最近，新加坡完成了世界上首個整個國家的數(shù)字孿生體的工作。奔特力系統(tǒng)軟件公司(Bentley Systems)的工具加速了將地理信息系統(tǒng)、激光雷達和影像的原始數(shù)據(jù)轉化為該國的現(xiàn)實網(wǎng)格、建筑和交通模型的過程。

新加坡土地管理局高級首席測量師Hui Ying Teo告訴記者："我們設想，這些構件將成為從3D地圖繪制和數(shù)字孿生體開始的元宇宙建設的一部分。"

他說，他認為數(shù)字孿生體是通過高度的數(shù)字化和數(shù)碼化對現(xiàn)實世界的復制。它們對于可持續(xù)的、有彈性的和智能的發(fā)展至關重要。他的團隊一直在開發(fā)一個框架，能夠在反映世界不同方面和使用情況的多個數(shù)字孿生體中實現(xiàn)單一的事實數(shù)據(jù)來源。

新加坡是一個島國，海平面上升是一個大問題。一個綜合的數(shù)字孿生體基礎設施已經(jīng)在幫助新加坡應對各種挑戰(zhàn)，如氣候變化的影響。一個單一的、準確的、可靠的、一致的地形模型支持著國家水務機構的資源管理、規(guī)劃和海岸保護工作。

針對數(shù)字孿生體的努力也在幫助可再生能源的推廣。整合的建筑模型數(shù)據(jù)源幫助制定了太陽能光伏路線圖，以實現(xiàn)新加坡政府在2030年前部署兩千兆瓦峰值（2GWp）太陽能的承諾。

從地圖繪制到孿生體制作

"數(shù)字孿生體和地圖之間的一個巨大區(qū)別是，數(shù)字孿生體可以根據(jù)新的數(shù)據(jù)不斷地更新。需要一個復雜的數(shù)據(jù)管理平臺來幫助更新由不同過程收集的數(shù)據(jù)，以代表城市獨立而又聯(lián)系的各數(shù)字孿生體。"Teo說："為了實現(xiàn)全部潛力，數(shù)字孿生體不僅應該代表物理空間，還應該代表法律空間（產(chǎn)權的地籍圖）和設計空間（像建筑信息模型(BIM)這樣的規(guī)劃模型）。"

各個國家和城市政府正在探索各種策略，將獨立的地理、基礎設施和所有權記錄數(shù)據(jù)孤島轉變?yōu)榻y(tǒng)一的數(shù)字孿生體。這不是一件容易的事，因為數(shù)據(jù)的采集方式、使用的文件格式以及基礎數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準確性都存在很大差異。此外，政府需要以尊重公民隱私、企業(yè)數(shù)據(jù)IP的機密性和基礎數(shù)據(jù)的安全性的方式來創(chuàng)建這些地圖。

例如，地籍調(diào)查等數(shù)據(jù)源反映了房地產(chǎn)、礦產(chǎn)和土地使用領域的所有權邊界。對這些記錄的惡意或意外的改變可能會損害隱私、競爭優(yōu)勢或所有權。

新加坡是世界上人口密度第二高的國家，導致了垂直建筑和基礎設施的顯著發(fā)展。傳統(tǒng)的測繪方法側重于二維地理。在2011年一場大洪水震驚了這個國家之后，新加坡政府啟動了一項雄心勃勃的三維測繪計劃，利用快速捕捉技術繪制整個國家的地圖，并在2014年形成了第一張三維地圖。該地圖幫助各政府機構改善了政策制定、規(guī)劃、運營和風險管理。

然而，該地圖也逐漸過時了。因此，在2019年，新加坡統(tǒng)計局啟動了第二項工作，以檢測隨時間推移的變化，并以更高的精度更新原始地圖，以反映該國動態(tài)的城鎮(zhèn)發(fā)展。該項目結合了整個國家的航空測繪和新加坡所有公共道路的移動街道測繪。

一次采集，多次使用

在過去，每個政府機構都會進行自己的地形調(diào)查，以改善規(guī)劃決策。"由于不同的發(fā)展時間線，重復的努力并不罕見，"Teo說。

與奔特力的合作幫助新加坡土地管理局實施了 "一次采集，多次使用 "的戰(zhàn)略。這一戰(zhàn)略通過將地圖作為政府機構、權威人士和顧問之間的項目使用的開放資源三維國家地圖，最大限度地提高了地圖的可用性。最終，他們希望加強3D地圖，以支持4D技術來描述隨時間變化的特征。

他們結合激光雷達和自動圖像捕捉技術，迅速繪制全國地圖。新的快速捕捉過程有助于將成本從3500萬新元減少到600萬，時間從兩年減少到只有八個月。

新加坡土地管理局在41天內(nèi)捕獲了超過16萬張高分辨率的航空圖像。奔特力的ContextCapture工具將這些圖像轉化為0.1米精度的全國范圍3D現(xiàn)實網(wǎng)格。他們還使用奔特力的Orbit 3DM工具將超過25TB的當?shù)亟值罃?shù)據(jù)轉化為數(shù)字孿生體。

該團隊對數(shù)據(jù)的不同方面采用了幾種標準化的文件格式。LAS和LAZ用于點云數(shù)據(jù)。GeoTIFF用于將圖像與物理空間對齊。CityGML增加了對矢量模型和曲面的支持。

平衡開放性和安全性

Teo說，在數(shù)據(jù)開放和安全性之間取得適當?shù)钠胶馐侵陵P重要的。數(shù)據(jù)開放使用戶能夠采用適當?shù)墓ぞ邅頋M足其組織的需求，而不管是什么應用。然而，這種開放性需要與安全和隱私考慮相平衡。他們必須確保原始數(shù)據(jù)可以被安全地處理，并在適當?shù)碾[私保障下提供給機構、企業(yè)和公民。

所有團隊成員都接受了安全檢查，數(shù)據(jù)在一個安全、受控的環(huán)境中進行處理。此外，還采用了各種敏感化和匿名化技術來保護機密性。這使得他們能夠在參與規(guī)劃、風險管理、運營和政策的機構之間更廣泛地分享數(shù)據(jù)，而不影響任何人的數(shù)據(jù)權利。

數(shù)據(jù)處理是在一個受控環(huán)境中完成的——這意味著它與外界隔離，沒有網(wǎng)絡接入。這阻礙了一些進程，例如在遇到問題時獲得技術支持。"然而，對于這樣一個國家規(guī)模的測繪，必須在時間和安全之間取得平衡，"Teo說。

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