什么是“数字孪生”读完这个你就懂了

作为全球新兴技术及热门话题你,真的了解它吗?

一、核心概念小课堂

什么是数字孪生?(Digital Twin)

官方解释

数字孪生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达,该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛,并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图,有助于优化整体性能。

白话翻译

无论现在你身处何地,请环视一周,想象你手边的手机、身边飞驰的车辆,脚下的草地,这些每日可见的物理实体在经过数字化处理后,都可以拥有一个完全一样的数字双胞胎,1:1还原物理世界中的形态、颜色、结构。而这些数字双胞胎就是它们各自物理实体的“数字孪生体(digital twins)“。更有趣的是,当我们给物理世界的实体带上多种多样的传感器配饰,他们的动态信息就可以实时、一对一地反馈到数字孪生体上,记录并展现温度、湿度、速度的变化,就像连体婴儿一样“你动我也动”。

人类的创造史告诉我们,每个发明都有它的用处,数字孪生的酷不仅仅在于它复刻真实世界,更厉害的是它可以与物理物体互动,甚至反向控制物理实体。比如你工作所在的大楼,它的数字孪生体可以记录它运行的历史信息,反馈大楼当下的运行状态,孪生体因为完全读懂它在物理世界的小伙伴,又能比它先行一步,预估可能发生的火灾、电梯故障,模拟风险,把关键信息及时反馈到物理世界中,让你所处的工作环境更加安全。

划重点!!!

数字孪生就是把物理实体进行数字化表达,它具有三大特点:

1.复刻

2.实时

3.以虚控实

什么是物理实体(physical entity)和虚拟实体(virtual entity)?

官方解释

物理实体,即物理环境现实物理世界中离散的、可识别和可观察的事物。虚拟实体,即与物理实体对应的表示信息或数据的事物。

白话翻译

物理实体就是我们生活的物理世界里所存在的一切,肉眼看得见的比如一辆车、一栋楼、一个工厂,肉眼看不见的比如楼内的水管、电路编排,工厂里机械、机器的内容部构造。而虚拟实体,就是我们前面提到的数字孪生体。从这里,我们可以了解到,数字双胞胎不仅仅只是一件好看的外衣,更是对物理实体由外表到内核的精准展现。

什么是“数字孪生”读完这个你就懂了插图

图片来源:nike数字化跑道

二、数字孪生相关数据小课堂

数据是数字孪生的基础和来源,数据虽然变化多端,但无论披着什么样格式、来源的外壳,都只分为静态和动态两种。

静态数据就是表达物体静止状态下的数据。举几个例子,BIM(Building Information Modelling),能够展现一栋楼的结构信息、楼层规划、管道部署,但这些信息短时间内不会变动,更多是对物理实体特征状态的表达,这就是静态数据。同样的还有GIS(Geographic Information System),记录和展现地理数据信息;通过摄像技术、无人机倾斜摄影采集的物理世界状态的色彩、材质信息等。

动态数据就更好理解了,如果我们在楼宇内的地下管道部署传感器(也就是IoT数据),就能检测到水流情况、水管是否有破裂等运动状态信息,与静态数据不同的是,这样的信息一直在实时变化,这就属于动态数据。同样的还有,交通干线上摄像头获取并辅助计算当天的车流量信息,工厂作业时流水线的运行状态、仓促的温、湿度变化等等。

同时集合静、动态数据的数字孪生体也因此变得生动和鲜活,也因此真正做到了1:1真实还原,展现实时状态,当我们用数字孪生体反向去控制物理实体时才更加精准有效。

三、数字孪生相关技术问答

数字孪生是一项单一技术吗?

数字孪生是对多种技术如人工智能、大数据、5G、IoT的融合,通常适合对规模庞大、流程复杂的项目进行管理。

数据来源多、数据种类广,处理不善容易形成数据孤岛,该如何升级打怪?

物理世界的数据是数字孪生的源头,面对数据,要做好数据筛选、清晰、计算、融合等多项工作,而这就会考验一个技术人员、一支团队、一家公司的核心能力。做好关于数据处理的环节,数字孪生才会更精准、更广泛、也更有效。

数字孪生是三维可视化吗?

数字孪生不止是三维可视化,三维可视化更注重于物理实体的数字化呈现,而数字孪生技术可以在融合人工智能强劲算法后进行模拟、预测,不仅可以呈现物理实体,更有助于物理实体的运作与优化。

数字孪生体如何实现与物理实体的虚实交互?

感谢这个什么都有,什么都正在被创造的世界。数字孪生技术听上去高大上,但技术只有触手可及才能发挥价值。我们可以通过手机、电脑、监控大屏(大佬们看)、AR/VR眼镜看到炫酷的虚拟世界。

什么是“数字孪生”读完这个你就懂了插图1

四、最后的话

什么是数字孪生?(Digital Twin)

上诉所提及的数字孪生相关核心概念和技术,仅为数字孪生行业的冰山一角。从2003年前后出现数字孪生设想开始,直到2010年被NASA正式提出,数字孪生已得到了广泛的传播,现阶段,数字孪生已逐渐应用于航空航天、电力、 船舶、城市管理、农业、建筑、制造、石油天然气、健康医疗、环境保护等行业。未来,数字孪生将更灵活的实现虚拟世界对物理世界的控制。

同时,随着新一代信息技术的发展,数字孪生将会融合更多技术,赋能更多场景应用。


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文章名称:什么是“数字孪生”读完这个你就懂了

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