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科技日报一数字报2023-07-17Aix XinLe

  大规模、多尺度的数字孪生可视化与仿真分析将成为未来城市、工业、交通等多行业的共性需求,但由于物理世界的连续性和复杂性,全息精细的刻画和模拟仿真仍存在难点,融合了机器学习、多尺度建模以及分布式高性能计算的技术将是解决此类问题的关键

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  大规模、多尺度的数字孪生可视化与仿真分析将成为未来城市、工业、交通等多行业的共性需求,但由于物理世界的连续性和复杂性,全息精细的刻画和模拟仿真仍存在难点,融合了机器学习、多尺度建模以及分布式高性能计算的技术将是解决此类问题的关键。

  尽管大规模应用仍处于起步阶段,但以“模拟仿真”为起点的数字孪生技术(Digital Twin)价值越发明显,已成为政产学研用等各界的重点关注领域。

  近日,深圳市腾讯计算机系统有限公司(以下简称腾讯)发布《腾讯数字孪生云》(以下简称《》),并宣布在业内首推数字孪生云服务,再次引发了各界对数字孪生技术及应用场景的关注。

  数字孪生也被称为数字双胞胎,其定义比较复杂,简单地说,就是把现实世界映射到虚拟世界,通过感知、计算等实现虚实融合、认知预判。也就是说,数字孪生是在虚拟环境中构建现实场景,模拟生活生产中的运营逻辑。

  而按照《》给出的定义,数字孪生是对物理实体的数字化表达,以历史数据、实时数据为基础,融合几何、机理、数据驱动等多种数字模型,实现对物理对象的映射呈现、分析优化、诊断预测以及闭环控制。

  通常认为,数字孪生的概念起源于美国国家航空航天局(NASA)的“阿波罗计划”。该计划构建了两个相同的航天飞行器,其中一个发射到太空执行任务,另一个在地球上用于反映航天器任务期间的工作状态,辅助工程师分析处理太空中出现的紧急事件。

  2003年,美国密歇根大学教授完善了数字孪生技术体系,使其逐渐应用于工业领域全流程管理。近年来,随着智能化、网联化、数字化的发展,数字孪生加速落地,成为产业数字化的核心技术之一上海科技馆简介。

  数字孪生概念的诞生虽然只有10多年,但经过持续迭代和实践探索,近年来相关研究论文数量呈井喷式增长科技图标大全,各行各业从“广而论道”转向产业实践,使其成为炙手可热的现象级技术,而随着元宇宙的火爆,数字孪生更加受到热捧上海科技馆简介。

  但中国科学院院士、中国工程院院士、武汉大学教授李德仁提出,不应将元宇宙和数字孪生混为一谈,前者并不是后者的高级形态。

  李德仁指出,数字孪生概念清晰,是现实世界在网络空间中的真实反馈,无论是数字孪生工厂、数字孪生城市,甚至是数字孪生地球,本意都是通过网络空间的模拟、仿真等还原真实世界并影响现实生活,不会存在类似“神话”“游戏”等凭空想象的因素。与数字孪生相比数字化的好处,现在火爆的元宇宙概念其实并不太清晰。

  《》指出,数字孪生技术体系涉及数字支撑、孪生构建、人机交互三大类技术,随着这些技术的不断创新升级,数字孪生的实时性、精准性、灵活性和交互性得以进一步提升。

  其中,几何建模及展示技术路径呈现出多样化趋势,推动了数字孪生向建模高效、实时展示、部署灵活的方向发展;物联网、数字线程、大数据为数字孪生提供了数据支撑能力,人工智能也促进了数字孪生的预测能力;仿真建模开始走向集成化和实时化,助力数字孪生构建精确模型;数字支撑技术持续迭代,夯实了数字孪生的基础能力;扩展现实技术(XR)的沉浸式交互能力,拓展了数字孪生的应用空间。

  作为一项复合性技术科技图标大全,数字孪生以实时、精细、逼真、可计算的方式,将现实世界映射于数字世界。那么,数字孪生发展过程中还面临哪些挑战?

  根据《》的归纳,在标准体系建设方面,数字孪生的应用包含了不同结构、不同来源、不同对象的数据以及多尺度、多物理场、多学科的模型,因此数据层面和模型层面的标准亟须统一数字化的好处,另外产品互通等标准的缺失也限制了数字孪生产品间的协同配合,所以产品层面的标准也需进一步完善;在开源生态构建方面,数字孪生作为当下再次兴起的交叉技术,需要进行多角度布局上海科技馆简介,比如需要里程碑式的开源项目将其技术推向大规模工程化应用,需要长期资金支持,需要产业参与者提高开源及贡献意识,需要丰富的开源生态将活力注入其发展进程中等。

  《》强调,大规模、多尺度的数字孪生可视化与仿真分析将成为未来城市黑科技辅助器、工业、交通等多领域的共性需求,但由于物理世界的连续性和复杂性,全息精细的刻画和模拟仿真仍存在难点,融合了机器学习、多尺度建模以及分布式高性能计算的技术将是解决此类问题的关键。

  《》开宗明义,数字孪生已成为科技战略和产业转型的关键抓手。为抢抓数字孪生发展机遇,世界各国从数字孪生技术、应用、投资、生态等维度进行了积极布局。

  在相关政策的推动下,我国已逐步形成了“技术+应用”的双轮驱动体系,为产业发展营造了良好空间,数字孪生技术开始向诸多行业渗透。《》总结了数字孪生技术应用的“制造、能源、城市、建筑上海科技馆简介、交通、水利”六大行业和“设计/仿真、生产/作业、服务/运营、安全/管理”四大场景,而腾讯基于数字孪生云提供的云化工具链和开发服务,已开始助力交通、能源、建筑等行业进行数字孪生应用开发和迭代。

  腾讯云副总裁、腾讯数字孪生业务负责人万超说:“数字孪生作为复杂技术的代表,已经进入一个产业爆发期数字化的好处黑科技辅助器。腾讯打造的数字孪生相当于为产业提供了一套数字化的底座,更加开放、更加标准化、更具有普适性,创新应用可以在这个平台上培养和生长。”

  近日,中国联通有限公司河北分公司等单位联合搭建的“5G+智慧高速荣乌新线示范应用建设项目”获第五届“绽放杯”5G应用征集大赛总决赛二等奖,不仅进一步证实了5G数字化的好处、“北斗”、人工智能、数字孪生等新一代信息技术应用在交通领域的可能性黑科技辅助器,而且构建出了一套完整的、可落地推广的智慧高速新模式。

  往常,交通监管部门进行监控追踪时,大多要通过多个摄像头的空中“接力”,“人肉”搜索、确认一个车牌号的驾驶轨迹,费时费力且容易出错。中国联通有限公司河北分公司搭建的实时数字孪生系统,对车辆、交通事件、违法行为等信息进行实时提取,通过虚拟数字空间对现实交通系统的仿真重建,可实现车辆轨迹跨镜头跟踪数字化的好处、车辆唯一ID连续跟踪、交通事件监测等功能,为交通调度管理提供了更及时、更全面的“全息视角”。

  尽管数字孪生的探索应用逐渐向行业全生命周期渗透,但在实施层面,数字孪生需要达到“能交互科技图标大全、可计算、易应用”三个要求,从产业角度看,这一赛道的发展壮大还受限于算力、网速、大数据、物联网等技术及生态的成熟数字化的好处。

  万超以建筑行业为例指出,实体建筑的虚拟世界建模,以及更底层的引擎、渲染等能力,还有建模软件等,都是数字孪生大展拳脚的舞台上海科技馆简介,目前我国在这些领域还存在短板,但有了产业需求,就有底层技术的创新和应用蓬勃发展的可能性黑科技辅助器。(来源:科技日报 记者 刘 艳)

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