【中国移动研究院】数字孪生技术应用白皮书 | 元宇宙Meta洞见

作为发展数字经济的重要使能技术，数字孪生近年来备受业界关注，技术体系不断发展，核心技术快速演进，产业生态持续完备，行业应用走深向实，成为促进工业、城市、交通、网络等垂直行业实现数智化转型的重要抓手。

数字孪生是一种数字化理念和技术手段，它以数据与模型的集成融合为基础与核心，基于数据整合与分析预测来模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程，最终形成智能决策的优化闭环。

从政策层面来看，数字孪生成为各国推进经济社会数字化进程的重要抓手。从行业应用层面来看，数字孪生成为垂直行业数字化转型的重要使能技术。从市场前景层面来看，数字孪生是热度最高的数字化技术之一，存在巨大的发展空间。

数字孪生技术通过构建物理对象的数字化镜像，描述物理对象在现实世界中的变化，模拟物理对象在现实环境中行为和影响，以实现状态监测、故障诊断、趋势预测和综合优化。

感知是数字孪生体系架构中的底层基础，在一个完备的数字孪生系统中，对运行环境和数字孪生组成部件自身状态数据的获取，是实现物理对象与其数字孪生系统间全要素、全业务、全流程精准映射与实时交互的重要一环。

网络是数字孪生体系架构的基础设施，在数字孪生系统中，网络可以对物理运行环境和数字孪生组成部件自身信息交互进行实时传输，是实现物理对象与其数字孪生系统间实时交互、相互影响的前提。

数字孪生的建模是将物理世界的对象数字化和模型化的过程。通过建模将物理对象表达为计算机和网络所能识别的数字模型，对物理世界或问题的理解进行简化和模型化。

数字孪生体系中的仿真作为一种在线数字仿真技术，将包含了确定性规律和完整机理的模型转化成软件的方式来模拟物理世界。

1）基础设施：汇聚城市多维时空数据，包含政府热线、网格巡查、设备感知、专业数据及外部数据。 

2）数据资源：对原始数据如矢量数据、栅格数据、BIM模型数据、点云数据、人工建模数据等静态数据，IoT感知数据、业务运行数据、仿真算法数据等动态数据。

3）通用能力：又称平台支撑层，借助微服务组建及平台开发工具，构建UBD数字孪生底座、可视化平台、场景编辑平台、业务仿真平台及业务开发平台，用户还可使用工具集自定义数字孪生体。

4）行业应用：为数字孪生平台应用提供赋能，一方面为数字孪生行业应用业务系统提供功能扩展接口，行业应用。 

5）互动：通过运营大屏、会商中屏、巡检小屏完成对数字孪生平台的可视化呈现。

（1）多源数据融合技术：以海量异构多维时空数据为数据源，对时空大数据进行自动识别、数据挖掘及三维重建，能够为数据赋予空间特性及用途，构建涵盖地上地下、室内室外、二三维一体化的全息、高清的数字空间。

（2）多尺度建模技术：以应用场景为导向，基于不同精度标准还原较大规模城市及区域场景，能够实现大规模环境下的多尺度建模。

（3）三维可视化技术：三维场景高效可视化技术是基于游戏引擎、3DGIS技术、混合现实技术，多层次实时渲染复杂三维场景，从宏观的城市场景到精细局部的微观细节，实现对空间地理数据的可视化表达，对物理场景进行1:1还原。

城市综合治理：数字孪生城市通过对各类城市基础设施、电力系统、生态环境等元素的模拟， 建立起物理世界和数字世界的映射和交互平台，打破传统智慧城市建设领域中条块化的建设和管理模式，为城市综合治理提供城市运行全貌的实时监测。

城市规划建设：城市信息模型通过对城市物理空间中的地形、建筑、基础设施等对象进行数 字化表达，并以三维空间模型为载体关联城市中各类社会经济和物联感知设备的 监测数据，以此为基础为城市规划和建设提供有机综合平台，实现城市规划建设 工作的“数据化、信息化、流程化”。

城市交通管理：基于数字孪生城市的数字空间，结合大数据采集的交通信息和高精度地图，对城市交通进行模型建设和仿真模拟，对城市路网提出分析评价和优化，从而解决城市道路的通行问题。

·实现生产流程可视化提高生产管控

·建设企业数字业务化降本增效

·打造高度协同生产制造价值链释放价值

·构筑数字孪生运营模式赋能转型升级

·多源异构数据集成技术

·多模型构建及互操作技术

·多动态高实时交互技术

设备实时监控和故障诊断：在工业设备生产过程中，实现状态感知和实时状态监控，监控设备数据涵盖但不并限于：设备生产运行信息、设备监控信息、设备维护信息以及管理信息。

设备工艺培训：提供可视化的工业设备3D智能培训和维修知识库，以3D动画的形式，对员工进行生产设备原理、生产工艺等培训，缩短人才培养时间。

设备全生命周期管理：基于工业设备运行管理、维护作业管理和设备零配件全生命周期管理，通过对设备的集中监视，汇总生产过程中的设备实时状况，形成设备运行和管理情况统计。

设备远程运维数：运用数字孪生技术，探索基于工业设备现场复杂环境下的预测性维护与远程运维管理，进行数据挖掘和智能分析，主动给企业提供精准、高效的设备管理和远程运维服务，缩短维护响应时间，提升运维管理效率。

无线通信基于其构建成本廉价、建设工程周期短、适应性和扩展性好、设备易维护、等特性，为用户在日常生活中使用带来了广泛的便利性。

智慧园区作为智慧城市发展的助推器，近些年各市政部门也在大力推动其合理化的建设进程，园区的总体建设目标主要围绕“安全”、“环保”、“安防”、“能源”、“应急”、“办公”等需求最终实现统一的智慧化管理。

我们也注意到，数字孪生作为一项新兴技术理念，尚处于发展初期，仍存在许多短板问题亟待破解。整体上来看，为进一步促进数字孪生技术融合发展，形成产业合力，推广技术应用，打造赋能千行百业的通用技术底座，业界需要从顶层设计、技术攻关、生态构建和标准化四个层面重点突破。