數字孿生發展及行業應用(yòng)前景

數字孿生發展背景

具有理(lǐ)論色彩的(de)數字孿生，2002年密歇根大(dà)學的(de)Michael Grieves首次提出了(le)PLM（信息鏡像模型）概念，模型中出現了(le)現實空間，虛拟空間，從現實空間到虛拟空間的(de)數據流，從虛拟空間到現實空間的(de)信息流，以及虛拟子空間的(de)表述。Michael Grieves在數字孿生方面的(de)理(lǐ)論方面的(de)工作，對(duì)數字孿生的(de)普及應用(yòng)，起到了(le)至關重要的(de)作用(yòng)。

具有工程應用(yòng)的(de)數字孿生，NASA（美(měi)國宇航局）在“阿波羅計劃”中認識到了(le)建設物(wù)理(lǐ)孿生的(de)重要性。在2010年提出了(le)數字孿生（Digital Twins）的(de)概念。2012年NASA給出了(le)數字孿生的(de)概念描述：數字孿生是指充分(fēn)利用(yòng)物(wù)理(lǐ)模型、傳感器、運行曆史等數據，集成多(duō)學科、多(duō)尺度的(de)仿真過程，它作爲虛拟空間中對(duì)實體産品的(de)鏡像，反映了(le)相對(duì)應物(wù)理(lǐ)實體産品的(de)全生命周期過程。

數字孿生行業應用(yòng)

得(de)益于物(wù)聯網、大(dà)數據、雲計算(suàn)、人(rén)工智能等新一代信息技術的(de)發展，數字孿生的(de)實施已逐漸成爲可(kě)能。現階段，除了(le)航空航天領域，數字孿生還(hái)被應用(yòng)于城(chéng)市治理(lǐ)、交通(tōng)、制造、能源、農業、制造、金融、醫療、環境等行業。特别是在智能制造領域，數字孿生被認爲是一種實現制造信息世界與物(wù)理(lǐ)世界交互融合的(de)有效手段。許多(duō)著名企業與組織對(duì)數字孿生給予了(le)高(gāo)度重視，并且開始探索基于數字孿生的(de)智能生産新模式。例如數字孿生在城(chéng)市治理(lǐ)領域機會廣闊：

在過去的(de)城(chéng)市化(huà)建設過程中，由于市政規劃不合理(lǐ)造成堵城(chéng)、睡(shuì)城(chéng)等現象嚴重，土地資源經濟能效低。爲解決以上問題，在數字孿生城(chéng)市的(de)建設過程中，需要基于城(chéng)市數字孿生體，依靠大(dà)數據和(hé)人(rén)工智能等技術，通(tōng)過挖掘城(chéng)市不同樣本特征，對(duì)多(duō)源異構數據進行融合，從點規劃、線規劃到面規劃，爲城(chéng)市管理(lǐ)者提供智能市政管理(lǐ)解決方案。

基于數字孿生體與GPS衛星定位、智能傳感、智能攝像等技術，可(kě)突破傳統模式，實現城(chéng)市地上地下(xià)空間的(de)運行異常狀态智能監控，指導數字孿生城(chéng)市的(de)建設、評估和(hé)運行管理(lǐ)。如通(tōng)過城(chéng)市信息模型建立起三維城(chéng)市空間模型，實現城(chéng)市規劃、建設、運行管理(lǐ)的(de)全面立體可(kě)視化(huà)管理(lǐ)，支持城(chéng)市模拟仿真、分(fēn)析驗證等，實現城(chéng)市運行智能化(huà)監管。

基于城(chéng)市交通(tōng)數字孿生體可(kě)對(duì)車流量數據和(hé)道路設施實時(shí)傳遞數據進行分(fēn)析預判，同時(shí)可(kě)對(duì)交通(tōng)信号燈進行實時(shí)優化(huà)控制。基于城(chéng)市交通(tōng)曆史數據，可(kě)預判某個(gè)區(qū)域未來(lái)10分(fēn)鐘(zhōng)至一小時(shí)的(de)交通(tōng)态勢，幫助交通(tōng)管理(lǐ)部門在交通(tōng)堵點出現前制定應急預案、提前實施交通(tōng)疏導措施。如根據賽事演出活動、天氣數據預判特定時(shí)間段的(de)交通(tōng)狀況。

造成環境污染是由多(duō)方面因素引起的(de)，比如大(dà)氣、土壤、水(shuǐ)質、噪聲、固廢等，随著(zhe)大(dà)數據、物(wù)聯網、雲計算(suàn)等技術的(de)快(kuài)速發展，城(chéng)市管理(lǐ)者可(kě)基于數字孿生城(chéng)市中的(de)海量環境數據來(lái)進行監測和(hé)預測演進态勢，最終得(de)以用(yòng)更加精細和(hé)動态的(de)方式實現城(chéng)市環保治理(lǐ)和(hé)決策，如通(tōng)過打通(tōng)環保局、氣象局、交管局等各個(gè)系統的(de)數據，并利用(yòng)城(chéng)市大(dà)數據和(hé)人(rén)工智能技術對(duì)環保數據進行分(fēn)析，輔助管理(lǐ)部門進行事前規劃、實時(shí)監測、未來(lái)預測和(hé)曆史溯源，及時(shí)鎖定污染源頭，快(kuài)速進行城(chéng)市環保問題的(de)精準治理(lǐ)。

基于城(chéng)市智能化(huà)基礎設施視頻(pín)監控探頭，結合視頻(pín)圖像的(de)智能識别分(fēn)析功能,可(kě)實現對(duì)各類警情、災情、生态破壞、道路違章(zhāng)、環境衛生等的(de)可(kě)視化(huà)展示，從而實現城(chéng)市安全防範預警、提示、資源優化(huà)管理(lǐ)等。如某地發生危害社會公共安全、被拐或走失人(rén)員(yuán)等事件，視頻(pín)監控可(kě)以自動識别，在安防管理(lǐ)系統上顯示并進行精準分(fēn)析、整體研判和(hé)協同指揮，同時(shí)調動附近警力進行處置，實現對(duì)警力的(de)優化(huà)配置。

智慧醫療保健是數字孿生城(chéng)市智能化(huà)應用(yòng)的(de)重要組成部分(fēn)。通(tōng)過移動監測、移動診室、無線遠(yuǎn)程會診、智慧處方、醫療信息雲存儲等智能技術手段，可(kě)提升城(chéng)市診療覆蓋面與效率，促進城(chéng)市醫療資源的(de)合理(lǐ)化(huà)分(fēn)配。進一步利用(yòng)物(wù)聯網技術構建“電子醫療”服務體系，實現醫療監護設備的(de)小型化(huà)、無線化(huà)、發展智慧家庭健康保健、智能健康監護，可(kě)大(dà)幅降低城(chéng)市公衆醫療負擔，緩解城(chéng)市醫療資源緊缺的(de)壓力。

基于數字孿生城(chéng)市下(xià)萬物(wù)互聯産生的(de)海量數據，建立跨部門跨地區(qū)業務協同、共建共享的(de)信息服務體系，創新發展教育、就業、社保、養老、醫療以及文化(huà)的(de)服務模式，通(tōng)過聚合社保、交通(tōng)、醫療等應用(yòng)，使市民足不出戶即可(kě)享受方便快(kuài)捷、優質高(gāo)效的(de)生活服務。

基于數字孿生城(chéng)市建設，智慧社區(qū)爲城(chéng)市社區(qū)居民建立一個(gè)安全、便利的(de)數字生活社區(qū)，從而形成一種以數字化(huà)、智能化(huà)爲基礎的(de)新社區(qū)管理(lǐ)模式。集成利用(yòng)先進的(de)物(wù)聯網技術、智能化(huà)統計和(hé)計算(suàn)建築内空調、電燈、電視等各項能耗數據，根據居民生活習(xí)慣進行預測和(hé)動态調控。還(hái)可(kě)以通(tōng)過遠(yuǎn)程反應監測老年人(rén)用(yòng)電用(yòng)氣安全，如老人(rén)在做(zuò)飯時(shí)忘關閉天然氣，發現不符合以往習(xí)慣的(de)異常情況，則系統可(kě)以及時(shí)發出警報，減少事故發生，保證老年人(rén)的(de)居住安全。

基于景區(qū)數字孿生體對(duì)景區(qū)地理(lǐ)、自然資源、旅遊者行爲、景區(qū)工作人(rén)員(yuán)、景區(qū)基礎設施和(hé)服務設施進行全面、透徹、及時(shí)的(de)感知，對(duì)遊客、景區(qū)工作人(rén)員(yuán)行動實現可(kě)視化(huà)管理(lǐ)，優化(huà)再造景區(qū)業務流程和(hé)數字化(huà)智能運營管理(lǐ),提高(gāo)服務質量，實現景區(qū)環境、社會和(hé)經濟的(de)全面、協調和(hé)可(kě)持續發展。對(duì)于景區(qū)管理(lǐ)機構和(hé)商業機構來(lái)說，可(kě)基于景區(qū)數字孿生體，對(duì)旅遊淡旺季的(de)遊客數據、意外和(hé)應急處理(lǐ)事件、景區(qū)設施利用(yòng)率和(hé)故障率、景區(qū)商業銷售數據等進行模拟仿真分(fēn)析，并進行未來(lái)預測，并根據預測結果進行持續優化(huà)調整。