智東西（公眾號：zhidxcom）
作者 | 三北
編輯 | 漠影
說到空間計算，很多人會想到蘋果公司的首款空間計算設備Vision Pro，它通過模擬三維空間的混合現(xiàn)實體驗，被人們期待成為取代iPhone的下一代智能終端。
實際上，空間計算并不是消費科技領(lǐng)域的獨創(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。
可以來看幾個具體的應用場景：深圳的一個全域空間可計算的智慧交通底座，助城市擁堵得到大大緩解；伊犁的一個數(shù)字孿生的礦區(qū)應急信息系統(tǒng)，助防災減災救災工作順利進行；城市CIM平臺參與到了城市更新、規(guī)劃和改造當中；體育領(lǐng)域一個基于時空大數(shù)據(jù)的馬拉松賽事管理平臺，保障人們體驗運動的快樂……
▲空間計算落地城市規(guī)劃和管理領(lǐng)域
在城市空間治理的語境中，空間計算是數(shù)字孿生技術(shù)的一個重要能力，是用于提升治理效能的智能化手段。
眾所周知，數(shù)字孿生是一個用以為現(xiàn)實世界打造對應數(shù)字世界的技術(shù)體系。如果說過去的數(shù)字孿生，側(cè)重打造一個可視化的“數(shù)字沙盤”，那么空間計算，則讓沙盤變得動態(tài)化、可計算和可預測。當下正值實景三維中國、數(shù)字中國進程加速推進，空間計算技術(shù)成為推動這一進程的“重要扳手”。
隨著城市數(shù)字化建設進入深水區(qū)，行業(yè)面臨什么樣的新挑戰(zhàn)？空間計算技術(shù)如何助力城市空間治理的升級？城市空間治理需求又如何倒逼技術(shù)進步？
日前，智東西聯(lián)合騰訊發(fā)起了「數(shù)字孿生十問」系列活動，第二期主要圍繞城市空間治理展開，針對城市空間的規(guī)劃、建設、運營、管理、服務等領(lǐng)域話題邀請行業(yè)專家學者代表進行了一場交流，進一步分析了以空間計算為代表的數(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)字化建設步入深水區(qū)，空間計算技術(shù)“挑大梁”
隨著城市數(shù)字化建設進入深水區(qū)，時空信息在國土空間數(shù)字化治理中大有可為。
近日，中國工程院院士、國際歐亞科學院院士、自然資源部國家基礎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)型的未來展望——數(shù)字孿生賦能空間治理”年度學術(shù)研討會上提到，現(xiàn)在數(shù)字化治理已經(jīng)被賦予了新的內(nèi)容，包括：時空信息的應用、統(tǒng)籌數(shù)字化發(fā)展以及提升智慧化應用水平等多方面。
中央在全國生態(tài)環(huán)境保護大會上提出了“全面推進美麗中國建設”，強調(diào)構(gòu)建現(xiàn)代化國土空間治理體系，實際上是對國土空間數(shù)字化治理提出更高要求。
陳軍院士認為，用時空信息說話，在三維空間研判，靠時空知識決策，是做好國土空間數(shù)字化治理最重要手段。
國際歐亞科學院院士、國土空間規(guī)劃與地理信息技術(shù)專家、南京大學教授李滿春的觀點與之有一致之處。
李滿春院士認為，國土空間治理在時空大數(shù)據(jù)加持下能夠發(fā)揮最大作用。
時空大數(shù)據(jù)對國土空間治理的支持包括但不限于國土空間認知、國土空間優(yōu)化、國土空間管理等方面。他先后介紹了空間信息感知、數(shù)字孿生模擬、應急響應監(jiān)測等技術(shù)在國土空間認知的應用；時空演變分析、國土空間規(guī)劃、長江生態(tài)保護等在國土空間優(yōu)化中的應用；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、全球運輸網(wǎng)絡等在國土空間管理中的應用。同時，云計算、機器學習、深度學習、地理知識圖譜分析和多模態(tài)分析技術(shù)，可以與時空數(shù)據(jù)融合賦能國土空間治理。
騰訊數(shù)字孿生產(chǎn)研總經(jīng)理、自動駕駛業(yè)務總經(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)帶頭人蘇奎峰在會上談道，構(gòu)建時空一體的數(shù)字化數(shù)據(jù)底座，是研究復雜城市系統(tǒng)的一個基礎。
“過去，時間這一重要尺度是被嚴重忽略的，因此我們現(xiàn)在一定要去深度去思考，如何在一個時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間上進行全覆蓋，以便更好地描述整個過程的演變?！碧K奎峰說。
▲構(gòu)建時空一體的數(shù)字化數(shù)據(jù)底座
基于這樣的背景，騰訊已經(jīng)推出了空間實時計算平臺，聯(lián)合數(shù)字孿生底座、可視化平臺和實時仿真平臺一起構(gòu)成數(shù)字孿生產(chǎn)品體系，從而為產(chǎn)業(yè)提供完整先進的數(shù)字化方案。
蘇奎峰坦言，由于觀測手段和成本的限制，空間計算不可能得到完整的數(shù)據(jù)，但我們?nèi)钥梢酝ㄟ^全景技術(shù)來生成整個場景。
同時，空間計算需要統(tǒng)一的標準和規(guī)范，以此實現(xiàn)物理和數(shù)據(jù)世界的互通，達到更好的治理方式和方法。
二、實景三維中國藍圖下，城市正在被“實時計算”
國土空間問題復雜，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)場調(diào)查督察做不到，必須要加強數(shù)字化手段。
縱觀實景三維中國藍圖，時空大數(shù)據(jù)加持的數(shù)字孿生技術(shù)，已經(jīng)在國土空間多個領(lǐng)域里得到初步落地。
首先是我們城市的各個尺度，數(shù)字孿生技術(shù)已有落地開花之勢。
據(jù)上海市測繪院首席專家、自然資源部超大城市自然資源時空大數(shù)據(jù)分析應用重點實驗室技術(shù)帶頭人顧建祥介紹，上海已走在我國城市數(shù)字化建設的前列，其“一張圖”總體架構(gòu)以時空要素、能力平臺、業(yè)務應用三層體系架構(gòu)建設。顧建祥團隊深度參與這一項目中，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、城市治理等多個方面。
▲數(shù)字上?！耙粡垐D”總體架構(gòu)強調(diào)時空要素
在市級數(shù)字孿生底座建設方面，比如上海CIM平臺已為全市16個區(qū)244個街鎮(zhèn)提供了統(tǒng)一的時空信息的底板，建設了玻璃幕墻安全監(jiān)管、違法建造治理、歷史建筑保護監(jiān)管等，助城市的治理從二維走向三維。
在區(qū)級數(shù)字孿生底座建設方面，比如徐匯區(qū)數(shù)字孿生場景，其通過三維場景把整個全區(qū)內(nèi)3700多棟樓獨立起來，疊加人口數(shù)據(jù)，同時接入事件中心融合通信，實現(xiàn)了信息可見、軌跡可尋、狀態(tài)可查、未來可預期的事件處置全過程的閉環(huán)，治理更高效。
在街鎮(zhèn)級的數(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，融合了十萬多個數(shù)字孿生部件，建設了管市民、管商辦、管自己、管服務的四大板塊二十多項的應用場景，助力流程更加精簡，決策更加科學。
然后是在一些特定區(qū)域，比如工業(yè)區(qū)、自然保護區(qū)等區(qū)域，數(shù)字孿生技術(shù)也逐漸滲透加深。
比如李滿春院士團隊就將數(shù)字孿生技術(shù)用于應急救災。在伊犁河流域的阿西金礦項目中，團隊研制了阿西金礦的應急信息快速采集、處理和傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)與當?shù)氐纳鐣C合治理部門緊密關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了大壩上的信息秒級獲取，以此支持重大水患災害的及時監(jiān)測和預警，助防災減災救災工作順利進行。
▲李滿春院士講解數(shù)字孿生應急案例
在長江生態(tài)保護項目中，李滿春院士團隊通過開展生態(tài)用地和公用信息調(diào)查，以生態(tài)源地、廊道、節(jié)點的構(gòu)建完成生態(tài)網(wǎng)絡化的生態(tài)修復規(guī)劃的編制。目前該項目已實現(xiàn)整個長江常州段化工企業(yè)騰退，生態(tài)岸線的比例提升到80.6%，位居江蘇省第一，治理力度在全國首屈一指。
城市的運轉(zhuǎn)離不開人的活動，包括城市交通、水務、文體活動等各種領(lǐng)域，這也是數(shù)字孿生的大有可為之地。
比如，騰訊自去年底以來已經(jīng)為深圳寶安區(qū)打造了全域空間可計算的智慧交通數(shù)字孿生底座。依托騰訊的實時孿生、交通大數(shù)據(jù)分析、AI算法等技術(shù)優(yōu)勢，融合動靜態(tài)交通數(shù)據(jù)及高精地圖，寶安區(qū)率先通過數(shù)字孿生底座，搭建了智慧公交線網(wǎng)系統(tǒng)，成為國內(nèi)領(lǐng)先的智慧公交新范本。
▲全域空間可計算的智慧交通數(shù)字孿生底座
數(shù)字孿生技術(shù)越來越接地氣。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”，對天氣信息、賽事信息、保障點、計時點位置等實時信息直觀展現(xiàn)；針對突發(fā)情況實時分析決策，確保賽事高效運營。
▲深圳馬拉松賽事可視化管理平臺
上天入地，數(shù)字孿生的空間治理邊界正在不斷被拓展。
仍以騰訊團隊為例，其與南方海洋實驗室聯(lián)合推出了全球首個海洋數(shù)字孿生引擎，助力海洋研究創(chuàng)新突破；攜手浦東機場構(gòu)建數(shù)字孿生的全真互聯(lián)網(wǎng)機場，打造智慧機場標桿；與粵海水務合作，在“百年工程”珠三角水資源配置工程的建設中應用數(shù)字孿生技術(shù)，在保證生產(chǎn)安全的同時使得單位工程優(yōu)良率達到了97%……
可以看到，實景三維中國藍圖下，各級各類空間都在被“實時計算”，從而實現(xiàn)更高效高質(zhì)的智能化空間治理。
三、通往認知孿生的“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)為之帶來了新機遇。
蘇奎峰認為，生成式AI具有一定的涌現(xiàn)能力，同時它可以和物理空間融合交匯，與數(shù)字孿生實現(xiàn)相互增強。
認知孿生，就是數(shù)字孿生和生成式AI結(jié)合的結(jié)果，騰訊正在對此進行深入研究。認知孿生，簡單來說就是具有認知能力的孿生。當下的數(shù)字孿生更多是在建立模型，從而實現(xiàn)“可計算”；但城市的核心是生物的活動，尤其是以人為主題的活動，這對孿生提出了更深層次的需求——認知孿生。
蘇奎峰談道，認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。2、除了可計算外，孿生還能增加研究方法的可信性和可解釋性。3、孿生需要具備認知能力，必須有迭代和進化認知能力。
▲認知孿生是數(shù)字孿生和生成式AI結(jié)合的結(jié)果
清華大學建筑學院教授、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AI大模型更好地理解和模擬城市復雜系統(tǒng)行為。
城市模擬器的創(chuàng)新點在于它首創(chuàng)基于生成式大模型，可以進行宏微觀耦合政策行為的全流程模擬，實現(xiàn)決策智能化、精準化和直觀化。
田莉教授談道，與傳統(tǒng)的系統(tǒng)動力學模型對比，城市模擬器具有四個優(yōu)點：1、從難以支撐決策向簡單和智慧轉(zhuǎn)變，從單維度的驅(qū)動向數(shù)據(jù)和知識雙驅(qū)動的模式轉(zhuǎn)型。2、流程原來是固化的，現(xiàn)在可以進行全流程模擬。3、決策時間可以大大縮短，實現(xiàn)分鐘級的決策。4、從閉源轉(zhuǎn)向開放，可以自行便捷調(diào)制參數(shù)，快速生成績效評估。
▲“城市模擬器”新型城市治理工具解讀
中國工程院院士、德國工程科學院院士、瑞典皇家工程科學院院士同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院教授、博士生導師吳志強認為，智慧城市（Smart City）逐漸演變?yōu)橹挥幸粋€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。吳志強院士認為，眾腦是以社會智能為基礎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。超大城市是一個復雜系統(tǒng)，需要多元主體參與，以人民為中心，上下立體，還有海內(nèi)外的訪問者等。治理超大城市需要借鑒生物群體智能的原理。
可以看到，無論是認知孿生還是城市模擬器、眾腦，AI都在數(shù)字孿生城市的建設中充當更加重要的角色，推動城市治理向更高水平發(fā)展。
結(jié)語：多點技術(shù)爆發(fā)，數(shù)字孿生開啟城市空間計算新高度
城市是一個超級復雜的系統(tǒng)，這意味著城市“上云用數(shù)賦智”工程是一場持久戰(zhàn)。隨著城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型進入深水區(qū)，數(shù)字孿生技術(shù)體系正逐漸強大，以空間計算為代表的新技術(shù)成為重要抓手，讓城市空間治理變得更加可計算、可預測、可解釋。
立足當下，基于時空大數(shù)據(jù)的數(shù)字孿生技術(shù)正在空間治理的各個層面全面落地。展望未來，時空大模型及生成式AI正在為行業(yè)帶來新的發(fā)展引擎，新的智能化技術(shù)趨勢正在涌現(xiàn)，倒逼數(shù)字孿生技術(shù)進一步迭代，從而推動空間治理和空間計算達到新的高度。
