2019年，“數(shù)字孿生”熱度不斷攀升，備受行業(yè)內(nèi)外關(guān)注。各大峰會論壇將其作為熱議主題，全球最具權(quán)威的IT研究與顧問咨詢機(jī)構(gòu)Gartner在2019年報(bào)告中將其列為十大戰(zhàn)略科技發(fā)展趨勢之一，GE、西門子、微軟、阿里巴巴紛紛將其劃入重點(diǎn)布局。
一、什么是數(shù)字孿生？
根據(jù)國際定義，數(shù)字孿生是充分利用物理模型、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。
簡單來說，就是針對現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體對象，在數(shù)字化世界中構(gòu)建完全一致的對應(yīng)模型，通過數(shù)字化的手段對實(shí)體對象進(jìn)行動態(tài)仿真、監(jiān)測、分析和控制。
數(shù)字孿生是源自工業(yè)界的概念，隨著5G通訊、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字孿生在理論層面和應(yīng)用層面均取得了快速發(fā)展，逐漸延伸到智慧城市、智慧園區(qū)、智慧交通等應(yīng)用領(lǐng)域。
我們先通過一個(gè)機(jī)械臂的運(yùn)轉(zhuǎn)視頻感性認(rèn)識一下什么是“數(shù)字孿生”。
二、數(shù)字孿生的關(guān)鍵特征
1.多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合
數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生最核心的要素。它源于物理實(shí)體、運(yùn)行系統(tǒng)、傳感器等，涵蓋仿真模型、環(huán)境數(shù)據(jù)、物理對象設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)等，貫穿物理對象運(yùn)轉(zhuǎn)過程的始終。數(shù)字孿生體作為數(shù)據(jù)存儲平臺，采集各類原始數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，驅(qū)動仿真模型各部分的動態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，有效反映各業(yè)務(wù)流程。所以，數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生應(yīng)用的“血液”，沒有多元融合數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生應(yīng)用就失去了動力源。
2.數(shù)據(jù)驅(qū)動精準(zhǔn)映射
數(shù)字孿生的主體是面向物理實(shí)體與行為邏輯建立的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型，孿生數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)驅(qū)動的基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體對象和數(shù)字世界模型對象之間的映射，包括模型、行為邏輯、業(yè)務(wù)流程以及參數(shù)調(diào)整所致的狀態(tài)變化等，實(shí)現(xiàn)在數(shù)字世界對物理實(shí)體的狀態(tài)和行為進(jìn)行全面呈現(xiàn)、精準(zhǔn)表達(dá)和動態(tài)監(jiān)測。
3.智能分析輔助決策
數(shù)字孿生的映射關(guān)系是雙向的，一方面，基于豐富的歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和先進(jìn)的算法模型，可以高效地在數(shù)字世界對物理對象的狀態(tài)和行為進(jìn)行反映；另一方面，通過在數(shù)字世界中的模擬試驗(yàn)和分析預(yù)測，可為實(shí)體對象的指令下達(dá)、流程體系的進(jìn)一步優(yōu)化提供決策依據(jù)，大幅提升分析決策效率。
（數(shù)字孿生的雙向映射）
三、數(shù)據(jù)可視決策實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生
“數(shù)字孿生“強(qiáng)調(diào)仿真、建模、分析和輔助決策，側(cè)重的是物理世界對象在數(shù)據(jù)世界的重現(xiàn)、分析、決策，而可視化做的就是對物理世界的真實(shí)復(fù)現(xiàn)和決策支持，與數(shù)字冰雹可視化決策產(chǎn)品功能特性不謀而合。
1.大規(guī)模全量多源數(shù)據(jù)整合
如前所述，數(shù)字孿生的關(guān)鍵特征之一是多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合，可視化決策系統(tǒng)同樣注重多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的整合和綜合應(yīng)用。
在各行業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括各類地圖要素?cái)?shù)據(jù)、GB/T28181監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)報(bào)文數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)、城市傾斜攝影數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、各類數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)等，可視化決策系統(tǒng)能夠充分將處在不同部門、不同行業(yè)、不同系統(tǒng)、不同數(shù)據(jù)格式之間的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集整合，為各領(lǐng)域運(yùn)行態(tài)勢綜合感知研判提供全面的數(shù)據(jù)支撐。
2.內(nèi)核級支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動
數(shù)字孿生是通過數(shù)據(jù)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體對象和數(shù)字世界模型對象之間的全面映射，同樣，內(nèi)核級支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動，也是數(shù)字冰雹可視化決策系統(tǒng)的核心功能。
數(shù)據(jù)驅(qū)動是指在數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)上，通過可視化、模型定義、數(shù)據(jù)綁定等手段，動態(tài)驅(qū)動可視化對象狀態(tài)變化，真實(shí)反映物理對象的狀態(tài)和行為。內(nèi)核級支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動，充分體現(xiàn)在數(shù)字冰雹智慧城市、智慧園區(qū)、智慧交通、工業(yè)監(jiān)控、航天戰(zhàn)場等多行業(yè)領(lǐng)域可視化決策產(chǎn)品中。
可視化決策系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動，通過接入實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)、真實(shí)/模擬數(shù)據(jù)，無論是設(shè)備的工作原理、裝備的運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)的交通流量等，都能夠在可視化決策系統(tǒng)中精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)，結(jié)合專業(yè)的分析及預(yù)測模型進(jìn)行研判，可為用戶業(yè)務(wù)決策提供有力支持，極大的提升用戶監(jiān)測、分析和決策能力。
3.可視分析，決策支持
數(shù)字孿生可以為實(shí)際業(yè)務(wù)決策提供依據(jù)，可視化決策系統(tǒng)最具有實(shí)際應(yīng)用意義的，是可以幫助用戶建立現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)字孿生?；诩扔泻Ａ繑?shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)可視化建立一系列業(yè)務(wù)決策模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對當(dāng)前狀態(tài)的評估、對過去發(fā)生問題的診斷，以及對未來趨勢的預(yù)測，為業(yè)務(wù)決策提供全面、精準(zhǔn)的決策依據(jù)。
（1）城市級數(shù)字孿生：
通過數(shù)據(jù)可視化，構(gòu)建城市級數(shù)字孿生，能夠在充分整合城市各領(lǐng)域信息資源的基礎(chǔ)上，將大規(guī)模城市各領(lǐng)域管理要素進(jìn)行精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)，并對細(xì)分業(yè)務(wù)領(lǐng)域數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行多維度可視分析，實(shí)現(xiàn)從全域視角到微觀領(lǐng)域，對城市運(yùn)行態(tài)勢進(jìn)行全息動態(tài)感知。比如，城市管理者可以更加高效便捷地了解到城市各區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、交通早晚流量差異、城市區(qū)域人口熱力對比等情況。
此外，可視化決策系統(tǒng)能夠有效結(jié)合人臉識別、人員特征識別、車輛識別等人工智能模型算法，將城市各領(lǐng)域信息資源與人工智能計(jì)算結(jié)果進(jìn)行可視化串并分析，為用戶提供智能化分析支持，便于城市管理者挖掘數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和意義，研判城市運(yùn)行態(tài)勢，從而為管理者在城市規(guī)劃、商業(yè)發(fā)展、災(zāi)害預(yù)警等方面的管理提供決策依據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)城市智慧式管理和運(yùn)行。
（2）園區(qū)級數(shù)字孿生：
基于數(shù)據(jù)可視化構(gòu)建園區(qū)級數(shù)字孿生，能夠在有效整合園區(qū)運(yùn)營各類信息資源的基礎(chǔ)上，基于三維可視化場景，對園區(qū)外部環(huán)境、建筑、產(chǎn)業(yè)分布、樓宇內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及具體設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)。
通過整合園區(qū)各領(lǐng)域現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，對園區(qū)綜合運(yùn)營、安防、交通管理、設(shè)施管理、能效管理、環(huán)境空間管理等業(yè)務(wù)領(lǐng)域的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行綜合監(jiān)測分析，對園區(qū)人、事、物進(jìn)行統(tǒng)一管理，可以輔助管理者對園區(qū)運(yùn)行態(tài)勢進(jìn)行全面感知、綜合研判，實(shí)現(xiàn)管理精細(xì)化、決策科學(xué)化和服務(wù)高效化。
（智慧園區(qū)IOC）
（3）設(shè)備級數(shù)字孿生：
構(gòu)建設(shè)備級數(shù)字孿生，通過三維建模，能夠高度還原設(shè)備的外形、材質(zhì)、紋理細(xì)節(jié)等精密顯示細(xì)節(jié)以及復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高精度、超精細(xì)的可視化渲染；支持設(shè)備組態(tài)結(jié)構(gòu)、復(fù)雜動作的全數(shù)據(jù)驅(qū)動顯示，對設(shè)備位置分布、類型、運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行真實(shí)復(fù)現(xiàn)，不僅可以看到產(chǎn)品外部的變化，更重要的是可以看到產(chǎn)品內(nèi)部的每一個(gè)零部件的工作狀態(tài)，對設(shè)備運(yùn)行異常（故障、短路沖擊、過載、過溫等）實(shí)時(shí)告警，輔助管理者直觀掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備安全隱患。通過對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測和智能分析，預(yù)測設(shè)備維護(hù)工作的最佳時(shí)間點(diǎn)，也可以提供維護(hù)周期的參考依據(jù)，有效提升設(shè)備級產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)及維修等環(huán)節(jié)的工作效能。
（設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測）
四、可視化助力數(shù)字孿生落地行業(yè)應(yīng)用
任何新技術(shù)的最終落地，都需要從理論轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用，數(shù)字孿生也是如此。數(shù)字孿生的概念源自工業(yè)制造領(lǐng)域，在5G通訊、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的推動下，數(shù)字孿生理念逐步延伸拓展至更多行業(yè)空間。
數(shù)字冰雹多年來深耕可視化技術(shù)領(lǐng)域，具備成熟完善的技術(shù)平臺和豐富的行業(yè)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，可視化決策系統(tǒng)功能緊密結(jié)合行業(yè)需求，已在眾多行業(yè)領(lǐng)域都得到很好的應(yīng)用，通過數(shù)據(jù)可視決策能夠快速推生落地進(jìn)數(shù)字孿行業(yè)應(yīng)用，幫助各行業(yè)管理者提升智能化決策能力和效率。
（數(shù)字冰雹部分行業(yè)實(shí)際案例，數(shù)據(jù)已脫敏）
數(shù)字孿生的典型行業(yè)應(yīng)用可涵蓋以下幾個(gè)領(lǐng)域：
1.智慧城市領(lǐng)域
通過建設(shè)智慧城市智能運(yùn)營中心（IOC），構(gòu)建數(shù)字孿生城市，能夠有效融合政府各職能部門現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，支持從宏觀到微觀，對資源環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、交通運(yùn)輸、社會治理、人口民生、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)、社會輿情、公共安全等領(lǐng)域的核心指標(biāo)進(jìn)行態(tài)勢監(jiān)測與可視分析，對城市運(yùn)行態(tài)勢進(jìn)行全面感知、綜合研判，幫助城市管理者提高城市運(yùn)營管理水平、驅(qū)動城市管理走向精細(xì)化。
（數(shù)字孿生-城市）
2.智慧園區(qū)領(lǐng)域
通過建設(shè)智慧園區(qū)可視化決策系統(tǒng)，能夠?qū)@區(qū)產(chǎn)業(yè)、招商、安防、資產(chǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施、能效、環(huán)境空間等管理領(lǐng)域的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行可視化監(jiān)測分析，輔助管理者全面掌控園區(qū)運(yùn)行態(tài)勢，有效提升園區(qū)的運(yùn)營效率與運(yùn)營水平，為用戶進(jìn)行園區(qū)運(yùn)維管理提供“一站式”可視化決策支持，可廣泛應(yīng)用于政府園區(qū)、地產(chǎn)園區(qū)、校園運(yùn)營、工業(yè)園區(qū)、景區(qū)運(yùn)營等領(lǐng)域。
（數(shù)字孿生-園區(qū)）
3.智慧交通領(lǐng)域
通過建設(shè)智慧交通可視化決策系統(tǒng)，能夠有效融合交管各部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)等，對城市道路通行狀況、各類交通事件、全市警力分布、路網(wǎng)分布、重點(diǎn)道路區(qū)域等信息交通運(yùn)行態(tài)勢進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化監(jiān)測，從微觀路口、中觀道路到宏觀城市，實(shí)現(xiàn)了交通點(diǎn)、線、面的全面動態(tài)監(jiān)控，滿足常態(tài)下交通運(yùn)行態(tài)勢的實(shí)時(shí)監(jiān)測監(jiān)管、應(yīng)急態(tài)下協(xié)同處置指揮調(diào)度的需要。
（數(shù)字孿生-交通）
4.智慧警務(wù)領(lǐng)域
通過建設(shè)智慧警務(wù)可視化決策系統(tǒng)，可充分融合視頻監(jiān)控、治安卡口、無人機(jī)、人工智能等技術(shù)應(yīng)用，有效整合社會各類信息資源以及公安、交通、消防、醫(yī)療市政等多部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，能夠?qū)θ?、車、卡口、重點(diǎn)場所、街道、單位等要素進(jìn)行全方位立體化治安態(tài)勢監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)管轄區(qū)域內(nèi)“人、車、地、事、物”的全面監(jiān)控，提升公安部門社會治安防控能力。
（數(shù)字孿生-公安警務(wù)）
5.工業(yè)制造領(lǐng)域
工業(yè)制造領(lǐng)域，通過數(shù)據(jù)可視化，能夠?qū)I(yè)廠房、生產(chǎn)線、設(shè)備等管理要素進(jìn)行三維仿真展示，通過集成視頻監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測以及其他傳感器實(shí)時(shí)上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備精密細(xì)節(jié)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、復(fù)雜動作的全數(shù)據(jù)驅(qū)動顯示，對生產(chǎn)流程、成產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，真實(shí)再現(xiàn)生產(chǎn)流程、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程及工作原理，為設(shè)備的研制、改進(jìn)、定型、維護(hù)、效能評估等提供有效、精確的決策依據(jù)。
（數(shù)字孿生-工業(yè)）
6.航天軍工領(lǐng)域
航天軍工領(lǐng)域，通過數(shù)據(jù)可視化，能夠?qū)崿F(xiàn)武器裝備高精度外觀結(jié)構(gòu)可視化、數(shù)據(jù)驅(qū)動動作姿態(tài)顯示、海陸空天電一體化作業(yè)環(huán)境視景仿真等，支持作戰(zhàn)情報(bào)數(shù)據(jù)的可視化顯示、分析、監(jiān)測、指揮研判，可廣泛應(yīng)用于裝備模擬訓(xùn)練、運(yùn)行監(jiān)控、維護(hù)保障、情報(bào)分析、論證評估、科研制造等領(lǐng)域。
（數(shù)字孿生-航天軍工）
構(gòu)建數(shù)字孿生，助力智慧決策
時(shí)代的發(fā)展、信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，賦予了數(shù)字孿生新的意義，數(shù)字孿生將在越來越多的行業(yè)領(lǐng)域及應(yīng)用場景發(fā)揮重要價(jià)值。數(shù)據(jù)可視化是數(shù)字孿生落地應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)手段，數(shù)字冰雹作為大數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，將充分發(fā)揮自身技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢，助力數(shù)字孿生落地應(yīng)用，真正幫助各行業(yè)決策者運(yùn)籌帷幄，決策千里。
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