数治地图 | 孪生地图：智慧城市- 大数跨境

中国地图出版社集团

2025-06-23

专栏寄语：

地图是重构非线性复杂地理世界的最佳形式。今天的数字化浪潮正在推动空间治理经历一场深刻的变革。地图不仅是地理空间的数字镜像，也是人类行为的全景画像，它以独特的空间思维和符号语言，成为空间治理转型必备要素之一，通过时空数据洞悉规律、预知态势、协同要素，改变着空间治理的决策逻辑。

当前，人类正书写空间治理的新范式：以数据为笔，以空间为纸，将地理世界的复杂与多样性浓缩于方寸之间，绘制空间治理的锦绣图卷。从“数字化”到“数智化”再到“数治化”，地图对地理空间的描绘从物理走向信息，从宏观走向微观，从单一走向协同，使用点、线、面、体、流、场、势等表达形式来表达自然、社会、人文等专业内容，其中的创新不仅在于新技术的涌现，更在于新理念的升华。无论是环环相扣的城市规划，还是系统协同的交通管理；无论是利国利民的美丽乡村建设，还是蓬勃新生的低空经济，地图都能以其精准洞察、精妙刻画和精确计算，为空间治理提供科学的决策依据。

“数治地图”专栏从国家治理体系的多个需求侧切入，在空间维度贯通天上地下、链接城乡区域，在时间维度融合历史现代、展望未来图景，汇聚专业灵感，创造科普价值：孪生地图构建数字基底，空域地图守护低空安全，立体地图整合规划要素，民生地图注入人文温度，特色地图展现美丽乡村，应急地图筑牢防控屏障。人类空间治理能力的升级离不开地图学的创新。

王家耀

中国工程院院士

在数字化的浪潮中，新型智慧城市建设已在我国各地陆续铺展，其实践意义和应用价值日益显现。新型智慧城市是建设数字中国、智慧社会的核心载体，也是城市发展的新形态和新模式。随着新一代信息技术的发展，构建城市物理世界和网络数字空间相互映射、协同交互的数字孪生城市已经成为建设新型智慧城市的核心任务。在数字孪生城市这个前沿技术交汇、应用需求密集的领域，地图这一古老的科学艺术结晶，以崭新的面貌走进大众视野，它不仅是地理标识，而且是可观察、可分析、可仿真、可交互的数字地图，即孪生地图。

孪生地图是地理空间在数字空间中的虚拟表示，它通过物联网、大数据、云计算和人工智能等技术手段，将城市中的地形地貌、道路设施、植被等各类地理空间数据精准映射到虚拟环境中。这些数据被转换为可在数字空间中操作和管理的虚拟模型，以实现对地理空间内各类实体的全面监控与模拟。

从哲学角度看，孪生地图就像一个平行世界，它既是物理世界的虚拟再现，又通过实时数据的更新和算法程序的模拟，保持着与物理世界的动态联系。这种虚拟性与现实性的统一，使得孪生地图的表达对象不只限于静态的地理特征，还包括城市对象的动态时空变化以及由人类活动所创造的各类信息，这些信息可被归纳为自然要素、社会要素和人文要素三类。

从技术角度看，孪生地图的特点在于其全尺度、多维度、广跨度的表达形式。它不仅能利用新一代信息技术直观地展现山川河流、高楼大厦的位置形态，还能通过多源数据计算，表现城市瞬息万变的运行态势和用户个性差异的生活规律。因此，在孪生地图中，自然要素、社会要素和人文要素均有相应的表达形式，这些表达形式可被归纳为点、线、面、体、流、场、势七种。

自然要素是指城市空间环境中的各类地理实体，它们是构成孪生地图的基石。随着数据的更新、设备的革新和技术的创新，孪生地图映射自然要素的能力也在不断提升。自然要素在孪生地图中的表达形式主要为点、线、面、体四种。纸质地图中的点、线、面都使用基础几何图形进行描述，而在孪生地图中，点、线、面、体的内涵更加丰富。“点”通常代表具体的地理位置或实体对象，用于标识个体和记录其属性状态，例如车辆、行人等；“线”通常代表连接不同点的路径或关系，用于表示实体对象之间的连接和交互，例如航线、管线等；“面”通常代表特定的区域或范围，用于表示实体对象在空间上的分布或组合，例如居民区、规划区等；“体”通常代表特定的三维空间，用于展示三维空间内实体的位置和形态，例如室内空间、地下空间等。现阶段，实景三维、BIM（建筑信息模型）、CIM（城市信息模型）、AIGC（人工智能生成内容）等领域的技术发展，极大地丰富了孪生地图中数据的来源和类型。因此，在孪生地图中，用户可以同时浏览点、线、面、体四种自然要素，这也使得数据的计算分析更加高效。例如，在暴雨等极端天气条件下，孪生地图能够同时展示道路（线）的积水面（面）和建筑（体）的淹没情况，并在地图上的特定点位标识积水深度（点）。

孪生地图中的“点”：被实时监测的车辆图/北京超图软件股份有限公司

孪生地图中的“线”：纵横交错的城市地下管线图/北京飞渡科技有限公司

孪生地图中的“面”：城市中被积水淹没的区域图/北京超图软件股份有限公司

孪生地图中的“体”：建筑物室内空间展示图/北京超图软件股份有限公司

社会要素是指城市中由人类经济活动所产生的要素，例如交通、物流等。现代城市作为一个复杂的巨系统，单维、线性、静态的数据分析和可视化方法已不能满足对其运行规律的深度挖掘，而孪生地图凭借其动态性和实时性，能展现特定物质或信息的实时状态，揭示其时空变化规律。社会要素在孪生地图中的表达形式主要有流和场两种。“流”表示动态变化的数据或信息流动，用于揭示实体对象之间的信息交互和位置变化，如车辆移动形成的车辆路线、货物运输形成的物流信息等。“流”往往与时序信息相关，因此它在存储、计算和可视化方面有着动态的表达需求。“场”表示物质或信息的时空分布状态，如温度、湿度、PM2.5浓度等，用于揭示特定物质或信息在连续空间的分布与变化。此外，在孪生地图中还可以使用颜色、图标、表格和动画等元素，帮助用户快速识别问题，作出决策，增强了孪生地图在城市治理中的实际应用价值。

孪生地图中的“流”：模拟车流的宽度、密度、速度图/北京飞渡科技有限公司

孪生地图中的“场”：用颜色深浅标示城市PM2.5浓度图/北京超图软件股份有限公司

人文要素是人类活动所创造或衍生的文化、事件、情感等要素。与自然要素和社会要素不同，自然要素与社会要素在城市中是客观存在的，其本身可通过抽象思维映射到孪生地图上的模型或轨迹中，而人文要素则更多地体现了城市在长期发展过程中所形成的“以人为本”的城市标签。在数字空间中，人文要素可通过布局、装饰、光线等数字化的表达，使读者产生情感共鸣。这种共鸣建立在制图者与读图者对人文要素拥有共识的基础之上，如建筑的营造法式、植物的色彩搭配、光线的冷暖明暗等。因此，孪生地图不仅是自然要素和社会要素计算与可视化的载体，更是一种用于构建、诠释、表征和传达人类文化、精神、理念的新媒介。在孪生地图中，“势”并不特指某种具体的可视化形式，它既可以被解读为“趋势”，即实体的动态变化趋向，又可以被引申为“态势”，即城市环境所展现出的氛围感，例如建筑的风格（徽派建筑/岭南建筑）、街道的规划布局（放射状/网格状）、店铺的门面设计（开放/封闭）等。这些元素共同营造出城市的整体氛围和特色，形成了人们对于这座城市的独特印象，例如古今并重的北京、多元活力的上海、现代高效的深圳、浪漫艺术的巴黎等。除了对城市建筑、街道等静态环境进行高逼真的3D建模，孪生地图使用高分辨率纹理、动态光影和粒子特效也有助于还原城市的色彩和氛围。值得说明的是，与Midjourney、Sora等AIGC工具生成的城市图像、视频不同，孪生地图所描述的城市环境均为现实世界中的客观存在，在城市之“势”的表达上更加贴切。