：包括感知基础设施、网络基础设施和算力基础设施，为城市数字孪生提供环境空间设施的智能感知能力、大容量宽带高可靠的网络连通能力和数据存储和服务计算的存储算力支撑。
b) 数据层：在信息基础设施层的支撑下，根据建设要求整合城市数据资源，构建城市数字孪生的数据汇聚、数据融合、数据管理和数据服务能力支撑，为技术与平台层和应用层提供数据综合服务能力。
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c) 技术与平台层：通过信息基础设施和数据能力支撑，利用数字孪生技术，构建城市数字孪生的建模、可视化、信息交互、仿真推演、学习优化、共性支撑等技术与平台支撑能力，为孪生应用提供技术服务支撑。
d) 应用层：在技术与平台层、数据层、信息基础设施层的基础上建立的各种基于领域（如城市规划、建设、管理、服务、产业等）的城市数字孪生应用级整合，为政府管理者、企业用户、社会公众提供信息化应用和服务。
e) 运维管理体系：为城市数字孪生建设提供整体的运维管理机制，涉及各横向层次，确保城市数字孪生整体的建设管理和长效运行。
f) 安全保障体系：为城市数字孪生建设构建统一的安全保障要求，制定安全运行跟踪、应急响应安全机制，保障物理安全、数据安全、运行安全，涉及各横向层次。
政府、公众、企业三类用户可基于实际情况和自身需求，通过多渠道接入相关孪生应用，使用相关服务或产品。
城市数字孪生技术架构见图2。
图
2 城市数字孪生技术架构
7 建设要求 概述
城市数字孪生建设包括信息基础设施建设、数据建设、技术与平台建设、应用建设四方面建设内容。 信息基础设施层
7.2.1 感知基础设施
感知基础设施应包含感知设备和执行设备，应符合下列要求：
a)
感知设备能实现对城市数字孪生基础设施、环境、设备和人员等各个单元的识别和信息采集与监控，并具有网络接入和传输功能；
b)
执行设备能实现城市数字孪生应用和用户对基础设施、环境、设备和人员等要素进行管理和控制的执行器，并具有根据应用和指令进行自动或手动调控的功能。
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7.2.2 网络基础设施
网络通信分为公共网络和专用网络，网络基础设施应符合GB/T 34678—2017中8.2的要求，并应符合下列要求：
a)
支持可配置、可扩展和拓扑管理，便于网络接入、隔离、诊断、授权等网络管理操作；
b)
支持采用高可靠、易维护、绿色节能设计，构建绿色通信网络；
c)
根据建设需求，支持专用网络与公共网络互通。
7.2.3 算力基础设施
算力基础设施应包含存储基础设施和计算基础设施，符合下列要求：
a)
存储基础设施包括多级数据存储中心以及云数据中心，涵盖多种存储方式，宜包括块存储、文件存储、对象存储、列式存储、云存储、分布式存储等数据存储设施；
b)
计算基础设施为城市数字孪生提供数据计算能力，宜包括通用计算、分布式计算、云计算以及边缘计算等先进计算设施。 数据层
7.3.1 数据资源
根据建设要求全面汇聚城市数据资源，包括但不限于城市基础数据、城市运营数据、物联感知数据、跨行业共享数据、预测模型数据，符合下列要求：
a)
城市基础数据应包括行政区划、电子地图、测绘遥感、地名地址、地上地下三维模型等数据；
b)
城市运营数据应包括城市规划、建设、管理、运营、养护数据，以及交通、能源、水利、通信、教育医疗、公共服务与安全、政策法规等数据；
c)
物联感知数据应包括通过物联感知设备采集获取的运行监测数据，宜包括建筑监测、市政设施监测、气象监测、交通监测、生态环境监测、能源消耗和灾害预警等数据；
d)
跨行业共享数据应包括人口统计、企业法人、经济指标、就业社保、居民生活水平、环境状况、移动出行数据，以及购物、旅游、监控、教育、娱乐、社交、舆情等数据；
e)
预测模型数据应包括实体、交通、人口、环境、公共安全和卫生、经济发展、能耗、灾害等预测数据。
7.3.2 数据汇聚
提供多源异构数据的采集接入能力，应符合下列要求：
a)
具备广泛多源异构数据的汇聚接入能力，可提供不同来源、不同类型、不同格式的数据采集接入能力；
b)
支持实时或不定期汇聚数据的多种数据汇聚方式。
7.3.3 数据融合
提供各类数据资源的处理、融合能力，应符合下列要求：
a)
制定数据处理规范、数据质量规范，按照统一空间参考、高程基准和时间系统进行处理，基于统一空间编码对数据进行编码；
b)
提供多源异构数据的配准、转换、关联、组合等数据融合能力，并支持物联感知动态数据与静态数据集成融合。
7.3.4 数据管理
建立完善数据资源管理体系，应符合下列要求：
a)
提供对主数据、元数据、参考数据等数据管理操作，包括但不限于编目、导入导出、更新、备份与恢复、共享与开放等数据操作；
b)
考虑数据全生命周期管理，对数据生存周期不同阶段制定对应的管理策略，确保各个阶段的数据保密性、完整性和可用性。
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7.3.5 数据服务
支撑城市数字孪生的数据查询、数据展示、数据分析等，数据服务提供形式包括但不限于数据服务调用接口、数据产品、数据分析结果等，应符合下列要求：
a)
综合建设需求和现有资源、环境，明确数据服务范围和服务内容；
b)
根据数据服务范围和服务内容，制定数据服务目录、服务级别协议和实施方法；
c)
建立数据服务管控能力，监测数据服务的使用情况，监督数据服务的安全性和合规性。 技术与平台层
7.4.1 建模
在计算机环境中建立可信地、高保真地描述物理实体物理特性、功能和性能的数字化模型，并与外部实体、模型进行关联、集成的能力，应符合下列要求：
a)
支持描述城市实体的结构、功能、性能、属性特性，以及其与外部交互实体的关联信息，包括但不限于几何信息、纹理信息、时空信息、语义信息、规则信息、事件信息等；
b)
定义不同空间尺度不同层级的建模要求，对模型与真实物理实体描述的保真度、置信度、精确性进行验证，确保模型的性能、可用性、易用性、可维护性和可迁移性；
c)
建立物理-虚拟空间同步映射逻辑，实现数字空间与物理空间的虚实双向映射。
7.4.2 可视化
利用计算机图形学和图像处理技术，将现实城市在数字空间进行清晰、直观渲染呈现的能力，应符合下列要求：
a)
支持城市数字孪生各类数据、模型流畅加载浏览，支持动态数据与静态数据融合展示；
b)
支持数据统计分析可视化呈现，以统计图、表等数据视图形式呈现数据、指标等的状态、变化、趋势等；
c)
支持业务逻辑可视化呈现，提供业务管理和业务流程的可视化渲染，包含事前-事中-事后全流程可视化；
d)
支持场景可视化渲染，根据业务需求、场景范围等呈现具体场景渲染效果，包括但不限于超大场景动态缩放加载渲染、自然现象效果渲染等。
7.4.3 信息交互
实现现实城市与孪生数字城市的互操作和双向互动，实现城市虚实空间实时连接交互、双向控制和反馈等能力，应符合下列要求：
a)
支持数字空间多种浏览交互操作，包括但不限于用户与系统人机交互、系统与系统间跨系统交互；
b)
支持动态感知信息交互，包括但不限于系统从各类物联感知终端获取信息、数字空间操作映射到物理世界指令的反向操控；
c)
支持虚实交互，包括但不限于视频在三维立体空间融合交互、跨终端人机交互，如虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等。
7.4.4 仿真推演
结合城市业务应用需求及城市要素仿真推演特性，基于时空系统的多维计算、算法模型构建、事态拟合等，在数字空间进行分析计算、监测预警、推演预测，辅助现实管理决策的能力，应符合下列要求：
a)
支持基于时间以及空间的多时空维计算，能对城市二三维空间地理对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等时空信息进行分析计算，包括但不限于空间测量、叠加分析、序列分析等时空分析，以及路径规划、通视分析、漫游定制等场景分析；
b)
支持监测分析建筑、交通、城市部件、能耗、气象、环境以及各应用系统运行等城市运行数据，并能集成评价指标算法模型进行监测预警、生成评估决策报告；
c)
支持根据基础数据和实时数据集成算法模型，基于场景进行空间类、流程类、空间-流程综合类模拟仿真和推演评估，为管理方案和设计方案提供反馈参考。
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7.4.5 学习优化
利用计算机视觉、机器学习、知识图谱等人工智能技术，通过对数据的深度学习，推动智慧城市自我优化运行的能力，符合下列要求：
a)
宜应用图像分类、目标跟踪、语义分割等计算机视觉技术，支撑人脸识别、图像识别等智能应用；
b)
宜支持利用知识图谱、机器学习、深度学习等人工智能技术进行迭代优化，通过不断更新的城市大数据进行模型训练，实现模型的自学习、自修正、自优化，更精准反映、分析、预测发展变化。
7.4.6 共性支撑
通过开放通用数据集成处理、算法应用、技术开发等应用能力，赋能行业用户结合行业应用场景构建业务应用功能的能力，应符合下列要求：
a)
提供包括但不限于数据服务、算法服务、应用程序编程接口（API）、应用组件、开发工具等工具集，支撑行业业务应用快速构建；
b)
提供支持集成包括但不限于数据服务、算法服务、应用组件、开发工具等，支撑行业业务应用快速集成。 应用层
城市数字孪生可面向城市规划、建设、管理、服务以及产业等方面开展应用。
a)
城市规划领域应用：支撑国土空间规划、用地规划仿真、选址推荐、规划编制审批管理、空间规划检测预警等数字规划应用等。
b)
城市建设领域应用：支撑工程建设项目审批、绿色设计、绿色建造、智慧工地、不动产登记等城市数字建设应用等。
c)
城市运行管理应用：支撑城市设施设备管理、城市运行监测、城市体检、城市基层治理、城市事件问题处置等。
d)
城市安全管理应用：支撑城市建设与运行安全管理、防灾减灾、应急管理、指挥调度等。
e)
城市公共服务应用：服务在线办事数字政务、虚拟课堂智慧教育、便捷就诊孪生医疗、孪生景区智慧旅游等。
f)
城市交通物流应用：支撑交通动态监测与管控、交通模拟仿真、车路协同和自动驾驶、停车导引、物流运输等。
g)
城市水利流域领域应用，支撑对城市水资源、水利流域全要素和治理管理活动全过程的数字化映射、智能化模拟仿真等。
h)
生态环境行业应用：支撑土壤、大气、水等生态环境数据以及生物多样性数据的实时采集与监测、环境预警、综合评估、推演预测等应用。
i)
能源低碳行业应用：支撑绿色建筑、绿色能源、绿色交通、绿色数据中心、碳源汇监测等开展应用。
j)
工业制造领域应用：支撑工业园区、智能生产线、供应链管理等场景开展应用。
8 运维管理
应对运行维护管理进行整体规划，提供必要的资源支持，实施运行维护服务能力管理和服务内容，对运行维护服务结果、服务过程、服务效果进行测量、分析和评估，并实施改进。
9 安全保障
应遵循GB/T 22239、GB/T 37932、GB/T 37971、GB/T 37972、GB/Z 38649等国家现有且适合于智慧城市建设、新型智慧城市建设、数字城市建设等国家和行业安全技术、安全管理的相关标准规范，应具备安全防护、安全监测、安全预警和应急处理等安全保障能力，保障物理安全、网络安全、数据安全和应用运行安全。
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10 持续改进
应通过定期或不定期开展城市数字孪生建设成熟度评价，对城市数字孪生建设相关的资源、能力、实施和绩效等进行评价，持续改进城市数字孪生建设方案，优化城市数字孪生建设实施策略、方法和流程，促进城市数字孪生建设体系的完善和长效运营。
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8
参考文献
[1]
GB/T 20271 信息安全技术 信息系统通用安全技术要求
[2]
GB/T 36333 智慧城市 顶层设计指南
[3]
GB/T 37043 智慧城市 术语
[4]
GB/T 41723—2022 自动化系统与集成 复杂产品数字孪生体系架构
[5]
CJ/T 157 城市三维建模技术规范
[6]
CJ/T 545 城市运行管理服务平台数据标准
[7]
CJJ/T 315 城市信息模型基础平台技术标准
[8]
ISO/TR 24464:2020 自动化系统和集成 工业数据 数字孪生的可视化元素（Automation systems and integration - Industrial data - Visualization elements of digital twins）
[9]
中华人民共和国国家发展和改革委员会.“十四五”规划《纲要》名词解释之94|新型智慧城市.2021-12-24