数字孪生能做什么？腾讯智慧交通在这些领域做了尝试

过去的一年，元宇宙概念迅速蹿红，各大公司纷纷布局，甚至已经有人惊呼：“未来该如何区分现实与元宇宙？”

就在元宇宙爆红之前，有一项技术已经慢慢渗透到各行各业之中，它可以逼真、实时地还原现实世界，这就是今天的主角——数字孪生。

究竟什么是数字孪生？它能用来做什么？和元宇宙、仿真又有什么区别？今天《腾行智库》通过下面这些问题，来帮你彻底搞懂数字孪生。

1、什么是数字孪生？

早期类似数字孪生的东西，可能很多人都见过，比如军事沙盘，沙盘上呈现出敌我双方的力量态势、交战地点的山川河流，军事家根据沙盘来布局行军打仗，推演胜负关系；再比如售楼处的小区沙盘，囊括了楼宇、街道等信息，购房者以此来决策，是否购买房子。

现在我们提到的数字孪生，官方定义非常复杂：充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

上面这段话会有些晦涩，换一句通俗的解释：孪生，大家首先想到的就是“双胞胎”，我们可以把数字孪生认为是数字与现实组成的一对双胞胎，在虚拟环境中构建复现现实的场景，来模拟生活生产中的运营逻辑。简单来说，数字孪生就是在一个设备或系统的基础上，创造一个数字版的“克隆体”。

举一个例子，比如最近发生的汤加火山爆发，腾讯智慧交通团队借助数字孪生，使用开源的卫星高程数据和深海测量数据，并结合谷歌地球卫星影像，进行三维空间重建，真实还原了火山爆发前的三维地理场景，这个创建出来的地理场景就可以理解为当时那片海域的数字孪生。

数字孪生有以下几个特点：

首先是高保真，数字孪生的保真性指描述数字虚体模型和物理实体的接近性。

其次是全生命周期，指数字孪生可以贯穿产品包括设计、开发、制造、服务、维护乃至报废回收的整个周期。

第三是实时/准实时，数字孪生技术要求数字化，即以一种计算机可识别和处理的方式管理数据以对随时间轴变化的物理实体进行表征。

最后是双向，数字孪生中的物理对象和数字空间能够双向映射、动态交互和实时连接。

2、数字孪生背后的核心技术是什么？

数字孪生主要由以下6大部分组成：传感器、数据、集成、分析、模型、控制器。

传感器：负责搜集数据、传递信号；

数据：由传感器提供的实际运营和环境数据和企业的生产经营数据，合并形成数字孪生的数据来源；

集成：传感器通过集成技术实现物理世界和数字世界之间的数据传输；

分析：利用分析技术开展算法模拟和可视化程序，进行数据分析；

模型：基于上述数据与信息，建立物理实体和流程的数字化模型，通过模型计算物理和生产流程是否出现错误偏差，从而得出解决错误偏差的方式和行动；

控制器：基于模型计算的结果，通过控制器开展行动，调整和纠正错误。

所以，数字孪生从技术体系上可以概括为：感知控制、数据集成、模型构建、模型互操作、业务集成、人机交互等六大核心技术。

数字模型、物联网等技术始终占据着核心的位置。如何将物理世界与虚拟世界关联起来，其关键是对物理世界建模，通过模型将物理世界数字化，再通过模型将物理世界映射到虚拟世界中，以构建物理世界与虚拟世界的桥梁。

3、数字孪生能应用到哪些领域？解决了哪些痛点？

近年来，数字孪生技术的应用日渐广泛，在智能制造、智能建造、智慧家居、智慧医疗、智慧城市和智慧交通等领域都有广阔的应用场景。

在智慧城市领域，数字孪生技术已经发展成为支撑智慧城市的重要技术手段。通过数字孪生技术，可以将楼宇、街道、网线管道、交通工具、行人、绿地、公园、河流等城市构成的全部要素，全部展现出来，让万物皆可看见、可管理、可控制、可分析、可预测，让城市动态一切尽在掌握之中，更精准地辅助城市管理者进行决策 ，推动城市向智能化、智慧化发展。

在智慧交通领域，数字孪生通过对交通场景的复现，让拥堵的城市交通流更顺畅，让人们的出行更健康绿色。交通场景中的数字孪生将会实时采集数据、同步交通运行可视，并为交通模型推演提供试验空间，完成数据的驱动决策。基于真实数据和模型的数字孪生技术，不仅能提升智能驾驶的安全稳定性，也能帮助交通管理者等提供实时、科学的道路决策。

在工业生产中，质量漏洞等问题一直是企业无法提前避免的，当问题出现时往往会造成一定的损失。运用数字孪生技术在生产环节能够控制质量漏洞、提升产品整体质量，在服务环节了解产品状态、提高服务效率等。

在汽车制造领域，数字孪生不仅有助于解决汽车零部件的研发问题，而且在产品制造及企业管理方面有很大的帮助。

在自动驾驶领域，系统测试是上路形式的拦路虎。数字孪生帮助车辆完成自主性能的测试，为车企节约了大量测试成本。腾讯借助数字孪生技术，打造了新一代自动驾驶虚拟仿真平台TAD Sim，通过自进化式场景重建技术，自动生成符合物体规律、具有真值数据，构建了虚拟的三维世界，并通过内置的高精度地图，提升场景重建中深度学习模型的性能，同时能够以较低的美术组件成本扩充海量带有新标签的数据，从而具备自动重建丰富场景的能力。

腾讯应用数字孪生技术，通过使用真实数据不断训练模型来进行模型迭代，可以提供智能分析、仿真模拟预测等应用服务，以解决智慧交通发展中的效率和安全等痛点问题。

4、数字孪生和元宇宙有哪些区别？

元宇宙和数字孪生都属于用数字技术构建虚拟空间，但两者存在一定差距。元宇宙既可以基于现实世界场景复现，也可以通过艺术化的手段创造虚拟世界；而数字孪生则是一种还原物理世界的重要手段，将物理世界与数字空间形成镜像，它的主要价值是实现物与物、人与物之间的数据机制，进一步模拟情境和决策，以改进现实或更好适应现实，最终实现自动控制或自主决策控制。

构成元宇宙的七层要素

元宇宙拥有完整的经济逻辑，数据、物体、内容以及IP都可以在元宇宙中存在，而且元宇宙不仅包含虚拟和现实的万事万物，还包含他们之间的各种关系和连接。元宇宙的核心在于永续性、实时性、多终端、经济功能、可连接性和可创造性，而数字孪生、混合现实、物联网、5G等是建设元宇宙的手段和工具。

5、数字孪生与仿真的区别是什么？

数字孪生并不局限于单纯的数值仿真或者机器学习技术。相对于传统的数值仿真方法，数字孪生可以应用物理实体反馈的数据进行自我学习和完善；另一方面，相对于机器学习，数字孪生可以通过对物理过程的仿真和领域知识提供更加准确的理解与预测。

不同天气下的数字孪生效果 | 腾讯智慧交通

6、用于开发数字孪生的关键工具、软件有哪些？

开发工具主要包含：数字线程工具、建模工具、孪生工具。数字线程是一个通信框架，它连接了制造过程中传统的竖井元素，并在整个制造生命周期中提供了资产的集成视图。建模工具包含产品研发类工具、事件仿真类工具，数据应用类软件等，孪生工具主要包含制造商、服务企业、数据分析公司等，由专业领域的企业来构建数字孪生模型。

7、使用数字孪生技术，会有哪些风险？

数字孪生系统是建立在物联网的传感器网络之上，其与现实世界存在密切的交互行为。传统的网络信息攻击通常只停留在信息和数据层面，而针对数据孪生系统的攻击会威胁到物理世界中的人身安全、设备安全和业务安全。因此，数字孪生的开源软件供应链体系在开发、集成、交付和使用环节面临着数据风险和业务风险，攻击开发环境、攻击开发工具、攻击镜像仓库、攻击软件运行环境等风险。

数字孪生从概念培育逐步走向建设实施，各项支撑技术日渐成熟，但仍面临着供应链安全性不足、数据支撑不足、应用深度不足、产业联动不足和标准支撑不足等问题与挑战。在工业数字孪生技术应用方面，模型构建、数据集成、业务集成、软件开发等方面的短板，数字孪生的实际应用还处于初期阶段。

8、数字孪生适用准则是什么？现在是否有统一的标准？

数字孪生当前已经吸引了多个国际组织（如ISO/IEC/ITU-T/IEEE等）的多个联合技术委员会、技术委员会和分委会的关注，从各自领域、各个层面出发，成立了多个数字孪生相关的工作组；业界产业联盟（德国工业4.0/IIC/AII等）也已经成立专门的数字孪生工作组或任务组来推动数字孪生的产业化工作。更进一步，国内外还专门成立直接的联盟组织（IDTA/DTC等）来负责数字孪生的生态建设。

2020年11月26日，数字孪生体联盟发布了《数字孪生体概念和术语体系（征求意见稿）》，对数字孪生的概念和术语进行了统一。

2021年，ISO/IEC JTC 1/WG 11（智慧城市工作组）成立了城市数字孪生及操作系统专题研究组。该研究组专门研究讨论数字孪生技术在智慧城市中的应用场景、预研分析和技术方案并计划发布相关标准化成果物。后续，该组织将基于国内及国外专家在城市数字孪生参考架构、案例分析等方面的成果，推动开展相关国际标准研制工作。

2022年1月，由腾讯等公司联合参与制定的《城市数字孪生标准化白皮书（2022版）》发布，该《白皮书》梳理了城市数字孪生的标准体系总体框架和标准分体系描述，推进了城市数字孪生在城市规划、城市建设、城市治理、城市服务等维度，开展典型应用场景的标准研制。

随着数字孪生在各领域的实践应用以及应用范围的不断扩大，相信未来将会有越来越多的标准出台，为数字孪生落地提供更科学、更合理的指导。