中国信通院在《数字孪生城市白皮书（2022年）》中指出，数字孪生城市技术集成性高，核心板块日渐清晰，当前已逐步深入到城市全要素表达、业务预警预测、场景仿真推演、态势感知只能决策等多个环节。数字孪生技术的向前发展和融合应用，使得数字孪生在城市、流域、工厂等数字化场景的建设中得到了广泛的应用，为现实世界的数字化和虚拟化提供了坚实的技术支持。本章将围绕数字孪生世界建设7大核心能力，物理世界感知能力、数据治理能力、空间数据采集与处理能力、数字孪生高效建模能力、数字孪生场景渲染能力、动态仿真能力、虚实交互能力进行展开描述。
（一）物理世界感知能力
物联网（Internet of Things, IoT） 是通过智能传感器、射频识别设备（RFID）、卫星定位系统等信息传感设备，按照约定的协议，把各种设备连接到互联网进行数据通信和交换，以实现对设备的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网的技术构成主要包括感知与标识技术、网络与通信技术、计算与服务技术及管理与支撑技术四大体系。感知和标识技术是物联网的基础，负责采集物理世界中发生的物理事件和数据，实现外部世界信息的感知和识别，包括多种发展成熟度差异性很大的技术，如传感器、RFID、二维码等；网络是物联网信息传递和服务支撑的基础设施，通过泛在的互联功能，实现感知信息高可靠性、高安全性传送；海量感知信息的计算与处理是物联网的核心支撑，服务和应用则是物联网的最终价值体现；管理与支撑技术是保证物联网实现“可运行-可管理-可控制”的关键，包括测量分析、网络管理和安全保障等方面（孙其博，刘杰，黎羴，等，2010）。
物理世界感知能力是数字孪生应用建设架构中的底层基础，是物理世界信息输入的基础，是实现物理对象与其数字孪生应用间全要素、全业务、全流程精准映射与实时交互的重要一环。
1、构建一体化感知网
近年来，随着计算机算力的大规模发展及算法的不断突破，AI 得到了快速发展，这为物理世界全域感知和管理监测等技术的研发和创新提供了强大的工具。构建一体化感知网主要是指利用定位、视频监控、无人机、遥感等技术，以AI算法为监测技术赋能，实现感知范围全域覆盖，在扩大物理世界实时在线监测范围的同时，提升监测能力，帮助使用人员以科技之眼实时掌握现场情况，实现全面感知、科学决策与智慧管理。
如在水利行业中透彻感知依托水利感知网实现，水利感知网是智慧水利的“感知系统”，实现了水利大脑对涉水对象及其环境信息的监测、感知，是水利大脑获得信息输入的渠道。水利感知网构建了智慧水利的智能感知体系，负责获取涉水对象及其环境数据。水利感知网利用视频监控设备，动态监测和实时采集河道/水岸线人、水、物三大类水利感知对象的业务特征和事件信息，通过视频解析数据和智能化分析后。通过结构化的数据为管理者提供内容全面、质量可靠的全面感知。
2、核心应用场景
以智慧水利行业为例，水利感知一张网是建设数字孪生水利应用不可或缺的底层输入，数字孪生平台可将感知标识结果和智能算法分析的结果进行融合呈现。常见的水利物理感知应用场景有：智能水尺识别、漂浮物识别、排污口识别、水体颜色识别、积水识别、流速流量检测、违法施工识别、烟火识别等。
（1）水位自动识别
传统的水位检测是靠人工记录数据，由于地形、环境因数水位的采集相当困难；并且人工排查数据进行判断，存在一定的滞后。同时无法远程监管，水位数据的及时性也是监管众多难题之一。水位数据的采集，基于深度学习和传统目标检测算法的可以快速拟合出水位坐标的读数。
智能化的水位监测是基于计算机视觉、深度学习等算法，通过分析水位视频或者图像，得出观测点各水尺的读数，并结合水尺高程，实时计算出监测点的水位数据，并根据预设的告警阈值，输出相应告警数据。
（2）水体颜色识别
水体污染是环境污染防治的最主要指标之一，当前，水质的数据采集大多数需要人工采集河水，到实验室化验，出具水质监测数据报告，这种手段在数据的准确性和权威性上具有很大的优势，但是在缺乏实时性和实效性，当问题出现的时候具有一定的滞后性。
智能化的水体颜色识别对河道周边企业排污口、农业畜牧排污口等水域水体状态实时进行识别，结合漂浮物识别结果，可实现对水体污染状态科学化的判断，有效对违规污水排放等企业得到及时的处理，辅助管理者做出相应管理决策。
（3）积水监测识别
在夏季，下穿道、低洼地区及各类隧道涵洞等，极易因极端天气，形成积水，严重的情况下形成城市内涝，造成交通瘫痪、行人车辆被困等事件发生，对生命、财产安全造成不可估量的影响。
智能化积水识别通过对摄像机监控画面进行动态分析，精准判断积水的状态，并可设置相应阈值，达到预警阈值可立即进行预警，无需人工值守，将现场图像、积水面积等推送给相关人员，并追踪记录预警处理过程，实现对积水的自动监测，自动预警，以及处理过程追踪及记录等。
