“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”,該項目中構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其工作狀態(tài)并幫助科學家們進行設備等的調(diào)試參考。

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

2010年,NASA在技術報告中首次給出了“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)表了關于數(shù)字孿生的論文,將其列為驅動未來發(fā)展的關鍵術之一。

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、運行歷史等數(shù)據(jù),集成多學科,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,從而反映相對應的實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”應運而生

起源于航天、工業(yè)領域的數(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、實時交互等特性,“數(shù)字孿生城市”應運而生。目前,關于數(shù)字孿生城市并沒有一個準確定義,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)絡空間再造一個與之對應的“虛擬世界”,形成物理維度的實體世界和信息維度上的數(shù)字世界同生共存、虛實交融的格局,實現(xiàn)城市全要素數(shù)字化和虛擬化、城市全狀態(tài)實時化和可視化、城市管理決策協(xié)同化和智能化。

智慧城市建設催生數(shù)字孿生城市

關于智慧城市的建設已有十年已久,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”,因為智慧城市的建設大多是項目式的,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入手,因此只能達到階段性的城市優(yōu)化效果,并沒有完全達成一個完整的“智慧”城市。

而數(shù)字孿生城市的建設正好可以解決這些問題。數(shù)字孿生城市以數(shù)據(jù)驅動為核心的新的城市生活方式,通過數(shù)據(jù)基礎設施構建人與人,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)實城市的運行情況,這種方式將完全重構城市建設運營邏輯,將城市場景進行可視化和物聯(lián)控制,在模擬規(guī)劃和優(yōu)化治理方面高效指導城市建設。這種平臺化的建設思路也杜絕了子系統(tǒng)的重復建設,將復雜的跨行業(yè)、跨部門、跨平臺的行業(yè)應用通過數(shù)字場景和物理場景相融合,協(xié)同發(fā)展。

數(shù)字孿生城市技術架構

數(shù)字孿生城市依托城市全域感知,刻畫城市運行體征狀態(tài)。通過智能交互系統(tǒng)實現(xiàn)城市內(nèi)各類主體的適應性變化和城市最優(yōu)運作,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、管理、發(fā)展提供參考意見。基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

2020年4月,國家發(fā)改委、中央網(wǎng)信辦印發(fā)的《關于推進“上云用數(shù)賦智”行動培育發(fā)展實施方案》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相應技術應用規(guī)范或導則,引導CIM平臺規(guī)范建設。發(fā)改委、科技部、工信部分別設立相應政策或研究課題,鼓勵CIM相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術突破。各省市也積極出臺相應政策或行動方案,推動數(shù)字孿生城市建設。經(jīng)過2017年“數(shù)字孿生城市”概念培育期,和2018、2019年的技術架構期,中國數(shù)字孿生城市已于2020年正式進入建設期。

產(chǎn)業(yè)布局-新型科技企業(yè)加速入局

隨著數(shù)字孿生城市的建設實施,更多企業(yè)正在積極響應,加速布局相關信息技術產(chǎn)業(yè)鏈。在GIS、測繪企業(yè),建模、仿真企業(yè),BIM企業(yè),集成商運營商外基礎上,新型科技企業(yè)也紛紛跟進,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優(yōu)勢,加緊構建數(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、數(shù)字冰雹、云天勵飛等,深耕數(shù)字孿生領域,能夠提供數(shù)字孿生城市建設一站式服務。同時,更多公司正在依靠本身的技術優(yōu)勢從不同切入點入局,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)字孿生城市建設注入新力量。

結語

數(shù)字孿生城市建設從整體入手,以平臺化的建設思路,遵循促進數(shù)字、物理場景相融合的核心理念,將復雜的跨行業(yè)、跨部門、跨平臺的各類應用進行協(xié)整,促進城市整體的高效協(xié)同發(fā)展。在政策大力主導和企業(yè)積極響應的情景下,中國數(shù)字孿生城市建設發(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進一步升級。

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