數字孿生能做什么？和元宇宙有啥區別？這幾個問題幫你徹底搞懂數字孿生

就在元宇宙爆紅之前，有一項技術已經慢慢滲透到各行各業之中，它可以逼真、實時地還原現實世界，這就是今天的主角——數字孿生。

究竟什么是數字孿生？它能用來做什么？和元宇宙、仿真又有什么區別？今天《騰行智庫》通過下面這些問題，來幫你徹底搞懂數字孿生。

1、什么是數字孿生？

早期類似數字孿生的東西，可能很多人都見過，比如軍事沙盤，沙盤上呈現出敵我雙方的力量態勢、交戰地點的山川河流，軍事家根據沙盤來布局行軍打仗，推演勝負關系；再比如售樓處的小區沙盤，囊括了樓宇、街道等信息，購房者以此來決策，是否購買房子。

現在我們提到的數字孿生，官方定義非常復雜：充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，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。

上面這段話會有些晦澀，換一句通俗的解釋：孿生，大家首先想到的就是“雙胞胎”，我們可以把數字孿生認為是數字與現實組成的一對雙胞胎，在虛擬環境中構建復現現實的場景，來模擬生活生產中的運營邏輯。簡單來說，數字孿生就是在一個設備或系統的基礎上，創造一個數字版的“克隆體”。

舉一個例子，比如最近發生的湯加火山爆發，騰訊智慧交通團隊借助數字孿生，使用開源的衛星高程數據和深海測量數據，并結合谷歌地球衛星影像，進行三維空間重建，真實還原了火山爆發前的三維地理場景，這個創建出來的地理場景就可以理解為當時那片海域的數字孿生。

數字孿生有以下幾個特點：

首先是高保真，數字孿生的保真性指描述數字虛體模型和物理實體的接近性。

其次是全生命周期，指數字孿生可以貫穿產品包括設計、開發、制造、服務、維護乃至報廢回收的整個周期。

第三是實時/準實時，數字孿生技術要求數字化，即以一種計算機可識別和處理的方式管理數據以對隨時間軸變化的物理實體進行表征。

最后是雙向，數字孿生中的物理對象和數字空間能夠雙向映射、動態交互和實時連接。

2、數字孿生背后的核心技術是什么？

數字孿生主要由以下6大部分組成：傳感器、數據、集成、分析、模型、控制器。

傳感器：負責搜集數據、傳遞信號；

數據：由傳感器提供的實際運營和環境數據和企業的生產經營數據，合并形成數字孿生的數據來源；

集成：傳感器通過集成技術實現物理世界和數字世界之間的數據傳輸；

分析：利用分析技術開展算法模擬和可視化程序，進行數據分析；

模型：基于上述數據與信息，建立物理實體和流程的數字化模型，通過模型計算物理和生產流程是否出現錯誤偏差，從而得出解決錯誤偏差的方式和行動；

控制器：基于模型計算的結果，通過控制器開展行動，調整和糾正錯誤。

所以，數字孿生從技術體系上可以概括為：感知控制、數據集成、模型構建、模型互操作、業務集成、人機交互等六大核心技術。

數字模型、物聯網等技術始終占據著核心的位置。如何將物理世界與虛擬世界關聯起來，其關鍵是對物理世界建模，通過模型將物理世界數字化，再通過模型將物理世界映射到虛擬世界中，以構建物理世界與虛擬世界的橋梁。

3、數字孿生能應用到哪些領域？解決了哪些痛點？

近年來，數字孿生技術的應用日漸廣泛，在智能制造、智能建造、智慧家居、智慧醫療、智慧城市和智慧交通等領域都有廣闊的應用場景。

在智慧城市領域，數字孿生技術已經發展成為支撐智慧城市的重要技術手段。通過數字孿生技術，可以將樓宇、街道、網線管道、交通工具、行人、綠地、公園、河流等城市構成的全部要素，全部展現出來，讓萬物皆可看見、可管理、可控制、可分析、可預測，讓城市動態一切盡在掌握之中，更精準地輔助城市管理者進行決策 ，推動城市向智能化、智慧化發展。

在智慧交通領域，數字孿生通過對交通場景的復現，讓擁堵的城市交通流更順暢，讓人們的出行更健康綠色。交通場景中的數字孿生將會實時采集數據、同步交通運行可視，并為交通模型推演提供試驗空間，完成數據的驅動決策。基于真實數據和模型的數字孿生技術，不僅能提升智能駕駛的安全穩定性，也能幫助交通管理者等提供實時、科學的道路決策。

在工業生產中，質量漏洞等問題一直是企業無法提前避免的，當問題出現時往往會造成一定的損失。運用數字孿生技術在生產環節能夠控制質量漏洞、提升產品整體質量，在服務環節了解產品狀態、提高服務效率等。

在汽車制造領域，數字孿生不僅有助于解決汽車零部件的研發問題，而且在產品制造及企業管理方面有很大的幫助。

在自動駕駛領域，系統測試是上路形式的攔路虎。數字孿生幫助車輛完成自主性能的測試，為車企節約了大量測試成本。騰訊借助數字孿生技術，打造了新一代自動駕駛虛擬仿真平臺TAD Sim，通過自進化式場景重建技術，自動生成符合物體規律、具有真值數據，構建了虛擬的三維世界，并通過內置的高精度地圖，提升場景重建中深度學習模型的性能，同時能夠以較低的美術組件成本擴充海量帶有新標簽的數據，從而具備自動重建豐富場景的能力。

騰訊應用數字孿生技術，通過使用真實數據不斷訓練模型來進行模型迭代，可以提供智能分析、仿真模擬預測等應用服務，以解決智慧交通發展中的效率和安全等痛點問題。

4、數字孿生和元宇宙有哪些區別？

元宇宙和數字孿生都屬于用數字技術構建虛擬空間，但兩者存在一定差距。元宇宙既可以基于現實世界場景復現，也可以通過藝術化的手段創造虛擬世界；而數字孿生則是一種還原物理世界的重要手段，將物理世界與數字空間形成鏡像，它的主要價值是實現物與物、人與物之間的數據機制，進一步模擬情境和決策，以改進現實或更好適應現實，最終實現自動控制或自主決策控制。

構成元宇宙的七層要素

元宇宙擁有完整的經濟邏輯，數據、物體、內容以及IP都可以在元宇宙中存在，而且元宇宙不僅包含虛擬和現實的萬事萬物，還包含他們之間的各種關系和連接。元宇宙的核心在于永續性、實時性、多終端、經濟功能、可連接性和可創造性，而數字孿生、混合現實、物聯網、5G等是建設元宇宙的手段和工具。

5、數字孿生與仿真的區別是什么？

數字孿生并不局限于單純的數值仿真或者機器學習技術。相對于傳統的數值仿真方法，數字孿生可以應用物理實體反饋的數據進行自我學習和完善；另一方面，相對于機器學習，數字孿生可以通過對物理過程的仿真和領域知識提供更加準確的理解與預測。

不同天氣下的數字孿生效果 | 騰訊智慧交通

6、用于開發數字孿生的關鍵工具、軟件有哪些？

開發工具主要包含：數字線程工具、建模工具、孿生工具。數字線程是一個通信框架，它連接了制造過程中傳統的豎井元素，并在整個制造生命周期中提供了資產的集成視圖。建模工具包含產品研發類工具、事件仿真類工具，數據應用類軟件等，孿生工具主要包含制造商、服務企業、數據分析公司等，由專業領域的企業來構建數字孿生模型。

7、使用數字孿生技術，會有哪些風險？

數字孿生系統是建立在物聯網的傳感器網絡之上，其與現實世界存在密切的交互行為。傳統的網絡信息攻擊通常只停留在信息和數據層面，而針對數據孿生系統的攻擊會威脅到物理世界中的人身安全、設備安全和業務安全。因此，數字孿生的開源軟件供應鏈體系在開發、集成、交付和使用環節面臨著數據風險和業務風險，攻擊開發環境、攻擊開發工具、攻擊鏡像倉庫、攻擊軟件運行環境等風險。

數字孿生從概念培育逐步走向建設實施，各項支撐技術日漸成熟，但仍面臨著供應鏈安全性不足、數據支撐不足、應用深度不足、產業聯動不足和標準支撐不足等問題與挑戰。在工業數字孿生技術應用方面，模型構建、數據集成、業務集成、軟件開發等方面的短板，數字孿生的實際應用還處于初期階段。

8、數字孿生適用準則是什么？現在是否有統一的標準？

數字孿生當前已經吸引了多個國際組織（如ISO/IEC/ITU-T/IEEE等）的多個聯合技術委員會、技術委員會和分委會的關注，從各自領域、各個層面出發，成立了多個數字孿生相關的工作組；業界產業聯盟（德國工業4.0/IIC/AII等）也已經成立專門的數字孿生工作組或任務組來推動數字孿生的產業化工作。更進一步，國內外還專門成立直接的聯盟組織（IDTA/DTC等）來負責數字孿生的生態建設。

2020年11月26日，數字孿生體聯盟發布了《數字孿生體概念和術語體系（征求意見稿）》，對數字孿生的概念和術語進行了統一。

2021年，ISO/IEC JTC 1/WG 11（智慧城市工作組）成立了城市數字孿生及操作系統專題研究組。該研究組專門研究討論數字孿生技術在智慧城市中的應用場景、預研分析和技術方案并計劃發布相關標準化成果物。后續，該組織將基于國內及國外專家在城市數字孿生參考架構、案例分析等方面的成果，推動開展相關國際標準研制工作。

2022年1月，由騰訊等公司聯合參與制定的《城市數字孿生標準化白皮書（2022版）》發布，該《白皮書》梳理了城市數字孿生的標準體系總體框架和標準分體系描述，推進了城市數字孿生在城市規劃、城市建設、城市治理、城市服務等維度，開展典型應用場景的標準研制。

隨著數字孿生在各領域的實踐應用以及應用范圍的不斷擴大，相信未來將會有越來越多的標準出臺，為數字孿生落地提供更科學、更合理的指導。

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