目前，“數(shù)字孿生”熱度不斷攀升，備受行業(yè)內(nèi)外關(guān)注。各大峰會(huì)論壇將其作為熱議主題，全球最具權(quán)威的IT研究與顧問(wèn)咨詢機(jī)構(gòu)Gartner在2019年報(bào)告中將其列為十大戰(zhàn)略科技發(fā)展趨勢(shì)之一，GE、西門子、微軟、阿里巴巴紛紛將其劃入重點(diǎn)布局。
01
什么是數(shù)字孿生
根據(jù)國(guó)際定義，數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過(guò)程。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是針對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體對(duì)象，在數(shù)字化世界中構(gòu)建完全一致的對(duì)應(yīng)模型，通過(guò)數(shù)字化的手段對(duì)實(shí)體對(duì)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真、監(jiān)測(cè)、分析和控制。
數(shù)字孿生是源自工業(yè)界的概念，隨著5G通訊、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字孿生在理論層面和應(yīng)用層面均取得了快速發(fā)展，逐漸延伸到數(shù)字城市、數(shù)字園區(qū)、數(shù)字交通等應(yīng)用領(lǐng)域。
02
數(shù)字孿生的關(guān)鍵特征
1、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合
數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生最核心的要素。它源于物理實(shí)體、運(yùn)行系統(tǒng)、傳感器等，涵蓋仿真模型、環(huán)境數(shù)據(jù)、物理對(duì)象設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)等，貫穿物理對(duì)象運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的始終。數(shù)字孿生體作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)，采集各類原始數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，驅(qū)動(dòng)仿真模型各部分的動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，有效反映各業(yè)務(wù)流程。所以，數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生應(yīng)用的“血液”，沒(méi)有多元融合數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生應(yīng)用就失去了動(dòng)力源。
2、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)映射
數(shù)字孿生的主體是面向物理實(shí)體與行為邏輯建立的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，孿生數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體對(duì)象和數(shù)字世界模型對(duì)象之間的映射，包括模型、行為邏輯、業(yè)務(wù)流程以及參數(shù)調(diào)整所致的狀態(tài)變化等，實(shí)現(xiàn)在數(shù)字世界對(duì)物理實(shí)體的狀態(tài)和行為進(jìn)行全面呈現(xiàn)、精準(zhǔn)表達(dá)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
3、智能分析輔助決策
數(shù)字孿生的映射關(guān)系是雙向的，一方面，基于豐富的歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和先進(jìn)的算法模型，可以高效地在數(shù)字世界對(duì)物理對(duì)象的狀態(tài)和行為進(jìn)行反映；另一方面，通過(guò)在數(shù)字世界中的模擬試驗(yàn)和分析預(yù)測(cè)，可為實(shí)體對(duì)象的指令下達(dá)、流程體系的進(jìn)一步優(yōu)化提供決策依據(jù)，大幅提升分析決策效率。
（數(shù)字孿生的雙向映射）
03
數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視決策
“數(shù)字孿生“強(qiáng)調(diào)仿真、建模、分析和輔助決策，側(cè)重的是物理世界對(duì)象在數(shù)據(jù)世界的重現(xiàn)、分析、決策，而可視化做的就是對(duì)物理世界的真實(shí)復(fù)現(xiàn)和決策支持。
1、大規(guī)模全量多源數(shù)據(jù)整合
如前所述，數(shù)字孿生的關(guān)鍵特征之一是多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合，可視化決策系統(tǒng)同樣注重多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的整合和綜合應(yīng)用。
在各行業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括各類地圖要素?cái)?shù)據(jù)、GB/T28181監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)報(bào)文數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)、城市傾斜攝影數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、各類數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)等，可視化決策系統(tǒng)能夠充分將處在不同部門、不同行業(yè)、不同系統(tǒng)、不同數(shù)據(jù)格式之間的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集整合，為各領(lǐng)域運(yùn)行態(tài)勢(shì)綜合感知研判提供全面的數(shù)據(jù)支撐。
2、內(nèi)核級(jí)支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)
數(shù)字孿生是通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體對(duì)象和數(shù)字世界模型對(duì)象之間的全面映射，內(nèi)核級(jí)支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是指在數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)上，通過(guò)可視化、模型定義、數(shù)據(jù)綁定等手段，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)可視化對(duì)象狀態(tài)變化，真實(shí)反映物理對(duì)象的狀態(tài)和行為。內(nèi)核級(jí)支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，充分體現(xiàn)在數(shù)字城市、數(shù)字園區(qū)、數(shù)字交通、數(shù)字工廠等多行業(yè)領(lǐng)域可視化決策產(chǎn)品中。
可視化決策系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)接入實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)、真實(shí)/模擬數(shù)據(jù)，無(wú)論是設(shè)備的工作原理、裝備的運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)的交通流量等，都能夠在可視化決策系統(tǒng)中精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)，結(jié)合專業(yè)的分析及預(yù)測(cè)模型進(jìn)行研判，可為用戶業(yè)務(wù)決策提供有力支持，極大的提升用戶監(jiān)測(cè)、分析和決策能力。
3、可視分析，決策支持
數(shù)字孿生可以為實(shí)際業(yè)務(wù)決策提供依據(jù)，可視化決策系統(tǒng)最具有實(shí)際應(yīng)用意義的，是可以幫助用戶建立現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)字孿生?；诩扔泻Ａ繑?shù)據(jù)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)可視化建立一系列業(yè)務(wù)決策模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)當(dāng)前狀態(tài)的評(píng)估、對(duì)過(guò)去發(fā)生問(wèn)題的診斷，以及對(duì)未來(lái)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，為業(yè)務(wù)決策提供全面、精準(zhǔn)的決策依據(jù)。
（1）城市級(jí)數(shù)字孿生：
通過(guò)數(shù)據(jù)可視化，構(gòu)建城市級(jí)數(shù)字孿生，能夠在充分整合城市各領(lǐng)域信息資源的基礎(chǔ)上，將大規(guī)模城市各領(lǐng)域管理要素進(jìn)行精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)，并對(duì)細(xì)分業(yè)務(wù)領(lǐng)域數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行多維度可視分析，實(shí)現(xiàn)從全域視角到微觀領(lǐng)域，對(duì)城市運(yùn)行態(tài)勢(shì)進(jìn)行全息動(dòng)態(tài)感知。比如，城市管理者可以更加高效便捷地了解到城市各區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、交通早晚流量差異、城市區(qū)域人口熱力對(duì)比等情況。
此外，可視化決策系統(tǒng)能夠有效結(jié)合人臉識(shí)別、人員特征識(shí)別、車輛識(shí)別等人工智能模型算法，將城市各領(lǐng)域信息資源與人工智能計(jì)算結(jié)果進(jìn)行可視化串并分析，為用戶提供智能化分析支持，便于城市管理者挖掘數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和意義，研判城市運(yùn)行態(tài)勢(shì)，從而為管理者在城市規(guī)劃、商業(yè)發(fā)展、災(zāi)害預(yù)警等方面的管理提供決策依據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)城市智慧式管理和運(yùn)行。
（2）園區(qū)級(jí)數(shù)字孿生：
基于數(shù)據(jù)可視化構(gòu)建園區(qū)級(jí)數(shù)字孿生，能夠在有效整合園區(qū)運(yùn)營(yíng)各類信息資源的基礎(chǔ)上，基于三維可視化場(chǎng)景，對(duì)園區(qū)外部環(huán)境、建筑、產(chǎn)業(yè)分布、樓宇內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及具體設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)。
通過(guò)整合園區(qū)各領(lǐng)域現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，對(duì)園區(qū)綜合運(yùn)營(yíng)、安防、交通管理、設(shè)施管理、能效管理、環(huán)境空間管理等業(yè)務(wù)領(lǐng)域的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)分析，對(duì)園區(qū)人、事、物進(jìn)行統(tǒng)一管理，可以輔助管理者對(duì)園區(qū)運(yùn)行態(tài)勢(shì)進(jìn)行全面感知、綜合研判，實(shí)現(xiàn)管理精細(xì)化、決策科學(xué)化和服務(wù)高效化。
（3）設(shè)備級(jí)數(shù)字孿生：
構(gòu)建設(shè)備級(jí)數(shù)字孿生，通過(guò)三維建模，能夠高度還原設(shè)備的外形、材質(zhì)、紋理細(xì)節(jié)等精密顯示細(xì)節(jié)以及復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高精度、超精細(xì)的可視化渲染；支持設(shè)備組態(tài)結(jié)構(gòu)、復(fù)雜動(dòng)作的全數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)顯示，對(duì)設(shè)備位置分布、類型、運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行真實(shí)復(fù)現(xiàn)，不僅可以看到產(chǎn)品外部的變化，更重要的是可以看到產(chǎn)品內(nèi)部的每一個(gè)零部件的工作狀態(tài)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行異常（故障、短路沖擊、過(guò)載、過(guò)溫等）實(shí)時(shí)告警，輔助管理者直觀掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備安全隱患。
通過(guò)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)和智能分析，預(yù)測(cè)設(shè)備維護(hù)工作的最佳時(shí)間點(diǎn)，也可以提供維護(hù)周期的參考依據(jù)，有效提升設(shè)備級(jí)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)及維修等環(huán)節(jié)的工作效能。
