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数字孪生是什么?
2023-09-07
  • 数字孪生
  • 数字孪生空间
  • 数字孪生应用
近年来,数字孪生这个词不断地出现在公众视野,尤其是随着物联网技术的发展,数字孪生不断现身于各行各业,乍一看,这个概念还是比较生僻,那数字孪生到底是什么呢?

近年来,数字孪生这个词不断地出现在公众视野,尤其是随着物联网技术的发展,数字孪生不断现身于各行各业,乍一看,这个概念还是比较生僻,那数字孪生到底是什么呢?

先来看看数字孪生的定义,《数字孪生应用白皮书》是这样说的:

“数字孪生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达,该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛,并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图,有助于优化整体性能。”

简单翻译一下,数字孪生就是将现实世界中的事物在虚拟数字空间映射,构建物理实体的“数字化克隆体”,以历史数据、实时数据为基础,借助数据模型,实现对现实场景或对象的映射呈现、分析优化、诊断预测等。 

数字孪生构建三步骤

翻阅了很多资料和信息之后,粗略总结了数字孪生的构建及应用过程,可以分为三步:复刻、构建、应用。

复刻:现实空间的数字化重建

首先就是运用空间采集设备对现实空间进行精准复刻,并通过物联网实现物理空间与数字空间之间的虚实互动,在这个过程中会采集并传输现实空间的相关数据,包括结构数据、传感器数据、运营数据等,为后面模型构建及优化做准备。

构建:数据驱动模型学习优化

当把真实空间及物理实体数字化复刻以后,相关数据也已经上传到云端,在对数据清洗处理以后,就可以结合处理后的数据,运用相关技术能力构建数字孪生模型,并持续验证优化。

应用:功能开发及实际应用

模型构建以后就是具体的应用里,在这个阶段,会结合具体的应用场景以及行业特性,做具体的功能开发和应用,比如工厂车间的预测性维护、道路交通的模拟规划等。

数字孪生应用价值

说了这么多,那数字孪生到底有什么用呢?具体可以应用在哪些场景或者哪些行业呢?接下来就一一解答。

航天预测模拟:作为科技最前沿的应用领域,航空航天针对数字孪生技术的应用可以说起源最早。1969年美国的阿波罗项目中,美国国家航空航天局(NASA)通过制造两个完全相同的航天器,形成“物理孪生”,这是最早期数字孪生技术的雏形。随着技术的迭代发展,数字孪生技术在航空航天产品研发、故障检测、系统管控等方面都有着广泛的应用。

数字孪生工厂:数字孪生技术可以说是工业生产的宠儿,能够实现资源调配、智能化生产,显著提高生产效率。数字孪生工厂,意味着把实体的工厂搬到虚拟空间,可以实时获取工厂中的数据,实现对工厂的实时监控;同时也可以模拟生产过程,优化生产流程;还可以通过数据分析支持只能决策和预测分析……可以说,数字孪生技术在工业生产领域效果十分显著。

智慧交通模拟:数字孪生在智慧交通行业的应用,主要是将实时采集的交通数据纳入到建立的交通模型体系中,通过大数据分析、人工智能AI和交通仿真技术,实现真实路面交通和虚拟环境的深度融合,比如可以进行车流变化模拟推演,也可以模拟交通信号灯变化,从而有助于更好地规划交通路线,为管理部门优化交通管理调度提供技术支持。

打造智慧城市:利用数字孪生技术,可以在虚拟网络空间构建一个与物理世界相对应的孪生城市,通过数据全域标识、状态精准感知、数据实时分析等,来实现城市的模拟、监控以及控制,解决城市规划、设计、建设、管理、服务过程中的诸多问题。

目前,数字孪生被广泛应用于工业制造、智慧城市、智能交通、能源等各大行业领域,作为虚拟仿真的重要领域,数字孪生正以其强大的能力在各个行业中创造前所未有的创新。