前言
前段时间有幸听了一场2023全球数字经济大会“数字孪生城市与数智治理创新”专题论坛，其中对Michael Batty院士关于数字孪生城市的讲座印象较为深刻，打破了我的一些固有认知，也产生了对城市模型的新想法和新认知。写这篇博客，一是为了梳理所学的内容，二是为了重新认识数字孪生、城市模型等含义。
Michael Batty（迈克尔·巴蒂）院士，英帝国高级勋位、英国皇家学会院士、英国科学院院士，伦敦大学学院教授、高级空间分析中心主席。自20世纪70年代以来，一直从事城市的计算机建模及可视化方面的研究，著有《城市与复杂性》（Cities and Complexity） 与《新城市科学》（The New Science of Cities ）等书。
概念：模型和孪生 Models and Twins
什么是模型？
- 概念：模型是对真实系统的抽象。建模、计算和人工智能在于构建世界模型，并利用这些模型来指导我们更好地创造世界。
- 核心：所有模型都是错误的，但有些模型是有用的。我们生活在一个充斥着多种模型的世界。这很好理解，一个模型无法考虑真实系统中的所有要素。所以转向多模型的思维非常重要。值得思考的是，当我们拥有多个合理的模型，我们如何使用它们？如何整合它们？它们与真实事物的接近程度如何？
- 本质：模型本质上是一种抽象和简化。Michael Batty教授提出了一个悖论：“如果模型变得越来越详细并接近真实事物，甚至变得与真实事物相同，在提供关于真实事物洞见方面，它还真的重要吗？”我不是很确定Michael Batty教授所指的“在提供关于真实事物洞见方面”是什么意思。但我认为有用的城市模型是多维度的，可组合的，是由多个由真实世界抽象和简化得来的单一模型整合而成的。当这些模型被合理的整合到一起，势必逐渐趋向真实世界。这样原本真实世界中的一些模糊的、不可测度的（或者说玄学的）内容，通过城市模型可以窥探到其清晰的运作机理，而且可以很好地可视化出来，从而展现给大众。这是具有深远意义的，也是城市模型发展的理想化方向。
什么是数字孪生？
- 渊源：由Michael Grives（2014）在21世纪初首次创造的，他在产品设计方面的专业知识最初将这个概念应用于生产工程领域。在不同领域中也有类似的概念存在，比如BIM是在建筑施工和维护领域被设计出来的。BIM可能是现在世界上最接近数字孪生的模型。
- 定义：物理对象、过程或系统的动态数字复制品，可提供实时状态和性能监控。我们所进行的一切计算都可以与数字孪生的概念结合在一起。
- 内涵：数字孪生是一种耦合，即原始世界和数字模型之间的关系，这种耦合实现了信息的传递。数字孪生可能是嵌入系统的控制器或机制，也就是说数字模型实际上可能在某种程度上控制着真实系统的行为。
- 理想的建模环境：将真实系统、数字孪生、多个模型中的几个，以及循环中的人员等所有要素进行封装。数字孪生依赖于真实系统并将对真实系统的预测反馈到模型中。如果不考虑真实系统中数据与模型之间的交互，就很难建立模型，应该说几乎所有的数字孪生都会反馈到真实系统中。然后，还需要将人类添加到这个循环中。
图灵测试
图灵测试（The Turing test）由艾伦·麦席森·图灵提出，指测试者与被测试者（一个人和一台机器）隔开的情况下，通过一些装置（如键盘）向被测试者随意提问。进行多次测试后，如果机器让平均每个参与者做出超过30%的误判，那么这台机器就通过了测试，并被认为具有人类智能。
我们可以对数字孪生进行图灵测试——如果评估人员无法可靠地区分机器和人类，则机器将被称为通过了测试。我们可以通过这个方法判断数字孪生是否与其所建模的真实系统不同。
如何构建数字孪生模型？以QUANT模型为例
Michael Batty教授团队开发了一个城市变化长期模型QUANT。它是基于约8500个英国人口普查单元（MSOA，Middle Layer Super Output Areas，英国较大的地理统计单元）建立的一种土地利用交通模型，能够预测人口、就业等要素。他们也在开发下一级（LSOA，Lower Layer Super Output Areas，英国较小的地理统计单元）的版本，可以说是数字孪生中的数字孪生（Twin's twin，到这里对数字孪生的概念更加深刻了）。该模型通过使用GPU，实现了秒级的在线运行（网址：http://quant.casa.ucl.ac.uk/quant2/）。本网站几乎所有与土地利用和交通相关的模型。
可以通过在无限范围内改变任何一个参数来生成无数个数字孪生。当改变规模时，将会得到另一个数字孪生。通过人口普查单元的数量和形状来衡量规模，其中规模最大的单位是LSOA（Lower Layer Super Output Areas，英国较小的地理统计单元），英国共有41729个。MSOA（Middle Layer Super Output Areas，英国较大的地理统计单元）则是LSOA的聚合形式，在英格兰、威尔士和苏格兰共有8436个MSOA。图8-1是现在运行的粗比例模型，图8-2是细比例模型聚合后的结果，这两幅地图有93%的对应关系。
一些思考
数字孪生的概念是否有用？Michael Batty教授最后提出了几点思考：
- 城市是如何变化的、模型是如何激增的。我们如何处理同一问题的多个模型？联邦式数字孪生？或是许多个孪生——三胞胎，四胞胎……？
- 智慧城市到底是什么，当然这也是关于城市本质以及新技术如何改变城市的更广泛辩论的一部分。
- 一个模型到底是什么，我们如何将多个模型联系在一起，我们如何同时思考多个模型和不同的概念体系。
对于这些问题，仍需要一定的实践我才有更加清晰的认知，关于城市、模型、数字孪生、智慧城市、多模型组合......
本文未完待续。
