數(shù)字孿生（Digital Twins）之火熱，已經(jīng)成為了一個不爭的事實。數(shù)字孿生的概念，起源于制造業(yè)，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用到了智慧城市、智慧交通、智慧農(nóng)業(yè)、智慧醫(yī)療、智能家居等行業(yè)。簡而言之，數(shù)字孿生無處不在，數(shù)字孿生技術(shù)將是未來十年最有潛力的戰(zhàn)略科技趨勢。
數(shù)字孿生是數(shù)字經(jīng)濟新藍(lán)圖，與大數(shù)據(jù)、人工智能、5G并列，是“十四五”、“新基建”重要組成部分，已列入國家戰(zhàn)略。數(shù)字孿生將成為各行各業(yè)的新型基礎(chǔ)設(shè)施之一，而數(shù)字孿生應(yīng)用場景僅被開發(fā)不到1%，數(shù)字孿生將從新興市場走向主流市場。
數(shù)字孿生發(fā)展背景
具有理論色彩的數(shù)字孿生，2002年密歇根大學(xué)的Michael Grieves首次提出了PLM（信息鏡像模型）概念，模型中出現(xiàn)了現(xiàn)實空間，虛擬空間，從現(xiàn)實空間到虛擬空間的數(shù)據(jù)流，從虛擬空間到現(xiàn)實空間的信息流，以及虛擬子空間的表述。Michael Grieves在數(shù)字孿生方面的理論方面的工作，對數(shù)字孿生的普及應(yīng)用，起到了至關(guān)重要的作用。
具有工程應(yīng)用的數(shù)字孿生，NASA（美國宇航局）在“阿波羅計劃”中認(rèn)識到了建設(shè)物理孿生的重要性。在2010年提出了數(shù)字孿生（Digital Twins）的概念。2012年NASA給出了數(shù)字孿生的概念描述：數(shù)字孿生是指充分利用物理模型、傳感器、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多尺度的仿真過程，它作為虛擬空間中對實體產(chǎn)品的鏡像，反映了相對應(yīng)物理實體產(chǎn)品的全生命周期過程。
數(shù)字孿生行業(yè)應(yīng)用
得益于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字孿生的實施已逐漸成為可能?，F(xiàn)階段，除了航空航天領(lǐng)域，數(shù)字孿生還被應(yīng)用于城市治理、交通、制造、能源、農(nóng)業(yè)、制造、金融、醫(yī)療、環(huán)境等行業(yè)。特別是在智能制造領(lǐng)域，數(shù)字孿生被認(rèn)為是一種實現(xiàn)制造信息世界與物理世界交互融合的有效手段。許多著名企業(yè)與組織對數(shù)字孿生給予了高度重視，并且開始探索基于數(shù)字孿生的智能生產(chǎn)新模式。例如數(shù)字孿生在城市治理領(lǐng)域機會廣闊：
1、智能市政
在過去的城市化建設(shè)過程中，由于市政規(guī)劃不合理造成堵城、睡城等現(xiàn)象嚴(yán)重，土地資源經(jīng)濟能效低。為解決以上問題，在數(shù)字孿生城市的建設(shè)過程中，需要基于城市數(shù)字孿生體，依靠大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)，通過挖掘城市不同樣本特征，對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從點規(guī)劃、線規(guī)劃到面規(guī)劃，為城市管理者提供智能市政管理解決方案。
2、智能城行
基于數(shù)字孿生體與GPS衛(wèi)星定位、智能傳感、智能攝像等技術(shù)，可突破傳統(tǒng)模式，實現(xiàn)城市地上地下空間的運行異常狀態(tài)智能監(jiān)控，指導(dǎo)數(shù)字孿生城市的建設(shè)、評估和運行管理。如通過城市信息模型建立起三維城市空間模型，實現(xiàn)城市規(guī)劃、建設(shè)、運行管理的全面立體可視化管理，支持城市模擬仿真、分析驗證等，實現(xiàn)城市運行智能化監(jiān)管。
3、智慧交通
基于城市交通數(shù)字孿生體可對車流量數(shù)據(jù)和道路設(shè)施實時傳遞數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)判，同時可對交通信號燈進(jìn)行實時優(yōu)化控制?；诔鞘薪煌v史數(shù)據(jù)，可預(yù)判某個區(qū)域未來10分鐘至一小時的交通態(tài)勢，幫助交通管理部門在交通堵點出現(xiàn)前制定應(yīng)急預(yù)案、提前實施交通疏導(dǎo)措施。如根據(jù)賽事演出活動、天氣數(shù)據(jù)預(yù)判特定時間段的交通狀況。
4、智能環(huán)保
造成環(huán)境污染是由多方面因素引起的，比如大氣、土壤、水質(zhì)、噪聲、固廢等，隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)的快速發(fā)展，城市管理者可基于數(shù)字孿生城市中的海量環(huán)境數(shù)據(jù)來進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)測演進(jìn)態(tài)勢，最終得以用更加精細(xì)和動態(tài)的方式實現(xiàn)城市環(huán)保治理和決策，如通過打通環(huán)保局、氣象局、交管局等各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并利用城市大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)對環(huán)保數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，輔助管理部門進(jìn)行事前規(guī)劃、實時監(jiān)測、未來預(yù)測和歷史溯源，及時鎖定污染源頭，快速進(jìn)行城市環(huán)保問題的精準(zhǔn)治理。
5、智能安防
基于城市智能化基礎(chǔ)設(shè)施視頻監(jiān)控探頭，結(jié)合視頻圖像的智能識別分析功能,可實現(xiàn)對各類警情、災(zāi)情、生態(tài)破壞、道路違章、環(huán)境衛(wèi)生等的可視化展示，從而實現(xiàn)城市安全防范預(yù)警、提示、資源優(yōu)化管理等。如某地發(fā)生打架斗毆、盜竊事件、疑犯追蹤、被拐或走失人員等事件，視頻監(jiān)控可以自動識別，在安防管理系統(tǒng)上顯示并進(jìn)行精準(zhǔn)分析、整體研判和協(xié)同指揮，同時調(diào)動附近警力進(jìn)行處置，實現(xiàn)對警力的優(yōu)化配置。
6、智慧醫(yī)療
智慧醫(yī)療保健是數(shù)字孿生城市智能化應(yīng)用的重要組成部分。通過移動監(jiān)測、移動診室、無線遠(yuǎn)程會診、智慧處方、醫(yī)療信息云存儲等智能技術(shù)手段，可提升城市診療覆蓋面與效率，促進(jìn)城市醫(yī)療資源的合理化分配。進(jìn)一步利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建“電子醫(yī)療”服務(wù)體系，實現(xiàn)醫(yī)療監(jiān)護設(shè)備的小型化、無線化、發(fā)展智慧家庭健康保健、智能健康監(jiān)護，可大幅降低城市公眾醫(yī)療負(fù)擔(dān)，緩解城市醫(yī)療資源緊缺的壓力。
7、智能服務(wù)
基于數(shù)字孿生城市下萬物互聯(lián)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，建立跨部門跨地區(qū)業(yè)務(wù)協(xié)同、共建共享的信息服務(wù)體系，創(chuàng)新發(fā)展教育、就業(yè)、社保、養(yǎng)老、醫(yī)療以及文化的服務(wù)模式，通過聚合社保、交通、醫(yī)療等應(yīng)用，使市民足不出戶即可享受方便快捷、優(yōu)質(zhì)高效的生活服務(wù)。
8、智慧社區(qū)
基于數(shù)字孿生城市建設(shè)，智慧社區(qū)為城市社區(qū)居民建立一個安全、便利的數(shù)字生活社區(qū)，從而形成一種以數(shù)字化、智能化為基礎(chǔ)的新社區(qū)管理模式。集成利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能化統(tǒng)計和計算建筑內(nèi)空調(diào)、電燈、電視等各項能耗數(shù)據(jù)，根據(jù)居民生活習(xí)慣進(jìn)行預(yù)測和動態(tài)調(diào)控。還可以通過遠(yuǎn)程反應(yīng)監(jiān)測老年人用電用氣安全，如老人在做飯時忘關(guān)閉天然氣，發(fā)現(xiàn)不符合以往習(xí)慣的異常情況，則系統(tǒng)可以及時發(fā)出警報，減少事故發(fā)生，保證老年人的居住安全。
9、智慧景區(qū)
基于景區(qū)數(shù)字孿生體對景區(qū)地理、自然資源、旅游者行為、景區(qū)工作人員、景區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)設(shè)施進(jìn)行全面、透徹、及時的感知，對游客、景區(qū)工作人員行動實現(xiàn)可視化管理，優(yōu)化再造景區(qū)業(yè)務(wù)流程和數(shù)字化智能運營管理,提高服務(wù)質(zhì)量，實現(xiàn)景區(qū)環(huán)境、社會和經(jīng)濟的全面、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。對于景區(qū)管理機構(gòu)和商業(yè)機構(gòu)來說，可基于景區(qū)數(shù)字孿生體，對旅游淡旺季的游客數(shù)據(jù)、意外和應(yīng)急處理事件、景區(qū)設(shè)施利用率和故障率、景區(qū)商業(yè)銷售數(shù)據(jù)等進(jìn)行模擬仿真分析，并進(jìn)行未來預(yù)測，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化調(diào)整。
