城市作为复杂活系统:复杂性理论指导城市数字孪生模型 | Nat. Comput. Sci 速递
关键词:城市科学,数字孪生,复杂城市系统,自组织,活系统
论文题目:The role of complexity for digital twins of cities 论文来源:Nature Computational Science
论文链接:https://www.nature.com/articles/s43588-023-00431-4
数字孪生(digital twins)是一种旨在精确反映物理对象的虚拟模型,孪生体与本体之间有双向信息流。在城市科学的背景下,数字孪生主要关注城市的实时状态(如车流量),在城市的短期和中期规划中应用广泛。但,困在《黑客帝国》矩阵里的“人”能模拟出城市吗?
现有研究专注于城市短期(如24小时)的动力学演化,而非几年或几十年的变化。此外,城市的发展是大量相互作用涌现的结果,这与机械的数字孪生模型有很大区别,本体(城市)似乎有生命,是有机体;而孪生体更机械,似是精密的机器。
复杂系统由许多相互作用的元素组成,关注在相互作用中产生的如非线性、涌现 、自发秩序等特殊性质。最近发表在 Nature Computational Science 的这篇文章关注到城市系统的复杂性(complexity),认为应当用复杂性科学的理论和方法指导城市数字孪生模型的发展。这种方法将城市视为有生命的活系统,有相互交织的自组织现象(interwoven self-organizing phenomena),而非大型机器。
文章首先阐述了传统数字孪生技术在处理城市系统时的不足(即城市系统具有复杂性),然后具体给出了应用复杂性科学的方法如何弥补不足,接着讨论了将复杂性科学整合到数字孪生中的挑战,最后给出了具体的政策建议。
图1. 城市系统的复杂性特征。
图2. 复杂城市系统与数字孪生
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