数字孪生的概念是什么【深度】

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数字孪生技术最早提出是用于航空航天领域，美国 NASA 指出“一个数字孪生，是一种集成化了的多种物理量、多种空间尺度的运载工具或系统的仿真，该仿真使用了当前最为有效的物理模型、传感器数据的更新、飞行的历史等等，来镜像出其对应的飞行当中孪生对象的生存状态” 。目前随着网络技术的发展，数字孪生技术已逐步应用于智慧工厂、智慧城市等领域。

北京智汇云舟科技有限公司成立于2012年，专注于创新性的“视频孪生（实时实景数字孪生）”技术研发与应用。目前，智汇云舟依托自研“孪舟”数字孪生专属引擎，推出了“披萨”低代码PaaS视频孪生开发平台、“速融咖啡”视频孪生一体机及视频孪生行业解决方案等多个产品线。

凭借领先的技术基础，智汇云舟持续助力千行百业数字化转型，以及推动产业协作的数字化升级。公司先后参与了许多重点项目建设，应用领域涉及智慧城市、数字乡村、智慧园区、工业生产、交通、水利、电力、军事、应急、场馆等全行业场景。

一、数字孪生关键技术

1、仿真

数字孪生要对物理空间进行精准的数字化复现，并通过物联网实现物理空间与数字空间之间的虚实互动。这一阶段，数据的传递并不一定需要完全实时，数据可在较短的周期内进行局部汇集和周期性传递，物理世界对数字世界的数据输入以及数字世界对物理世界的能动改造基本依赖于物联网硬件设备。

2、分析

数据的传递需要达到实时同步的程度。将数据驱动模型融入物理世界的精准仿真数字模型中，对物理空间进行全周期的动态监控，根据实际业务需求，逐步建立业务知识图谱，构建各类可复用的功能模块，对所涉数据进行分析、理解，并对已发生或即将发生的问题做出诊断、预警及调整，实现对物理世界的状态跟踪、分析和问题诊断等功能。

3、学习预测

学习预测功能的数字孪生能通过将感知数据的分析结果与动态行业词典相结合进行自我学习更新，并根据已知的物理对象运行模式，在数字空间中预测、模拟并调试潜在未发觉的及未来可能出现的物理对象的新运行模式。在建立对未来发展的预测之后，数字孪生将预测内容以人类可以理解、感知的方式呈现于数字空间中。

4、决策自治

拥有不同功能及发展方向但遵循共同设计规则的功能模块构成了一个个面向不同层级的业务应用能力，这些能力与一些相对复杂、独立的功能模块在数字空间中实现了交互沟通并共享智能结果。而其中，具有“中枢神经”处理功能的模块则通过对各类智能推理结果的进一步归集、梳理与分析，实现对物理世界复杂状态的预判，并自发地提出决策性建议和预见性改造，并根据实际情况不断调整和完善自身体系。

二、三个应用要素

1、多源异构数据融合

数据是数字孪生最核心的要素。它源于物理实体、运行系统、传感器等，涵盖仿真模型、环境数据、物理对象设计数据、维护数据、运行数据等，贯穿物理对象运转过程的始终。数字孪生体作为数据存储平台，采集各类原始数据后将数据进行融合处理，驱动仿真模型各部分的动态运转，有效反映各业务流程。所以，数据是数字孪生应用的“血液”，没有多元融合数据，数字孪生应用就失去了动力源。

2、数据驱动精准映射

数字孪生的主体是面向物理实体与行为逻辑建立的数据驱动模型，孪生数据是数据驱动的基础，可以实现物理实体对象和数字世界模型对象之间的映射，包括模型、行为逻辑、业务流程以及参数调整所致的状态变化等，实现在数字世界对物理实体的状态和行为进行全面呈现、精准表达和动态监测。

3、智能分析辅助决策

数字孪生的映射关系是双向的，一方面，基于丰富的历史和实时数据和先进的算法模型，可以高效地在数字世界对物理对象的状态和行为进行反映；另一方面，通过在数字世界中的模拟试验和分析预测，可为实体对象的指令下达、流程体系的进一步优化提供决策依据，大幅提升分析决策效率。

三、应用场景

在生产制造领域，通过数字孪生，在建设实体工厂的同时在电脑上构建一个虚拟工厂，把实体工厂的每个车间、每条流水线、每台设备、每个生产动作都映射在虚拟工厂上。在生产过程中，通过数字孪生实时监控实体工厂的生产状态，及时发现生产瓶颈，优化车间生产调度，从而提高工厂的生产效率和管控水平。基于数字孪生的智能工厂，将成为未来工厂的重要发展趋势。

在城市管理领域，通过构建城市的数字孪生，可以实现城市全景可视化和动态智能管理。例如，通过数字孪生对城市交通数据进行实时分析，可精准预测城市交通拥堵的关键节点，进而提前进行交通管制，缓解交通压力。未来的城市，将建立在数字孪生的基础上，具备自主学习的能力，演变为具有高度智慧的城市新形态。

在数字乡村领域，通过构建数字孪生能力平台，结合数字乡村业务，实现乡村治安管理、人口信息、重点人群、民政管理、网格管理、土地确权等N个实景一张图管理应用，全面实现乡村管理业务的一图感知、一屏管理、一站服务、一体掌控，加快推进农业农村现代化建设、促进城乡融合发展、缩小城乡数字鸿沟，积极推进乡村振兴发展和社会主义新农村建设。评审专家一致认为，该案例深挖视频孪生技术与数字乡村融合应用场景，为乡村日常管理带来显著的降本增效价值，为全国数字乡村建设提供了宝贵经验。

除了上述领域之外，智慧医疗、智慧物流、智慧农业以及安全应急等众多行业领域都在大力发展数字孪生技术，数字孪生应用场景非常广阔。