数字孪生 5G时代的重要应用场景 - 读书笔记

作者：陈根

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第1章：数字孪生概述

• 数字孪生：对物理世界，构建数字化实体，实现了解、分析和优化
• 集成技术：AI、机器学习、大数据分析
• 构成：传感器、数据、集成、分析、促动器（可以人工干预现实）
• 可运用于工业4.0
• 数字纽带：贯穿产品全生命周期，包括设计、生产、运维等；比如车企汽车研发、生产、销售、售后等
• 应用意义：优化设计、仿真测量、分析预测、经验大数据

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第2章：数字孪生技术

技术层级：

• 数据保障层：高性能传感器数据采集、高速数据传输、全生命周期数据管理
• 建模计算层：对象机理建模、数据驱动模型、一体化计算平台
• 功能层：多层级系统寿命估计、系统集群任务、执行能力评估、系统集群维护保障、消停生产过程监控、系统设计辅助决策
• 沉浸式体验层：虚拟数字集群、用户交互界面、三维虚拟映射

核心技术：

• 多领域，多尺度融合建模
• 数据驱动与物理模型融合的状态评估
• 数据采集和传输
• 全生命周期数据管理
• VR呈现
• 高性能计算

体系架构：

• 创建：配备大量传感器，企业各类系统，模型
• 传输：网络，接口，信息安全
• 聚合：数据存入数据库，数据中台
• 分析：数据分析，可视化基础数据
• 洞见：更多维度的数据展示
• 行动：人工干预现实

数字孪生部署：

• 设想方案
• 方案评估
• 确定流程
• 试运行项目
• 实现流程工业化
• 扩大规模
• 监控与检测

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第3章：数字孪生与工业4.0

产品数字孪生4个基本功能：

• 模型映射
• 监控与操纵
• 诊断
• 预测

核心价值：

• 数据中心
• 生产管理的扩展
• 设计演化支撑
• 技术优化支撑
• 监控

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第4章：数字孪生城市

智慧城市三次浪潮：

• 2008-2012：以GIS、GPS地图为主
• 2013-2015：基于云计算，信息共享
• 2016后：出现物联网、5G、大数据等，数字孪生向大系统演变

数字城市内涵：

• 城市发展的愿景与目标
• 智慧城市建设的支撑

数字城市服务形态：

• 静态信息：位置、面积、空间、楼房、道路、管线
• 动态信息：温度、湿度、交通、人流、运行信息

服务场景：

• 固定区域：政府大厅、博物馆、图书馆、医院、养老院、学校、体育馆、购物中心、社区服务中心
• 分布区域：公交车站、地铁站等

服务内容：

• 城市服务的数字孪生可能会最先实现
• 通过VR技术，让更多人虚拟体验如音乐会、体育比赛等

典型场景：

• 智能规划与科学评估场景：交通路况、人流聚集分布、空气质量、水质指标等，摸清城市脉搏，城市规划有的放矢
• 城市管理和社会治理场景：一点触发、多方联动、有序调度、合理分工、闭环反馈
• 人机互动的公共服务场景：依托人的大数据，分析公共服务质量，实现合理规划
• 城市全生命周期协同管理场景：提高管控专业度

数字城市的总体构架：

• 端：城市全域感知，反映城市状态
• 网：城域高速网络支撑
• 云：智能计算，城市管控

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第5章：数字孪生其他应用

• 医疗健康
• 智能家居：降低运营成本，获得决策支撑
• 航空航天
• 油气勘探
• 智能物流

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第6章：数字孪生应用案例

• 多维数据仓库（多媒体数据仓库）
• 数据校验及对齐
• 实体及模型恢复（三维激光点云扫描）
• 三维地形构建
• 多系统融合

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第7章：挑战与发展趋势

• 数字孪生五维模型：PE物理实体，VE虚拟实体，SS服务，DD孪生数据，CN各部分连接

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第8章：数字经济产业政策

• 2016《二十国集团数字经济发展与合作协议》
• 2019《中国数字经济发展与就业白皮书》
• 2019《天津市促进数字经济发展行动方案》