數字孿生技術在智慧城市中獲得深度應用，各地著力推動的數字孿生城市建設為城市應急管理的數字化提供了有力支撐。城市應急數字孿生系統可將城市中井蓋、排水管道、河道流量等數據采集聯網，模擬在遭遇大規模降雨時城市范圍內的“聯排聯調”，對城市給排水系統優化提供直接參考。

城市在應對火災時，可根據不同商業建筑模型，通過商業大樓內承載人員數量、火災蔓延速度和逃生通道容量規劃最佳逃生路線。還可通過消防栓、煙感傳感器、視頻等設備聯網為消防救援提供最佳指引。在應對危化品泄露時，可仿真某存儲危化品的工廠發生有害氣體泄露，根據空氣擴散模型計算受影響的城市范圍，并計算疏散路徑。在應對疫情擴散時，可仿真病毒攜帶人員在城市內行動軌跡，根據病毒擴散與傳播控制模型，計算可能受到影響的城市范圍，對隔離方案進行精準指導。

城市應急數字孿生系統通過對海量公共安全數據進行整理、分析、挖掘、呈現，最終閉環作用于物理世界，促進城市應急管理的全面透徹感知、系統整體掌控、迅捷精確響應，使應急管理主體能夠信息共享、互聯互通并推動形成一體化的預警防控體系。

1.數字孿生系統架構

感知層：感知層主要包括物理實體中搭載先進物聯網技術的各類新型基礎設施。

數據層：數據層主要包括保證運算準確性的高精度的數據采集、保證交互實時性的高速率數據傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數據管理。

運算層：運算層是數字孿生體的核心，其充分借助各項先進關鍵技術實現對下層數據的利用，以及對上層功能的支撐。

功能層：功能層是數字變生體的直接價值體現，實現系統認知、系統分析、故障診斷、預測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統認知，數字孿生體能夠真實描述及呈現物理實體的狀態，它是實現數字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統分析可實現數字孿生體的狀態監測功能，發揮對物理實體的早期預警作用。故障診斷，通過分析物理實體的運行狀態，了解現象背后的原因。預測推演，是利用仿真技術來預見物理實體未來的狀態演變，從而指導當前的運行決策。

應用層：應用層是面向各類場景的數字孿生體的最終價值體現，具體表現為不同行業的各種產品，能夠明顯推動各行各業的數字化轉型。

2.數字孿生系統的典型特征

等價映射：數字孿生體是對物理實體的等價描述，是對物理實體進行數字化而松建的模型數字孿生體的變化能夠真實反映現實世界中的物理實體的變化。數字孿生體能夠實現雙向映射、數據連接和狀態交互，起到“數化”、“保真”效果。

實時交互：基于實時傳感等多元數據的獲取，孿生體可全面、精準、動態反映物理對象的狀態變化，包括外觀、性能、位置、異常等。“實時”體現數字孿生體所處狀態是物理實體狀態的實時虛擬映射;“交互”體現數字孿生體與物理實體間存在數據及指令互動。

共生演進：“共生”體現在數字孿生體與物理實體同步構建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著孿生對象的生長而不斷演變。共智體現在三個層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數據、算法)、孿生體內部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。

預測優化：根據物理實體的各項真實數據，通過數字孿生體進行仿真，實現對物理實體未來狀態的預測，預先知曉未來狀態能夠輔助用戶做出更合理的決策。根據物理實體的實時運行狀態，通過數字孿生體進行監測，實現對系統不穩定狀態的預測，預先覺察即將可能發生的不穩定狀態，使用戶更從容地處理該問題。

建立數字孿生體的最終目的，是通過描述物理實體集合內在機理，分析規律、洞察趨勢，基于分析與仿真對物理世界形成優化指令或策略，實現對物理實體決策優化功能的閉壞。根據數字孿生的典型特征，可以得出數字孿生的體系架構。

3.城市應急智慧數字孿生監控系統

（1）綜合態勢監測

支持整合城市安防、生產生活、自然災害、消防事故等各領域信息資源，基于三維GIS系統，對目標區域的建筑、道路、企業、危險源、基礎設施、監控點位等重點要素信息進行詳細展現。與公安、消防、醫療、交管等多部門實時聯動，實現對突發事件的及時響應，輔助應急部門綜合掌控大范圍區域安全態勢。

（2）城市安全監測

建筑監測

支持對橋梁、大型體育場館、大型綜合體等各類大型建筑的數量、空間位置分布、實時狀態等信息進行監測和可視化管理；集成各傳感器監測數據，對大型建筑沉降、變形、位移、火災報警、消防設施水位水壓、室內外溫度等運維數據進行實時監測，支持異常狀態實時告警。

公用設備設施監測

平臺可對交通樞紐、工廠、人員密集場所等重點區域，以及特種設備（電梯等）、變電站、能源站、調配站等公用設施的位置、分布、類型進行實時監測；對大型公用設施運行狀態、特種設備運行狀態、地下管網壓力等管理要素運行信息進行實時監控，支持故障實時預警告警，及時發現安全隱患，提升基礎設施監管力度。

城市公共空間監測

對公共空間的分布、人車信息、空氣質量等要素進行可視化監測；對重點點位布置監控感知設備，建設視頻一張圖，對人員密度、環境指標、突發事件等公共安全態勢進行實時監測。當指標超過預設安全閾值，系統將通過Icon變色、自動告警等形式進行呈現，實現公共空間和重點場所的全方位、無死角管控。

消防重點單位監測

對人員聚集的公共場景的周圍消防資源進行信息迭代監測，支持通過三維建模，對重點建筑及各類消防設施的外觀、內部結構等進行三維仿真顯示，并對建筑內的空氣煙霧、溫度、人流量、消防設施水位水壓等運行態勢進行監控，配置工單調取、巡檢路線、應急預案等關鍵輔助功能，提升消防安全監管力度。

（3）自然災害監測

氣象災害監測

支持集成氣象管理部門業務系統、氣象觀測站、天氣雷達等數據資源，對降雨量、風速、風向、溫度、濕度、雷電等氣象參數進行實時可視化監測，支持臺風、高溫、雷暴、漢朝等災害氣象的預警告警，并對極端氣象災害的轉移路線進行模擬，輔助管理者掌握氣候氣象態勢，提高應急響應效率。

水旱災害監測

支持集成氣象監測、水利工程監測、城市內澇監測、水位監測等各類數據資源，對天氣、降水量及江河湖泊、水庫的水位、水庫蓄水量、總庫容等要素進行實時監測和可視化分析；支持對大壩、河堤等要素對象進行三維顯示，對壩體、河堤位移變形等異常情況進行告警，為防汛抗旱、洪災風險評估工作提供支持。

4.系統主要功能

（1）綜合態勢監測

支持整合城市安防、生產生活、自然災害、消防事故等各領域信息資源，基于三維GIS系統，對目標區域的建筑、道路、企業、危險源、基礎設施、監控點位等重點要素信息進行詳細展現。為預警信息發布、災情發布提供數據支撐，實現監測信息的整合和可視化展示，為應急中掌握事發態勢，優化資源配置提供有效輔助決策。

（2）應急資源整合

平臺通過對接應急、糧食、消防、公安、衛健、交通、民政等應急資源儲備和管理部門，匯聚減災救災資源數據，實現各類應急資源的整合和可視化展示。通過結合具體災害場景進行方案推演，確保救援指揮時能迅速、全面了解、掌握應急信息資源，為應急救援指揮提供智慧支撐。

（3）智能預警告

警基于時間、空間、數據等多個維度，為各類焦點事件建立閾值告警觸發規則，自動監控各類焦點事件的發展狀態，對來自不同部門和不同系統的告警信息進行關聯分析，結合預警模型進行風險研判，確定告警信息的風險級別，提前進行可視化預警告警。

（4）應急預案部署

支持將預案的相關要素及指揮過程進行多種方式的可視化呈現與部署，支持對應急管理資源部署、資源分布、行動路線、重點目標等進行展現和動態推演，提高指揮效率、人員對預案的熟悉程度、增強處置突發事件的能力和水平。

（5）應急指揮調度

基于災險情或者歷史災害，能夠快速定位并搜索事發地點周邊范圍內的應急搶險物資、救援隊伍、避災場所等，生成調度方案。各級指揮中心、救援隊伍和救援現場可通過平臺進行雙向語音通信，實時視頻傳至指揮中心大屏，實現指揮調度上下聯動、橫向協同、扁平高效、快速接入。滿足對災害的快速響應和綜合一體化的應急救援指揮需求，實現重大突發事件的綜合救援和協調聯動，提升應急救援的協同性、整體性、專業性。