數(shù)字孿生技術火了！智慧城市、智慧交通……騰訊用它做了這些事情

2022年北京冬季奧運會開幕式驚艷世界，黑科技加持實現(xiàn)了“人少而不空，空靈而浪漫”的現(xiàn)場效果。驚艷之間，人工智能、云計算、5G、數(shù)字孿生（Digital Twin）等科技成果巧妙運用，充斥虛擬元素的盛會悄然展現(xiàn)了一個“冬奧元宇宙”。

數(shù)字孿生技術實現(xiàn)了將虛擬與現(xiàn)實完美融合，從場館設計、訓練設施、賽事保障等各方面展示了對現(xiàn)實世界的巨大助力和魅力，解決了新冠疫情背景下許多迫在眉睫的難題，效率也為之提升。

其實，數(shù)字孿生技術的應用遠不止這些，涵蓋智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智能制造、智慧健康幾大領域，充當著現(xiàn)實世界與數(shù)字虛擬世界溝通的橋梁。

數(shù)字孿生成為智慧城市應用重要技術支撐

2009年，IBM提出“智慧星球”的概念，并在隨后參與建設了美國第一個智慧城市，涵蓋公共資源和服務數(shù)字化，利用網絡收集分析數(shù)據(jù)，了解資源使用情況，實現(xiàn)節(jié)能減排。

近年來，各國開始認識到利用實時數(shù)字數(shù)據(jù)來監(jiān)管現(xiàn)有公共服務的績效，改善城市規(guī)劃和優(yōu)化決策者制定決策的價值。

通過構建真實世界的數(shù)字副本，模擬城市活動中可能出現(xiàn)的潛在問題，從而及時調整策略，避免不必要的城市風險。

數(shù)字孿生城市則是數(shù)字孿生技術在城市層面的廣泛應用。數(shù)字孿生城市可以理解為實體城市在虛擬空間的映射狀態(tài)，能夠支撐城市規(guī)劃、建設、管理，確保城市安全、有序運行，其典型應用場景包括城市規(guī)劃、城市建設、城市管理等。

從城市規(guī)劃的角度來看，目前城市的現(xiàn)狀研究包含地上地下、室內室外、自然地形等，而傳統(tǒng)的測繪或研究結果數(shù)據(jù)通常分散于各個部門，難以對全要素進行實時展示與更新。

數(shù)字孿生通過對各類數(shù)據(jù)展開分類與整合，對城市進行虛擬規(guī)劃和場景仿真模擬，實時動態(tài)性監(jiān)管城市開發(fā)和城市生長更新的整體規(guī)劃實施情況，以實現(xiàn)城市空間現(xiàn)狀的可視化。

城市規(guī)劃部門可以基于數(shù)字孿生采集、分析的城市數(shù)據(jù)，科學提出市域城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展戰(zhàn)略，保證規(guī)劃建筑、綠地、公路、橋梁、公共設施等每一寸土地時實現(xiàn)綜合效益的最優(yōu)化。

在城市建設領域，“人員、安全、進度、協(xié)同、環(huán)境”等作為重要因素，很大程度上影響著城市建設實施方案、路線、周期等的最終決定。

數(shù)字孿生具有全生命周期、實時、雙向的特點，能夠幫助解決城市建設過程中存在的復雜性與不確定性問題。例如在對建設工地監(jiān)管時，數(shù)字孿生數(shù)據(jù)面板能夠實時監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)、項目工程信息、節(jié)點計劃、現(xiàn)場管理人員名單等，做到項目管理、人員管理、安全管理一張圖，對重大事件進行實時更新并及時觸達到相關部門或管理人員，保證施工人員安全實現(xiàn)人員高效管理調度，維護施工環(huán)境的綠色安全。

從城市管理的角度來看，建筑物或整個城市的數(shù)字孿生可有效地協(xié)助城市規(guī)劃以及實物資產的運營和維護。同時，數(shù)字孿生可用作有效的參與工具，促進社會各階層之間的討論等。它不僅能優(yōu)化政策制定和服務水平，還能為公共機構展示更具響應性和彈性治理的機會，提升對社區(qū)和公眾的影響力和價值。未來，隨著越來越多傳感器的加入，基于數(shù)字孿生的城市管控平臺能夠真正支持智慧城市的實施。

騰訊打造的深圳南山區(qū)數(shù)字孿生環(huán)境

以騰訊城市數(shù)字孿生技術創(chuàng)造的深圳市南山區(qū)為例，我們可以清晰地看到區(qū)域內的建筑物、街道、公園等所有元素，以及實時的路面交通狀況、建筑物內的狀況。操作人員可以站在上帝視角，自由地切換觀看角度、區(qū)域，進行放大、縮小、拉近等查看。

從具體作用來看，城市數(shù)字孿生通過對城市虛擬規(guī)劃和場景仿真模擬，可以讓決策者更直觀地看到整個城市的面貌，保證規(guī)劃建筑、綠地、公路、橋梁、公共設施等每一寸土地的綜合效益最優(yōu)化。

在城市建設過程中，城市數(shù)字孿生將“人員、安全、進度、協(xié)同、環(huán)境”等因素當做重點對象，將其數(shù)字化，構建數(shù)字孿生信息化應用系統(tǒng)，應對工程的復雜性和不確定性。

如此一來，項目施工信息、工程進度、重大事件都能夠在系統(tǒng)中得到實時更新，系統(tǒng)還能連接建設方、施工方等多方人員，將工程建設情況進行實時觸達。

數(shù)字孿生仿真技術助力智慧交通

從馬車到蒸汽機車，從汽車到飛機，都是為了使出行更高效便捷。互聯(lián)網、移動通信等技術進步不僅使人們溝通更方便快捷，也提升了出行效率。伴隨智能交通和智能網聯(lián)汽車上升到國家戰(zhàn)略高度，作為經濟發(fā)展和民生服務的重要基礎，交通發(fā)展已成為新基建的主力軍。當下人們的憧憬之一就是用自動駕駛解放駕駛者，要實現(xiàn)這一美好愿景，沒有先進技術的加持萬萬不能。

自動駕駛之所以落地難，一個很重要的原因就是對安全的考量。從外媒報道的新聞來看，每年都會發(fā)生多起因自動駕駛失控而導致的悲劇。為了解決這個問題，自動駕駛技術必須要進行大量反復的路測。

路測要采集大量天氣、路況、城市數(shù)據(jù)，還要進行標注，成本非常高。這方面全球每年投入超過10億美元。在自動駕駛軟件OTA方面，想達到量產應用條件，每一版算法至少要經過110億英里測試，任何一家公司都難以承受。

模擬仿真技術是汽車智能化技術研發(fā)的重要支撐，在汽車研發(fā)、車輛測評、系統(tǒng)認證、自動駕駛研發(fā)驗證等方面具有不可替代的作用。為突破自動駕駛算法驗證在測試里程方面的限制，國內外各大互聯(lián)網巨頭紛紛構建自動駕駛仿真測試平臺，探索建設自動駕駛測試評價標準體系。

以騰訊自動駕駛數(shù)字孿生仿真測試平臺TAD Sim為例，該平臺能夠利用整合AI、大數(shù)據(jù)、云計算、深度學習、多源信息融合感知與定位、高精度地圖生產與運用等技術，為自動駕駛等方面的研發(fā)和測試提供支持。

目前TAD Sim 2.0場景庫中有超過1000種場景類型，還可以通過泛化生成萬倍以上規(guī)模化豐富場景。近兩年騰訊智慧交通聯(lián)合參與的深圳智能網聯(lián)交通測試示范區(qū)、襄陽達安數(shù)字孿生自動駕駛測試評價體系建設項目等都已展開落地建設。

在提高交通資源配置效率和安全運轉方面，數(shù)字孿生技術可實現(xiàn)道路基礎設施生命周期的動態(tài)監(jiān)測，通過數(shù)字大屏方式展現(xiàn)現(xiàn)階段交通狀況，同時通過數(shù)據(jù)全域標識、狀態(tài)精準感知、數(shù)據(jù)實時分析、模型科學決策、智能精準執(zhí)行，實現(xiàn)交通的模擬、監(jiān)控、診斷、預測和控制，解決交通規(guī)劃、設計、建設、管理、服務中的復雜性和不確定性問題，為道路通行診斷和交通管理決策提供精確依據(jù)。

電力、環(huán)保、醫(yī)療都將受益

當前，數(shù)字孿生技術也已廣泛用于電力、環(huán)保、醫(yī)療等各個細分領域，呈現(xiàn)出方興未艾之勢。在推進數(shù)字電網發(fā)展進程中，作為實現(xiàn)數(shù)字電網比特和瓦特深度融合，實現(xiàn)清潔低碳、安全高效電力系統(tǒng)，支撐數(shù)字經濟快速發(fā)展的重要實現(xiàn)手段，數(shù)字孿生正在不斷加持。

例如，智慧變電站數(shù)字孿生系統(tǒng)采用先進傳感技術對變電站環(huán)境量、物理量、狀態(tài)量、電氣量進行全面采集；充分利用現(xiàn)代信息技術實現(xiàn)本質安全、先進實用、面向一線、運檢高效,建設狀態(tài)的全面感知、信息互聯(lián)共享、人機友好交互、設備診斷高度智能、運檢效率大幅提升的智慧變電站。

在環(huán)保行業(yè)，采用數(shù)字孿生技術的智慧環(huán)保可視化決策系統(tǒng)支持整合環(huán)保各部門現(xiàn)有信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源，覆蓋環(huán)保綜合態(tài)勢監(jiān)測、大氣環(huán)境監(jiān)測、水環(huán)境監(jiān)測、聲環(huán)境監(jiān)測等多項業(yè)務。憑借先進的人機交互方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)監(jiān)測等多種功能，可廣泛應用于態(tài)勢監(jiān)測、應急指揮、分析研判、展示匯報等場景。

在危廢處理方面，數(shù)字孿生技術的四個應用場景分別是輸入、響應、優(yōu)化和調控。輸入是指物理世界到虛擬世界的數(shù)字映射，通過大數(shù)據(jù)實現(xiàn)物理環(huán)境的實時響應，然后根據(jù)算法模型生成優(yōu)化建議，通過調控來控制實際的物理環(huán)境。

數(shù)字孿生在醫(yī)療健康行業(yè)也有一些典型應用。過去，醫(yī)療健康行業(yè)無論是藥物研發(fā)，還是為患者制定治療或手術方案，都需要經過多層驗證和測試，這些測試和驗證過程往往耗時長且成本高昂。利用數(shù)字孿生技術就可以依托數(shù)字病歷、疾病登記庫、可穿戴傳感器等獲取數(shù)據(jù)信息，進而構建虛擬患者、虛擬解剖環(huán)境及醫(yī)院環(huán)境，搭建一個基于真實數(shù)據(jù)的虛擬模型，然后獲取該模型對藥物以及治療方案的反饋。

數(shù)字孿生技術還可以讓醫(yī)療健康行業(yè)的工作變得更加高效，更具科學性、預測性和前瞻性。例如，藥物臨床試驗成本高、耗時長、效率低，還伴隨較高的失敗風險，符合標準并自愿參加實驗的患者少之又少，使藥物臨床試驗工作面臨巨大挑戰(zhàn)。利用數(shù)字孿生技術，借助現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)建立試驗組和對照組的數(shù)字孿生體來替代部分人類志愿者，可有效緩解招募志愿者的壓力。

冬奧的到來，讓我們看到數(shù)字孿生不再只是一種技術，而是一種發(fā)展新模式、一個轉型新路徑、一股推動各行業(yè)深刻變革的新動力。

從市場前景看，數(shù)字孿生是熱度最高的數(shù)字化技術之一，發(fā)展空間巨大。而隨著新一代信息技術與實體經濟深度融合的加快和企業(yè)數(shù)字化轉型需求的提升，以及政策的持續(xù)加持，數(shù)字孿生將與制造技術、物聯(lián)網等先進技術相結合，為工業(yè)制造、未來生活帶來無限可能。

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