『数字孪生』全面解析:从概念到应用,洞悉未来发展趋势

科技   2024-11-05 10:29   上海  


近年来,数字孪生技术备受关注,国家部门政策支持,企业争相布局。华讯网络专注数字孪生多年,已打造完备的数字孪生产品矩阵——物联网平台、数据引擎、孪生引擎、GIS引擎、云渲染等,已在水利、交通、煤矿、民航、食品制造等行业取得丰富成功案例,能够帮助客户有效解决数字化转型难题。




什么是数字孪生?



数字孪生是一种通过双向映射和实时连接,模拟物理实体全生命周期的技术。它具备互操作性、可扩展性、实时性、保真性和闭环性等特点,能够实现物理与虚拟间的动态交互、多尺度模型扩展、实时状态映射、高度仿真以及智能决策功能。


数字孪生在企业数字化领域有巨大的应用前景,可以将企业多个数字平台进行有机融合,形成一体化的数字底座,有效的满足了企业数字化需求,被无数企业视若珍宝。





数字孪生的发展




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政策扶持,加快数字孪生落地

伴随着全球主要经济体加快数字孪生技术应用的系统性落地,国内的数字孪生技术向城市各行业应用渗透。发改委、工信部、自然资源部、住建部、水利部、交通部、农业农村部、能源局等部门纷纷出台政策,大力推动数字孪生技术落地。


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行业实践,孪生应用逐渐深化

经过近年来各地数字孪生应用的探索实践,业界对数字孪生的价值认知发生重大转变,从注重对实景的三维建模、实时呈现,到推进实体建模、业务建模的一体化数据底座。数字应用已从“可视”走向“可算”、“可用”、“可控”,并且处于持续深化中。通过数字孪生应用实践,行业将数字孪生应用成熟度分为5个等级:


数字孪生应用成熟度等级



1.  外观孪生:具备静态三维可视能力。案例:数字沙盘、元宇宙会议。

2.  机理孪生:具备数据融合能力,将业务数据汇聚融合,统一呈现到数字底座中。案例:能源/交通/园区IOC驾驶舱;

3.  孪生互动:具备数据驱动能力,现实世界的动态对象在数字世界同步变化。案例:智慧交通、智慧水利、智慧城市;

4.  模拟仿真:具备模拟仿真能力,时态模拟提前感知,为现实世界提供优化建议。案例:水淹模拟、碰撞模拟、飞行模拟、应急疏散模拟;

5.  虚实共生:具备智能决策和干预能力,基于仿真环境与海量案例库,训练AI智能决策。案例:自动驾驶、应急预案优化、人员疏散的改进等。


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技术变革,激发数字孪生新活力

基于生成式AI的实时建模,提高模型构建效率

随着大模型技术的成熟,建模的效率得到了极大的提高。英伟达推出的LATTE3D工具能够在一秒内将文本提示转化为3D模型。VAST团队推出的TripoSR模型,在0.5秒的时间内实现单张图片生成高质量的3D模型。基于AI的实时建模技术可快速生成三维场景,让实时反应物理世界的变化成为可能。

基于AI大模型,驱动智慧决策

AI大模型凭借其大规模的数据样本训练和强大的泛化能力,能够从海量数据中提取深层模式、挖掘潜在规律、预测发展趋势,为城市规划、资源配置、应急响应等复杂场景提供精准、高效的决策辅助。比如:利用天气传感器数据,AI能够准确预测未来一段时间的天气变化;利用物联网数据,AI能够预测设备故障,做出预测性维护,减少设备停机时间。

组件化轻量化集成平台,能够加速数字孪生的应用和部署

组件化平台允许用户以低代码的形式,将不同的功能模块进行快速组合,将企业多个基础平台的能力进行集成,加速数字孪生应用和部署。

XR互动技术,重塑用户体验和未来的交互界面

XR技术包括虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR),是数字空间与现实空间的交互技术,可融入数字李生技术体系中,为用户打造沉浸式、强交互、与现实无缝融合的数字世界,丰富数字李生应用场景,开启全新的用户体验。苹果、Meta、微软、谷歌等科技巨头纷纷布局XR产业,将为完整的软硬件生态打好基础。




数字孪生的应用场景





场景可视化

场景可视化通常是高级应用的基础,可帮助用户建立整体视角,快速熟悉业务环境并了解对象结构、目前情况等,比如园区可视化、工厂可视化、产线可视化、收费站可视化等。


数据可视化分析

在场景可视化基础上,接入物理世界的真实数据,进行数据可视化分析。利用这些功能用户可快速发现问题、制定策略,最小化损失。




孪生控制

在此场景下,物理对象和虚拟对象能够实现状态和行为实时同步。能够以低成本的方式来控制、运维难以接近或是危险的大型设备,效率更高更安全。


仿真推演

根据物理规则和分析算法来仿真模拟事物的演变,推算其在接下来某一段时间内的动态变化情况。可应用于水域洪水预演、园区火灾模拟等,可以帮助提前预判危险、辅助应急指挥,为决策提供建议。比如洪水预演的案例:




VR/AR应用

数字孪生技术可以给用户带来逼真的虚拟业务场景和真实的业务数据,而VR/AR技术为用户进入这些虚拟场景提供了入口,让用户以一种新的方式来设计、管理、运维业务。




华讯优势




经过大量的实践,华讯网络具有数字孪生产品的关键能力:设备连接、数据管理、可视化分析、场景搭建、场景渲染、信创适配。

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设备连接能力

华讯网络拥有自研的物联网平台,融合硬件接入、统筹管理和数据共享能力,构建硬件设备与业务系统的桥梁,通过对不同IOT 设备的统一接入和管理,实现快速的设备数据获取和控制指令下发。通过全面感知、实时交换和快速数据处理,实现智能操控和运营优化,助力各行业数字化转型。


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数据管理能力

华讯网络拥有自研的数据引擎,通过对企业内多源异构的数据进行采集汇聚、清洗处理、数据治理、安全管控、数据共享、可视化分析与挖掘,盘活企业数据资产,释放数据价值。并且拥有数据资产管理平台,可统一管理三维模型数据、BIM数据、GIS空间数据、图片数据、视频数据、属性数据等。


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可视化分析能力

华讯网络拥有自研数字孪生引擎,集成了GIS空间分析组件、仿真推演模型、动态天气系统、动态热力图、各种模型动画、各种场景特效、图层管理等能力,能够实时的反映物理世界对象和场景的真实变化。


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场景搭建能力

华讯网络拥有自研的模型加工厂,支持对模型上传、格式转化、轻量化、模型组装等操作,并且支持对建筑群、地形、煤层、巷道等需耗费大量建模资源的元素进行自动化建模。拥有自研的场景编辑器,支持零代码设置场景底板、主题、模型、特效、光源、标注等内容,极大提高场景搭建效率。


5

场景渲染能力

华讯网络拥有自研的云渲染服务,使用点对点串流技术在云端渲染3D场景,打破设备限制,带来极致体验。并且具备:使用简单、应用秒开、跨平台兼容、高分辨率高帧率画面渲染的特点。


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信创适配

华讯网络已根据信创要求,适配了多款国产化的芯片、显卡、中间件、操作系统、数据库,能够确保技术的自主可控。




数字孪生成功案例




华讯网络在数字孪生领域已深耕多年,沉淀了多个标准化产品,在水利、交通、煤矿等行业都有成功案例,可以根据客户需求制定解决方案。

智慧水利

预测未来变化、为工程运行提供预警、预演模拟不同工况、为潜在问题制定应急预案

智慧交通

应急响应更及时、降低运营成本、促进运营变革

智慧煤矿

减少隐蔽灾害损失、提供决策依据、指导安全生产

智慧园区

运行态势可视化提升应急响应效率、决策管理科学化降低决策损失、运维管理集中化降低运维成本

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华讯数字孪生产品详情

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