(1)全面感知

　　城市数字孪生以全面感知为前提。城市是一个复杂巨系统，时刻处于发展变化中，必须时刻掌握物理城市的全局发展与精细变化，实现孪生环境下的数字城市与物理城市同步运行。城市数字孪生通过布设覆盖城市范围的多种类型传感器，建立全域全时段的物联感知体系，对城市运行状态进行多维度、多层次精准监测，全面获取影像、视频、各类运行监测指标等海量城市数据，实现对城市环境、设备 / 设施运行、人员流动、交通运输、事件进展等的全方位感知，实时获取城市全域全量运行数据，为城市数字孪生提供数据基础。

　　(2)精准映射

　　映射是构建数字世界并建立数字世界与物理世界紧密关系的过程。各类信息要素的精准匹配与精准表达是实现物理城市向数字城市映射的关键。城市数字孪生的实现场景下，物理城市与数字城市是一一对应、紧密融合、双向互动的关系。通过物联感知、数字化标识、多维建模等技术，数字空间实现全域模型精准建立、全量数据精准标识、全盘孪生精准运行，保障孪生环境下的仿真推演具有可信性和参考性，从而指导物理世界运行管理决策。

　　(3)智能推演

　　智能推演是城市数字孪生具备智慧能力的体现，是实现对物理城市进行科学预测、指导与优化的关键。可以依据物理城市的真实运行数据，构建不同场景下的推演模型，进而模拟和分析物理城市的运行状态和发展趋势，推演预测物理城市的发展态势与运行结果，并提出优化建议，辅助城市日常管理、应急指挥和科学决策。随着城市数字孪生数据的日渐积累，使其可以通过数据去发现城市更多场景下的运行规律，从而能够更多样、更精准的建立推演模型，使城市管理者可以更好的掌握城市运行趋势和可能发生的事件，真正实现数据驱动的城市智能化分析和运行。

　　(4)动态可视

　　是指通过将感知的多源数据进行数字化建模和可视化渲染，城市数字孪生提供了全要素、全范围、全精度真实的渲染效果，实现全空间信息和城市实时运行态势的动态展示。一方面，城市数字孪生既可以展现宏大开阔的城市全貌场景，也可以展现诸如地下管线、室内设施等城市微场景，提供全粒度、多尺度的多维展现能力。另一方面，城市数字孪生可视化具有突出的动态性特点，可将城市实时运行体征，如交通运行、城市环境、监控视频等城市实时信息与空间模型紧密融合，实时动态展示可视化对象的状态变化，精准反映物理城市的真实状态和运行情况，使数字城市更加鲜活。

　　(5)虚实互动

　　虚实互动是指物理空间与数字空间的互操作和双向互动，借助物联网、图形 / 图像、AR/VR、人机交互等领域技术的协同和融合，实现城市级虚实空间融合、控制与反馈等能力。虚实互动的过程是指通过对物理世界的数据实时采集、接入并映射到数字世界，实现对物理世界的仿真和模拟，在数字空间中进行大数据量的计算、预测和演练，提出城市规划、城市建设、城市治理等的科学决策建议，相关决策建议可以指导或直接反作用于物理世界，在物理世界执行完成后，相应的执行结果再映射到数字世界，并进行信息及时更新，实现物理空间与数字空间的双向闭环互动。

　　(6)协同演进

　　协同演进是城市数字孪生具有高阶智慧能力的体现。城市数字孪生过程中，物理城市与数字城市在城市运行、数据、技术、机制等方面存在长期协同关系，长期相互反馈、相互影响。协同演进是以物理空间和社会空间为主体，数字空间进行推演，并反馈进化结果，使物理空间和社会空间协同推进的过程。协同演进不仅是“协同”的，更是“演进”的，是“物理城市与数字城市在各种因素的相互作用下的演进关系”，这种演进关系最终推动物理城市与数字城市共同发展进步。