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聚焦之江实验室最新动态及媒体关注热点。

来源: 新华社  作者: 朱涵  发布日期:2020-03-17

从复制物理世界到影响物理世界:数字孪生的理想与现实

活跃在物理城市中的数百万人,也是数字城市中的数百万个ID。他们在某一个地点、某一辆巴士或是某一家商铺彼此相遇,又各自散开,形成独一无二的行动轨迹。在新冠肺炎疫情防控中,这样实时滚动更新、独一无二的数字行动轨迹,成为一些城市判断市民感染风险高低的重要依据。

数字世界中的“克隆体”与真实世界一同成长变化,这就是“数字孪生”。这项技术的实现,意味着数字技术高度融合、数字经济高度发展,也承载着我们对美好生活的期待。


数字孪生驱动智能制造

数字孪生最初源于工业制造领域。在研发新产品时,制造企业往往要在设计、打样、组装、磨合上来回反复,有时某个零部件一点非常细微的尺寸变化,会像蝴蝶效应一样导致巨大损失。

能不能用更简化的流程、更准确的预判来降低风险?“一个经典的案例是飞机制造。”之江实验室融合智能研究中心高级研究员华炜说,飞机零部件设计、装配、功能测试、疲劳测试,直至生产投用、维护等,都已开始运用数字孪生技术,工程师不仅能看到产品外部变化,更使内部零件动态的观察成为可能。

“每一架飞机拥有一个与实体对应的数字档案,这份档案跟随这架飞机服役、退役的全生命周期。”华炜说,通用电气、西门子、ABB等企业是数字孪生技术的第一批尝鲜者。通用电气称,为每个引擎、每个涡轮、每台核磁共振都创造了一个数字孪生体。

IT研究与咨询公司Gartner连续多年将数字孪生列入十大战略性技术趋势。2018年一项对美国、德国、中国与日本200余家已部署物联网企业的调研结果显示,48%的企业已经应用或计划应用数字孪生,到2022年,使用数字孪生的企业将增长3倍。

在华炜看来,数字孪生能帮助企业提升制造和管理效率,更重要的是,数字孪生记录下所有数据,能对未来进行更可靠的预测。华炜的实验室,正在用数字孪生对无人驾驶技术进行验证和优化。

“很多极端环境,很难在现实环境中测试,就要通过数字空间来进行更多的拓展。我们希望在测试数据积累到一定程度后,形成种类多样的测试场景,无人驾驶汽车只有平稳通过极端考验才能上路。”华炜说。


新型智慧城市的抓手

一张蓝色大屏上,交通枢纽、疾控、医疗、出行等80多个维度的数据实时跳动着,最中间的城市地图以红、橙、黄、白等颜色显示出一个区域的风险高低。大屏的背后,大数据搭建起疫情高危易感染人员模型,按照风险等级开展滚动研判。

在新冠肺炎疫情期间,浙江杭州依托城市大脑,初步展现出数字孪生城市的管理效率。依靠数据,我们甚至能非常精准地触摸到一个城市的脉搏——在疫情最为严峻的时期,这座城市的交通活跃度不到平时的20%。

在数字孪生城市中,水、电、交通等基础设施的运行状态,警力、医疗、消防等市政资源的调配情况,道路的拥堵或通畅,都会通过传感器、摄像头、数字化子系统采集,并通过包括5G在内的物联网技术传递到云端,形成城市规划最优解,对城市进行可视化管控,以及提供更加个性化的公共服务。

中国信息通信研究院发布的《数字孪生城市研究报告(2019)》中指出,数字孪生城市已成为各地政府推进智慧城市建设的主流模式选择,产业界也将其视为技术创新的风向标、发展的新机遇,数字孪生应用已在部分领域率先展开。

贵阳提出从花果园超大型社区治理、数博大道等小型城市生态系统入手打造数字孪生城市。南京江北新区着力推动城市发展向智能化高级形态迈进。浙江省发布《浙江省未来社区建设试点工作方案》,提出构建现实和数字孪生社区要求。《河北雄安新区规划纲要》提出,坚持数字城市与现实城市同步规划、同步建设,打造具有深度学习能力、全球领先的数字城市。


在实际应用中存一大不足

2019年,巴黎圣母院的一场大火让世界为之叹息。美国瓦萨学院艺术历史学家安德鲁·塔隆,曾通过激光扫描仪创建了一个精密的巴黎圣母院数字模型,不仅建立起三维图像,还揭示了建筑内部难以察觉的结构,为修复提供了精确的模型。

这给人启示,数字孪生技术也能在人文艺术等更多领域发挥关键作用。然而,严格意义上讲,安德鲁·塔隆的数字模型,还并不是一个标准的数字孪生,因为数字孪生本该记录下“本体”的每一个细小变化。

这也是数字孪生在实际应用中的一大不足。数字孪生技术应用必须以海量数据为基础,数据这个“原材料”越好,效果才能越理想。但眼下,采集使用这些数据所涉及的先进传感器技术、深度学习、仿真技术,以及支撑数据运算的云计算、边缘计算等都还有待进一步突破。

如果打开脑洞畅想一下未来数字孪生世界的模样,它应该从社区、园区等小范围的封闭区域,逐步向陆海空天一体化过渡,从满足普通的城市管理向满足人工智能算法高精度演进,从粗糙走向精密,从复制物理世界走向影响物理世界。

数字孪生这项综合性、集成性技术,将引领面向未来的人、机、物融合,激活信息技术产业链新一轮发展。数字孪生城市跨区域、跨部门、跨行业高效协同的全景式城市管理模式,有望倒逼多头管理、条块分割的城市治理模式革新。



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