数字孪生技术，“智胜”未来

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引言：数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟实体，借助历史数据、实时数据以及算法模型等，模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程的技术手段，贯穿由实向虚、再由虚控实的全流程闭环。数字孪生凭借其整体规划、信息可视化、风险预测、辅助决策等应用价值，被广泛应用于工业和民生的各个领域，对于提高产品设计精度、提升生产效率和交通运行效率等方面具备重要意义，已成为数字经济及产业元宇宙发展的重要动力。

数字孪生仿真技术助力智慧交通

随着城市化进程的快速发展，城市交通网络结构日益复杂，以人力为主导的交通管理存在效率不高、车辆追踪困难等痛点，成为制约城市高效运行的瓶颈。

数字孪生可利用多种传感器和网络通信技术，实现道路基础设施生命周期的动态监测，对道路参与者进行精准定位，并结合数据挖掘、大数据可视化等技术构建数字孪生智慧交通，帮助交通管理部门预先制定交通应急和疏导方案，缓解交通拥堵问题，同时在发生医疗救援时可为其规划最优路线，大幅提高救援效率。

从马车到蒸汽机车,从汽车到飞机,都是为了使出行更高效便捷。互联网、移动通信等技术进步不仅使人们沟通更方便快捷,也提升了出行效率。伴随智能交通和智能网联汽车上升到国家战略高度,作为经济发展和民生服务的重要基础,交通发展已成为新基建的主力军。当下人们的憧憬之一就是用自动驾驶解放驾驶者,要实现这一美好愿景,没有先进技术的加持万万不能。

自动驾驶之所以落地难,一个很重要的原因就是对安全的考量。从外媒报道的新闻来看,每年都会发生多起因自动驾驶失控而导致的悲剧。为了解决这个问题,自动驾驶技术必须要进行大量反复的路测。

模拟仿真技术是汽车智能化技术研发的重要支撑,在汽车研发、车辆测评、系统认证、自动驾驶研发验证等方面具有不可替代的作用。为突破自动驾驶算法验证在测试里程方面的限制,国内外各大互联网巨头纷纷构建自动驾驶仿真测试平台,探索建设自动驾驶测试评价标准体系。

以腾讯自动驾驶数字孪生仿真测试平台TAD Sim为例,该平台能够利用整合AI、大数据、云计算、深度学习、多源信息融合感知与定位、高精度地图生产与运用等技术,为自动驾驶等方面的研发和测试提供支持。

目前TAD Sim 2.0场景库中有超过1000种场景类型,还可以通过泛化生成万倍以上规模化丰富场景。近两年腾讯智慧交通联合参与的深圳智能网联交通测试示范区、襄阳达安数字孪生自动驾驶测试评价体系建设项目等都已展开落地建设。

在提高交通资源配置效率和安全运转方面,数字孪生技术可实现道路基础设施生命周期的动态监测,通过数字大屏方式展现现阶段交通状况,同时通过数据全域标识、状态精准感知、数据实时分析、模型科学决策、智能精准执行,实现交通的模拟、监控、诊断、预测和控制,解决交通规划、设计、建设、管理、服务中的复杂性和不确定性问题,为道路通行诊断和交通管理决策提供精确依据。

数字孪生成为智慧城市应用重要技术支撑

数字孪生城市则是数字孪生技术在城市层面的广泛应用。数字孪生城市可以理解为实体城市在虚拟空间的映射状态,能够支撑城市规划、建设、管理,确保城市安全、有序运行,其典型应用场景包括城市规划、城市建设、城市管理等。

从城市规划的角度来看,目前城市的现状研究包含地上地下、室内室外、自然地形等,而传统的测绘或研究结果数据通常分散于各个部门,难以对全要素进行实时展示与更新。

数字孪生通过对各类数据展开分类与整合,对城市进行虚拟规划和场景仿真模拟,实时动态性监管城市开发和城市生长更新的整体规划实施情况,以实现城市空间现状的可视化。

城市规划部门可以基于数字孪生采集、分析的城市数据,科学提出市域城乡统筹发展战略,保证规划建筑、绿地、公路、桥梁、公共设施等每一寸土地实现综合效益的最优化。

数字孪生具有全生命周期、实时、双向的特点,能够帮助解决城市建设过程中存在的复杂性与不确定性问题。例如在对建设工地监管时,数字孪生数据面板能够实时监测环境数据、项目工程信息、节点计划、现场管理人员名单等,做到项目管理、人员管理、安全管理一张图,对重大事件进行实时更新并及时触达到相关部门或管理人员,保证施工人员安全实现人员高效管理调度,维护施工环境的绿色安全。

从城市管理的角度来看,建筑物或整个城市的数字孪生可有效地协助城市规划以及实物资产的运营和维护。同时,数字孪生可用作有效的参与工具,促进社会各阶层之间的讨论等。它不仅能优化政策制定和服务水平,还能为公共机构展示更具响应性和弹性治理的机会,提升对社区和公众的影响力和价值。未来,随着越来越多传感器的加入,基于数字孪生的城市管控平台能够真正支持智慧城市的实施。

以腾讯城市数字孪生技术创造的深圳市南山区为例,我们可以清晰地看到区域内的建筑物、街道、公园等所有元素,以及实时的路面交通状况、建筑物内的状况。操作人员可以站在上帝视角,自由地切换观看角度、区域,进行放大、缩小、拉近等查看。

从具体作用来看,城市数字孪生通过对城市虚拟规划和场景仿真模拟,可以让决策者更直观地看到整个城市的面貌,保证规划建筑、绿地、公路、桥梁、公共设施等每一寸土地的综合效益最优化。

在城市建设过程中,城市数字孪生将“人员、安全、进度、协同、环境”等因素当作重点对象,将其数字化,构建数字孪生信息化应用系统,应对工程的复杂性和不确定性。

如此一来,项目施工信息、工程进度、重大事件都能够在系统中得到实时更新,系统还能连接建设方、施工方等多方人员,将工程建设情况进行实时触达。

数字孪生贯通工业生产信息孤岛

在工业生产方面当前工业生产已经发展到高度自动化与信息化阶段，在生产过程中产生大量信息。但由于信息的多源异构、异地分散特征易形成信息孤岛，在工业生产中没有发挥出应有价值。而数字孪生为工业产生的物理对象创建了虚拟空间，并将物理设备的各种属性映射到虚拟空间中。工业人员通过在虚拟空间中模拟、分析、生产预测，能够仿制复杂的制造工艺，实现产品设计，制造和智能服务等闭环优化。

数字孪生是搭建工业互联网平台的关键技术，基于物理对象的现实数据创建与其平行的虚拟数字空间，实现从产品研发设计、生产制造到维修服务等工业全生命周期的虚实交融与精准映射。在产品设计环节，基于数字孪生的工业互联网平台可准确匹配设计所需数据及相关模型算法并反馈给设计人员，在测试设计质量时，设计人员可通过验证虚拟产品快速模拟运行状况完成测试；在生产制造环节，对制造工艺、制造过程进行模拟仿真，能够帮助改进工艺流程，提高生产效率；在维护环节，数字孪生技术可通过连续采集、智能分析运行数据，帮助预测维护工作的最佳时点及周期。