全面解读数字孪生的技术与应用

数字孪生技术包含数字支撑技术、孪生构建技术与人机交互技术三大类，三大技术的演进与发展，共同提升数字孪生的交互性、灵活性、精确性和实时性。数字支撑技术是数字孪生产业的底层基础，可以分为数字线程、人工智能融合与实时网络通信技术，而孪生构建技术是数字孪生产业的核心技术层，是实现映射对象模拟仿真的核心驱动力，其中包括轻量化建模及仿真、几何建模及展示和模型渲染与AI分析。

在顶层应用上，目前数字孪生的主要下游应用场景分别为城市领域、工业领域和交运领域：数字孪生技术的通过数字支撑技术与孪生构建技术的结合为三大下游细分领域实现人机交互的目的。而数字支撑技术可分为三大类，其中数字线城技术能够深度集成不同类型数据、模型格式，从而支撑全类数据和模型快速流转，将整个产品的生命周期的数据集成与一种数据架构。孪生构建技术将决定了数字孪生体在虚拟空间的几何准确性，从而影响数字孪生对实体模拟运行的精确度，其中几何建模是建模、仿真、渲染等处理过程的基础操作对象，并将决定数字孪生体在虚拟空间的几何准确性。

数字孪生的本质是技术集成，实现数字孪生需要依赖诸多基础数字技术的融合创新，包括物联网传感器、物联网测绘应用、人工智能、视觉算法与5G通信技术的融合创新，基础数字技术的蓬勃发展是数字孪生实现多场景应用的坚实基础，并成为融会贯通式的数字化基础设施：数字孪生基础层技术构成可分为四大体系，分别包括感知与标识技术、网络和通信技术、计算与服务技术及管理与支撑技术。其中，感知和标识技术是数字孪生技术的基础，负责采集物理数据，实现外部世界信息的感知和识别，包括多种发展成熟度差异性很大的技术，如传感器、RFID、二维码等；而网络通信技术是数字孪生信息传递与服务支撑的基础设施；管理与支撑技术保证物联网实现“运行-管理-控制”的关键，包括测量分析、网络管理和安全保障等。

数字孪生的应用模式可以分为提升孪生精度、延长孪生时间、拓展孪生空间三大类，其中数字孪生技术的应用的主流为提升孪生精度。根据工业互联网产业平台的数据显示，其应用占比高达87%，而延长孪生时间与拓展孪生空间的应用占比目前规模较小，从侧面说明，数字孪生应用尚处于初级阶段，更多为“点状场景”能力提 升的应用，而在全生命周期与复杂系统应用等方面略显不足：提升孪生精度的应用中，依次涵盖了“简单描述 级”、“通用诊断级”、“自主决策级”，其中数字孪生的应用主要停留在“简单描述”和“通用诊断”阶段，两者的应用占比之和为71%，而智能决策类的应用则相对较少，自主控制类的应用占比最低。而在延长孪生时间中，制造一体化与全生命周期优化应用占比仅为10%，在拓展孪生空间应用，主要应用于孪生对象的系统应用。