文章來(lái)源：數(shù)字孿生城市白皮書(shū)(2022年)

關(guān)鍵詞：【數(shù)字孿生】【數(shù)字孿生系統(tǒng)】【數(shù)字孿生發(fā)展】【數(shù)字孿生城市】

數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展歷程是新一代信息技術(shù)不斷集成融合的過(guò)程。回顧數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展歷程，大致可以分四個(gè)階段，數(shù)字孿生萌芽期，以模型仿真驅(qū)動(dòng)為特征；數(shù)字孿生概念期，以模型與感知控制驅(qū)動(dòng)為特征；數(shù)字孿生推廣期，以模型、感知、空間位置等多技術(shù)融合驅(qū)動(dòng)為特征；數(shù)字孿生壯大期，以模型、位置、感知、交互、AI等技術(shù)全面融合驅(qū)動(dòng)為特征。可以看出，每個(gè)階段均呈現(xiàn)出，更多技術(shù)的一次集成與融合，并形成一種綜合性更強(qiáng)的技術(shù)。

數(shù)字孿生技術(shù)集成發(fā)展歷程

01  數(shù)字孿生萌芽期  以模型仿真驅(qū)動(dòng)為特征

20世紀(jì)80年代以來(lái)，CAD、CAE、CAM等計(jì)算機(jī)建模、模擬仿真技術(shù)迅猛發(fā)展，并在制造業(yè)領(lǐng)域開(kāi)始廣泛應(yīng)用，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展到工程設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)等，通過(guò)建模軟件來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品外觀、仿真軟件來(lái)模擬產(chǎn)品性能，成為該時(shí)期發(fā)展的主要目的及形態(tài)。

02  數(shù)字孿生概念期  以模型與感知控制驅(qū)動(dòng)為特征

2002年邁克爾·格里夫教授首次提出“鏡像空間模型”，成為數(shù)字孿生概念的起源，并將該理念應(yīng)用于產(chǎn)品全生命周期管理之中。與此同時(shí)，21世紀(jì)初“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)快速推廣應(yīng)用，通過(guò)感知通信獲取產(chǎn)品實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)成為可能。2010年NASA將數(shù)字孿生應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域，隨后通用電氣、達(dá)索、西門(mén)子等制造業(yè)龍頭企業(yè)廣泛開(kāi)展數(shù)字孿生應(yīng)用，推動(dòng)了物聯(lián)感知技術(shù)與建模仿真技術(shù)的集成融合。

03  數(shù)字孿生推廣期  以模型、感知、空間位置等多技術(shù)  融合驅(qū)動(dòng)為特征

隨著物聯(lián)網(wǎng)、BIM技術(shù)的成熟普及，二維GIS技術(shù)走向三維化實(shí)體化語(yǔ)義化，數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用逐漸從封閉空間小微場(chǎng)景，向開(kāi)放空間大中型場(chǎng)景轉(zhuǎn)變，從數(shù)字孿生零件、產(chǎn)品、車(chē)間，走向數(shù)字孿生樓宇、園區(qū)、城市等大尺度范圍。2015年新加坡提出“虛擬新加坡”建設(shè)計(jì)劃，2017年雄安新區(qū)提出“數(shù)字孿生城市”建設(shè)理念并落地實(shí)施，數(shù)字孿生技術(shù)開(kāi)始著力解決城市規(guī)劃、能耗管理、廢物處理、交通規(guī)劃等社會(huì)運(yùn)行發(fā)展問(wèn)題。

04  數(shù)字孿生壯大期  以模型、感知、位置、交互、AI等技術(shù) 全面融合為特征

隨著大數(shù)據(jù)、AI、區(qū)塊鏈等技術(shù)進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用，行業(yè)知識(shí)圖譜、行業(yè)算法與空間分析計(jì)算開(kāi)始融合，VR/AR等交互技術(shù)興起，UE、Unity等高逼真可視化渲染引擎廣泛應(yīng)用，GIS、IOT、BIM、AI、VR/AR等企業(yè)紛紛開(kāi)展合作，并參與到城市大腦、數(shù)字孿生城市、數(shù)字孿生流域建設(shè)中來(lái)，構(gòu)建全時(shí)空、全要素、全能力的數(shù)字孿生空間成為可能。近兩年元宇宙概念興起、AR/VR發(fā)展提速，加速推動(dòng)數(shù)字空間與現(xiàn)實(shí)空間深度融合，數(shù)字空間賦能現(xiàn)實(shí)空間運(yùn)行，數(shù)字孿生進(jìn)入大集成大融合新階段。

05 數(shù)字孿生城市技術(shù)集成性高 核心板塊日漸清晰

隨著近年來(lái)數(shù)字孿生技術(shù)在城市各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，建模仿真、物聯(lián)感知、地理信息、大數(shù)據(jù)與人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等各領(lǐng)域頭部企業(yè)紛紛開(kāi)展技術(shù)合作和集成創(chuàng)新，加速進(jìn)入數(shù)字孿生城市建設(shè)新賽道，數(shù)字孿生城市的技術(shù)體系總體構(gòu)成逐漸清晰，其核心技術(shù)至少包含六大板塊。

數(shù)字孿生城市涉及核心技術(shù)構(gòu)成

1 標(biāo)識(shí)感知技術(shù)

來(lái)源于通信領(lǐng)域和自動(dòng)化與控制領(lǐng)域，是連接物理世界的入口和反饋物理世界的出口，具備標(biāo)識(shí)解析和感知兩大功能。

2 GIS與新型測(cè)繪技術(shù)

來(lái)源于地理信息領(lǐng)域，通過(guò)定位與空間導(dǎo)航、空間分析等技術(shù)，為數(shù)字孿生提供基礎(chǔ)地理信息、遙感影像等城市底板數(shù)據(jù)。

3 孿生建模技術(shù)

來(lái)源于制造業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域，通過(guò)幾何建模和物理建模實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體形狀、已知（或經(jīng)驗(yàn)）的物理規(guī)律以及未知的物理規(guī)律的模擬。

4 可視化渲染技術(shù)

來(lái)源于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)理論，通過(guò)WebGL或游戲引擎工具將3D模型生成圖像、視覺(jué)效果的過(guò)程，能夠真實(shí)展現(xiàn)物理世界全貌。

5 仿真推演技術(shù)

來(lái)源于大數(shù)據(jù)分析、AI分析、視頻分析等算法領(lǐng)域，通過(guò)機(jī)理仿真、大數(shù)據(jù)或AI驅(qū)動(dòng)仿真對(duì)物理世界及其運(yùn)行發(fā)展全過(guò)程進(jìn)行仿真模型構(gòu)建、模擬分析和實(shí)時(shí)智能推演。

6 交互控制技術(shù)

來(lái)源于類(lèi)腦視覺(jué)、AR/VR、三維視覺(jué)、模式識(shí)別等圖形圖像領(lǐng)域，將人的因素通過(guò)手勢(shì)、視覺(jué)、語(yǔ)音、腦波等融入數(shù)字孿生系統(tǒng)，使用者可以通過(guò)友好的人機(jī)操作方式將控制指令反饋給物理世界，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生全閉環(huán)優(yōu)化。

計(jì)通智能基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、數(shù)字孿生等新技術(shù)，形成了1+2+N產(chǎn)品體系，為各類(lèi)行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景提供專(zhuān)業(yè)，高效，優(yōu)質(zhì)的智能監(jiān)控?cái)?shù)字化解決方案。

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