最近，新加坡完成了世界上首個(gè)整個(gè)國(guó)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(dá)和影像的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為該國(guó)的現(xiàn)實(shí)網(wǎng)格、建筑和交通模型的過(guò)程。

新加坡土地管理局高級(jí)首席測(cè)量師Hui Ying Teo告訴記者："我們?cè)O(shè)想，這些構(gòu)件將成為從3D地圖繪制和數(shù)字孿生體開(kāi)始的元宇宙建設(shè)的一部分。"

他說(shuō)，他認(rèn)為數(shù)字孿生體是通過(guò)高度的數(shù)字化和數(shù)碼化對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)制。它們對(duì)于可持續(xù)的、有彈性的和智能的發(fā)展至關(guān)重要。他的團(tuán)隊(duì)一直在開(kāi)發(fā)一個(gè)框架，能夠在反映世界不同方面和使用情況的多個(gè)數(shù)字孿生體中實(shí)現(xiàn)單一的事實(shí)數(shù)據(jù)來(lái)源。

新加坡是一個(gè)島國(guó)，海平面上升是一個(gè)大問(wèn)題。一個(gè)綜合的數(shù)字孿生體基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)在幫助新加坡應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)，如氣候變化的影響。一個(gè)單一的、準(zhǔn)確的、可靠的、一致的地形模型支持著國(guó)家水務(wù)機(jī)構(gòu)的資源管理、規(guī)劃和海岸保護(hù)工作。

針對(duì)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(yáng)能光伏路線圖，以實(shí)現(xiàn)新加坡政府在2030年前部署兩千兆瓦峰值（2GWp）太陽(yáng)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(gè)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(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)來(lái)幫助更新由不同過(guò)程收集的數(shù)據(jù)，以代表城市獨(dú)立而又聯(lián)系的各數(shù)字孿生體。"Teo說(shuō)："為了實(shí)現(xiàn)全部潛力，數(shù)字孿生體不僅應(yīng)該代表物理空間，還應(yīng)該代表法律空間（產(chǎn)權(quán)的地籍圖）和設(shè)計(jì)空間（像建筑信息模型(BIM)這樣的規(guī)劃模型）。"

各個(gè)國(guó)家和城市政府正在探索各種策略，將獨(dú)立的地理、基礎(chǔ)設(shè)施和所有權(quán)記錄數(shù)據(jù)孤島轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一的數(shù)字孿生體。這不是一件容易的事，因?yàn)閿?shù)據(jù)的采集方式、使用的文件格式以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準(zhǔn)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(jī)密性和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的安全性的方式來(lái)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(lǐng)域的所有權(quán)邊界。對(duì)這些記錄的惡意或意外的改變可能會(huì)損害隱私、競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)或所有權(quán)。

新加坡是世界上人口密度第二高的國(guó)家，導(dǎo)致了垂直建筑和基礎(chǔ)設(shè)施的顯著發(fā)展。傳統(tǒng)的測(cè)繪方法側(cè)重于二維地理。在2011年一場(chǎng)大洪水震驚了這個(gè)國(guó)家之后，新加坡政府啟動(dòng)了一項(xiàng)雄心勃勃的三維測(cè)繪計(jì)劃，利用快速捕捉技術(shù)繪制整個(gè)國(guó)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(jī)構(gòu)改善了政策制定、規(guī)劃、運(yùn)營(yíng)和風(fēng)險(xiǎn)管理。

然而，該地圖也逐漸過(guò)時(shí)了。因此，在2019年，新加坡統(tǒng)計(jì)局啟動(dòng)了第二項(xiàng)工作，以檢測(cè)隨時(shí)間推移的變化，并以更高的精度更新原始地圖，以反映該國(guó)動(dòng)態(tài)的城鎮(zhèn)發(fā)展。該項(xiàng)目結(jié)合了整個(gè)國(guó)家的航空測(cè)繪和新加坡所有公共道路的移動(dòng)街道測(cè)繪。

一次采集，多次使用

在過(guò)去，每個(gè)政府機(jī)構(gòu)都會(huì)進(jìn)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(shí)間線，重復(fù)的努力并不罕見(jiàn)，"Teo說(shuō)。

與奔特力的合作幫助新加坡土地管理局實(shí)施了 "一次采集，多次使用 "的戰(zhàn)略。這一戰(zhàn)略通過(guò)將地圖作為政府機(jī)構(gòu)、權(quán)威人士和顧問(wèn)之間的項(xiàng)目使用的開(kāi)放資源三維國(guó)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(qiáng)3D地圖，以支持4D技術(shù)來(lái)描述隨時(shí)間變化的特征。

他們結(jié)合激光雷達(dá)和自動(dòng)圖像捕捉技術(shù)，迅速繪制全國(guó)地圖。新的快速捕捉過(guò)程有助于將成本從3500萬(wàn)新元減少到600萬(wàn)，時(shí)間從兩年減少到只有八個(gè)月。

新加坡土地管理局在41天內(nèi)捕獲了超過(guò)16萬(wàn)張高分辨率的航空?qǐng)D像。奔特力的ContextCapture工具將這些圖像轉(zhuǎn)化為0.1米精度的全國(guó)范圍3D現(xiàn)實(shí)網(wǎng)格。他們還使用奔特力的Orbit 3DM工具將超過(guò)25TB的當(dāng)?shù)亟值罃?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字孿生體。

該團(tuán)隊(duì)對(duì)數(shù)據(jù)的不同方面采用了幾種標(biāo)準(zhǔn)化的文件格式。LAS和LAZ用于點(diǎn)云數(shù)據(jù)。GeoTIFF用于將圖像與物理空間對(duì)齊。CityGML增加了對(duì)矢量模型和曲面的支持。

平衡開(kāi)放性和安全性

Teo說(shuō)，在數(shù)據(jù)開(kāi)放和安全性之間取得適當(dāng)?shù)钠胶馐侵陵P(guān)重要的。數(shù)據(jù)開(kāi)放使用戶能夠采用適當(dāng)?shù)墓ぞ邅?lái)滿足其組織的需求，而不管是什么應(yīng)用。然而，這種開(kāi)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(dāng)?shù)碾[私保障下提供給機(jī)構(gòu)、企業(yè)和公民。

所有團(tuán)隊(duì)成員都接受了安全檢查，數(shù)據(jù)在一個(gè)安全、受控的環(huán)境中進(jìn)行處理。此外，還采用了各種敏感化和匿名化技術(shù)來(lái)保護(hù)機(jī)密性。這使得他們能夠在參與規(guī)劃、風(fēng)險(xiǎn)管理、運(yùn)營(yíng)和政策的機(jī)構(gòu)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(quán)利。

數(shù)據(jù)處理是在一個(gè)受控環(huán)境中完成的——這意味著它與外界隔離，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)接入。這阻礙了一些進(jìn)程，例如在遇到問(wèn)題時(shí)獲得技術(shù)支持。"然而，對(duì)于這樣一個(gè)國(guó)家規(guī)模的測(cè)繪，必須在時(shí)間和安全之間取得平衡，"Teo說(shuō)。

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