“數(shù)字孿生”起源與發(fā)展

建立一個孿生體的想法最早誕生于美國國家航空航天局的“阿波羅計劃”,該項(xiàng)目中構(gòu)建了兩個相同的航天飛行器,一個發(fā)射到太空,另一個留在地球上用于反應(yīng)其工作狀態(tài)并幫助科學(xué)家們進(jìn)行設(shè)備等的調(diào)試參考。

目前業(yè)界普遍認(rèn)為“數(shù)字孿生”的概念由美國密歇根大學(xué)的Michael Grieves教授于2002年在產(chǎn)品全生命周期管理課上提出,他將該設(shè)想稱為Conceptual Ideal for PLM (Product Lifecycle Management),通過在虛擬空間構(gòu)建的數(shù)字模型與物理實(shí)體交互映射,描述物理實(shí)體的生命周期。

2010年,NASA在技術(shù)報告中首次給出了“Digital Twin”的名稱,即“數(shù)字孿生”。隨后,美國國家航空航天局與美國空軍在2012年聯(lián)合發(fā)表了關(guān)于數(shù)字孿生的論文,將其列為驅(qū)動未來發(fā)展的關(guān)鍵術(shù)之一。

至此數(shù)字孿生正式出現(xiàn)在人們的視野里。數(shù)字孿生的定義:指充分利用物理模型、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,多概率的仿真過程,在虛擬空間中完成映射,從而反映相對應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程,也被廣泛接受。

概念落地各行各業(yè),“數(shù)字孿生城市”應(yīng)運(yùn)而生

起源于航天、工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字孿生逐漸在各個行業(yè)生根發(fā)芽,包括汽車、電力、健康醫(yī)療、制造業(yè)等。在城市管理方面,基于數(shù)字孿生的模擬分析、實(shí)時交互等特性,“數(shù)字孿生城市”應(yīng)運(yùn)而生。目前,關(guān)于數(shù)字孿生城市并沒有一個準(zhǔn)確定義,可以廣泛理解為通過對物理世界的人、物、事等所有要素數(shù)字化,在網(wǎng)絡(luò)空間再造一個與之對應(yīng)的“虛擬世界”,形成物理維度的實(shí)體世界和信息維度上的數(shù)字世界同生共存、虛實(shí)交融的格局,實(shí)現(xiàn)城市全要素數(shù)字化和虛擬化、城市全狀態(tài)實(shí)時化和可視化、城市管理決策協(xié)同化和智能化。

智慧城市建設(shè)催生數(shù)字孿生城市

關(guān)于智慧城市的建設(shè)已有十年已久,但是目前中國并沒有哪座城市能夠宣稱自己完全建成“智慧城市”,因?yàn)橹腔鄢鞘械慕ㄔO(shè)大多是項(xiàng)目式的,雖然解決了某個行業(yè)的智慧需要,卻沒能從城市的整體建設(shè)入手,因此只能達(dá)到階段性的城市優(yōu)化效果,并沒有完全達(dá)成一個完整的“智慧”城市。

而數(shù)字孿生城市的建設(shè)正好可以解決這些問題。數(shù)字孿生城市以數(shù)據(jù)驅(qū)動為核心的新的城市生活方式,通過數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建人與人,人與物,物與物的多元數(shù)字化城市鏡像,為物理城市創(chuàng)建虛擬模型以模擬現(xiàn)實(shí)城市的運(yùn)行情況,這種方式將完全重構(gòu)城市建設(shè)運(yùn)營邏輯,將城市場景進(jìn)行可視化和物聯(lián)控制,在模擬規(guī)劃和優(yōu)化治理方面高效指導(dǎo)城市建設(shè)。這種平臺化的建設(shè)思路也杜絕了子系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè),將復(fù)雜的跨行業(yè)、跨部門、跨平臺的行業(yè)應(yīng)用通過數(shù)字場景和物理場景相融合,協(xié)同發(fā)展。

數(shù)字孿生城市技術(shù)架構(gòu)

數(shù)字孿生城市依托城市全域感知,刻畫城市運(yùn)行體征狀態(tài)。通過智能交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)各類主體的適應(yīng)性變化和城市最優(yōu)運(yùn)作,其核心是高精度、多耦合的城市信息模型,通過城市信息模型上的全域數(shù)據(jù),在城市系統(tǒng)內(nèi)匯集交融,為城市建設(shè)、管理、發(fā)展提供參考意見�；�于城市三維地理信息模型(3D GIS)、建筑信息模型BIM和IoT智能感知數(shù)據(jù)的城市信息模型(CIM)可感知城市各種公共設(shè)施及各類專業(yè)傳感器的的即時數(shù)據(jù),將靜態(tài)的數(shù)字城市升級為可感知的動態(tài)數(shù)字孿生城市。

政策推動數(shù)字孿生城市建設(shè)

2020年4月,國家發(fā)改委、中央網(wǎng)信辦印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)“上云用數(shù)賦智”行動培育發(fā)展實(shí)施方案》中,將數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等并列,要求“引導(dǎo)各方參與提出數(shù)字孿生解決方案”,住建部、自然資源部分別出臺BIM、CIM相應(yīng)技術(shù)應(yīng)用規(guī)范或?qū)�則,引導(dǎo)CIM平臺規(guī)范建設(shè)。發(fā)改委、科技部、工信部分別設(shè)立相應(yīng)政策或研究課題,鼓勵CIM相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)突破。各省市也積極出臺相應(yīng)政策或行動方案,推動數(shù)字孿生城市建設(shè)。經(jīng)過2017年“數(shù)字孿生城市”概念培育期,和2018、2019年的技術(shù)架構(gòu)期,中國數(shù)字孿生城市已于2020年正式進(jìn)入建設(shè)期。

產(chǎn)業(yè)布局-新型科技企業(yè)加速入局

隨著數(shù)字孿生城市的建設(shè)實(shí)施,更多企業(yè)正在積極響應(yīng),加速布局相關(guān)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈。在GIS、測繪企業(yè),建模、仿真企業(yè),BIM企業(yè),集成商運(yùn)營商外基礎(chǔ)上,新型科技企業(yè)也紛紛跟進(jìn),包括互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、大數(shù)據(jù)公司、人工智能科技公司等,充分發(fā)揮地理信息數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)平臺、數(shù)據(jù)可視化、三維圖形及空間計算技術(shù)優(yōu)勢,加緊構(gòu)建數(shù)字孿生城市能力平臺。

各互聯(lián)網(wǎng)龍頭企業(yè),如華為、騰訊、阿里等均推出了完備的數(shù)字孿生城市解決方案;一些科技公司,如泰瑞數(shù)創(chuàng)、五一視界、埃睿迪、優(yōu)锘科技、廣聯(lián)達(dá)、數(shù)字冰雹、云天勵飛等,深耕數(shù)字孿生領(lǐng)域,能夠提供數(shù)字孿生城市建設(shè)一站式服務(wù)。同時,更多公司正在依靠本身的技術(shù)優(yōu)勢從不同切入點(diǎn)入局,推出數(shù)字孿生解決方案,如科大訊飛、軟通動力、紫光云、飛渡科技、超圖公司等,為中國數(shù)字孿生城市建設(shè)注入新力量。

結(jié)語

數(shù)字孿生城市建設(shè)從整體入手,以平臺化的建設(shè)思路,遵循促進(jìn)數(shù)字、物理場景相融合的核心理念,將復(fù)雜的跨行業(yè)、跨部門、跨平臺的各類應(yīng)用進(jìn)行協(xié)整,促進(jìn)城市整體的高效協(xié)同發(fā)展。在政策大力主導(dǎo)和企業(yè)積極響應(yīng)的情景下,中國數(shù)字孿生城市建設(shè)發(fā)展前景廣闊,為建成新型智慧城市提供動力,助推城市智慧化管理和服務(wù)進(jìn)一步升級。

本文來源于億歐,原創(chuàng)文章,作者:王子嘉KK-EO。轉(zhuǎn)載或合作請點(diǎn)擊轉(zhuǎn)載說明,違規(guī)轉(zhuǎn)載法律必究。