數(shù)字孿生技術(shù)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(yùn)會(huì)開幕式驚艷世界，黑科技加持實(shí)現(xiàn)了“人少而不空，空靈而浪漫”的現(xiàn)場(chǎng)效果。驚艷之間，人工智能、云計(jì)算、5G、數(shù)字孿生（Digital Twin）等科技成果巧妙運(yùn)用，充斥虛擬元素的盛會(huì)悄然展現(xiàn)了一個(gè)“冬奧元宇宙”。

數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)了將虛擬與現(xiàn)實(shí)完美融合，從場(chǎng)館設(shè)計(jì)、訓(xùn)練設(shè)施、賽事保障等各方面展示了對(duì)現(xiàn)實(shí)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(shí)，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)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(lǐng)域，充當(dāng)著現(xiàn)實(shí)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(yīng)用重要技術(shù)支撐

2009年，IBM提出“智慧星球”的概念，并在隨后參與建設(shè)了美國(guó)第一個(gè)智慧城市，涵蓋公共資源和服務(wù)數(shù)字化，利用網(wǎng)絡(luò)收集分析數(shù)據(jù)，了解資源使用情況，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

近年來(lái)，各國(guó)開始認(rèn)識(shí)到利用實(shí)時(shí)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)監(jiān)管現(xiàn)有公共服務(wù)的績(jī)效，改善城市規(guī)劃和優(yōu)化決策者制定決策的價(jià)值。

通過(guò)構(gòu)建真實(shí)世界的數(shù)字副本，模擬城市活動(dòng)中可能出現(xiàn)的潛在問(wèn)題，從而及時(shí)調(diào)整策略，避免不必要的城市風(fēng)險(xiǎn)。

數(shù)字孿生城市則是數(shù)字孿生技術(shù)在城市層面的廣泛應(yīng)用。數(shù)字孿生城市可以理解為實(shí)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(shè)、管理，確保城市安全、有序運(yùn)行，其典型應(yīng)用場(chǎng)景包括城市規(guī)劃、城市建設(shè)、城市管理等。

從城市規(guī)劃的角度來(lái)看，目前城市的現(xiàn)狀研究包含地上地下、室內(nèi)室外、自然地形等，而傳統(tǒng)的測(cè)繪或研究結(jié)果數(shù)據(jù)通常分散于各個(gè)部門，難以對(duì)全要素進(jìn)行實(shí)時(shí)展示與更新。

數(shù)字孿生通過(guò)對(duì)各類數(shù)據(jù)展開分類與整合，對(duì)城市進(jìn)行虛擬規(guī)劃和場(chǎng)景仿真模擬，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性監(jiān)管城市開發(fā)和城市生長(zhǎng)更新的整體規(guī)劃實(shí)施情況，以實(shí)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(xué)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(shè)施等每一寸土地時(shí)實(shí)現(xiàn)綜合效益的最優(yōu)化。

在城市建設(shè)領(lǐng)域，“人員、安全、進(jìn)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(shè)實(shí)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(shí)時(shí)、雙向的特點(diǎn)，能夠幫助解決城市建設(shè)過(guò)程中存在的復(fù)雜性與不確定性問(wèn)題。例如在對(duì)建設(shè)工地監(jiān)管時(shí)，數(shù)字孿生數(shù)據(jù)面板能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)、項(xiàng)目工程信息、節(jié)點(diǎn)計(jì)劃、現(xiàn)場(chǎng)管理人員名單等，做到項(xiàng)目管理、人員管理、安全管理一張圖，對(duì)重大事件進(jìn)行實(shí)時(shí)更新并及時(shí)觸達(dá)到相關(guān)部門或管理人員，保證施工人員安全實(shí)現(xiàn)人員高效管理調(diào)度，維護(hù)施工環(huán)境的綠色安全。

從城市管理的角度來(lái)看，建筑物或整個(gè)城市的數(shù)字孿生可有效地協(xié)助城市規(guī)劃以及實(shí)物資產(chǎn)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)。同時(shí)，數(shù)字孿生可用作有效的參與工具，促進(jìn)社會(huì)各階層之間的討論等。它不僅能優(yōu)化政策制定和服務(wù)水平，還能為公共機(jī)構(gòu)展示更具響應(yīng)性和彈性治理的機(jī)會(huì)，提升對(duì)社區(qū)和公眾的影響力和價(jià)值。未來(lái)，隨著越來(lái)越多傳感器的加入，基于數(shù)字孿生的城市管控平臺(tái)能夠真正支持智慧城市的實(shí)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(shù)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(nèi)的建筑物、街道、公園等所有元素，以及實(shí)時(shí)的路面交通狀況、建筑物內(nèi)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(jìn)行放大、縮小、拉近等查看。

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

在城市建設(shè)過(guò)程中，城市數(shù)字孿生將“人員、安全、進(jìn)度、協(xié)同、環(huán)境”等因素當(dāng)做重點(diǎn)對(duì)象，將其數(shù)字化，構(gòu)建數(shù)字孿生信息化應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)對(duì)工程的復(fù)雜性和不確定性。

如此一來(lái)，項(xiàng)目施工信息、工程進(jìn)度、重大事件都能夠在系統(tǒng)中得到實(shí)時(shí)更新，系統(tǒng)還能連接建設(shè)方、施工方等多方人員，將工程建設(shè)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觸達(dá)。

數(shù)字孿生仿真技術(shù)助力智慧交通

從馬車到蒸汽機(jī)車，從汽車到飛機(jī)，都是為了使出行更高效便捷。互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等技術(shù)進(jìn)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(wǎng)聯(lián)汽車上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度，作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和民生服務(wù)的重要基礎(chǔ)，交通發(fā)展已成為新基建的主力軍。當(dāng)下人們的憧憬之一就是用自動(dòng)駕駛解放駕駛者，要實(shí)現(xiàn)這一美好愿景，沒有先進(jìn)技術(shù)的加持萬(wàn)萬(wàn)不能。

自動(dòng)駕駛之所以落地難，一個(gè)很重要的原因就是對(duì)安全的考量。從外媒報(bào)道的新聞來(lái)看，每年都會(huì)發(fā)生多起因自動(dòng)駕駛失控而導(dǎo)致的悲劇。為了解決這個(gè)問(wèn)題，自動(dòng)駕駛技術(shù)必須要進(jìn)行大量反復(fù)的路測(cè)。

路測(cè)要采集大量天氣、路況、城市數(shù)據(jù)，還要進(jìn)行標(biāo)注，成本非常高。這方面全球每年投入超過(guò)10億美元。在自動(dòng)駕駛軟件OTA方面，想達(dá)到量產(chǎn)應(yīng)用條件，每一版算法至少要經(jīng)過(guò)110億英里測(cè)試，任何一家公司都難以承受。

模擬仿真技術(shù)是汽車智能化技術(shù)研發(fā)的重要支撐，在汽車研發(fā)、車輛測(cè)評(píng)、系統(tǒng)認(rèn)證、自動(dòng)駕駛研發(fā)驗(yàn)證等方面具有不可替代的作用。為突破自動(dòng)駕駛算法驗(yàn)證在測(cè)試?yán)锍谭矫娴南拗疲瑖?guó)內(nèi)外各大互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛構(gòu)建自動(dòng)駕駛仿真測(cè)試平臺(tái)，探索建設(shè)自動(dòng)駕駛測(cè)試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系。

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

目前TAD Sim 2.0場(chǎng)景庫(kù)中有超過(guò)1000種場(chǎng)景類型，還可以通過(guò)泛化生成萬(wàn)倍以上規(guī)模化豐富場(chǎng)景。近兩年騰訊智慧交通聯(lián)合參與的深圳智能網(wǎng)聯(lián)交通測(cè)試示范區(qū)、襄陽(yáng)達(dá)安數(shù)字孿生自動(dòng)駕駛測(cè)試評(píng)價(jià)體系建設(shè)項(xiàng)目等都已展開落地建設(shè)。

在提高交通資源配置效率和安全運(yùn)轉(zhuǎn)方面，數(shù)字孿生技術(shù)可實(shí)現(xiàn)道路基礎(chǔ)設(shè)施生命周期的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)字大屏方式展現(xiàn)現(xiàn)階段交通狀況，同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)全域標(biāo)識(shí)、狀態(tài)精準(zhǔn)感知、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析、模型科學(xué)決策、智能精準(zhǔn)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)交通的模擬、監(jiān)控、診斷、預(yù)測(cè)和控制，解決交通規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理、服務(wù)中的復(fù)雜性和不確定性問(wèn)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(dāng)前，數(shù)字孿生技術(shù)也已廣泛用于電力、環(huán)保、醫(yī)療等各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，呈現(xiàn)出方興未艾之勢(shì)。在推進(jìn)數(shù)字電網(wǎng)發(fā)展進(jìn)程中，作為實(shí)現(xiàn)數(shù)字電網(wǎng)比特和瓦特深度融合，實(shí)現(xiàn)清潔低碳、安全高效電力系統(tǒng)，支撐數(shù)字經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要實(shí)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(jìn)傳感技術(shù)對(duì)變電站環(huán)境量、物理量、狀態(tài)量、電氣量進(jìn)行全面采集；充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全、先進(jìn)實(shí)用、面向一線、運(yùn)檢高效,建設(shè)狀態(tài)的全面感知、信息互聯(lián)共享、人機(jī)友好交互、設(shè)備診斷高度智能、運(yùn)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(shù)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(shì)監(jiān)測(cè)、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、水環(huán)境監(jiān)測(cè)、聲環(huán)境監(jiān)測(cè)等多項(xiàng)業(yè)務(wù)。憑借先進(jìn)的人機(jī)交互方式，實(shí)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(cè)等多種功能，可廣泛應(yīng)用于態(tài)勢(shì)監(jiān)測(cè)、應(yīng)急指揮、分析研判、展示匯報(bào)等場(chǎng)景。

在危廢處理方面，數(shù)字孿生技術(shù)的四個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景分別是輸入、響應(yīng)、優(yōu)化和調(diào)控。輸入是指物理世界到虛擬世界的數(shù)字映射，通過(guò)大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)物理環(huán)境的實(shí)時(shí)響應(yīng)，然后根據(jù)算法模型生成優(yōu)化建議，通過(guò)調(diào)控來(lái)控制實(shí)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(yīng)用。過(guò)去，醫(yī)療健康行業(yè)無(wú)論是藥物研發(fā)，還是為患者制定治療或手術(shù)方案，都需要經(jīng)過(guò)多層驗(yàn)證和測(cè)試，這些測(cè)試和驗(yàn)證過(guò)程往往耗時(shí)長(zhǎng)且成本高昂。利用數(shù)字孿生技術(shù)就可以依托數(shù)字病歷、疾病登記庫(kù)、可穿戴傳感器等獲取數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而構(gòu)建虛擬患者、虛擬解剖環(huán)境及醫(yī)院環(huán)境，搭建一個(gè)基于真實(shí)數(shù)據(jù)的虛擬模型，然后獲取該模型對(duì)藥物以及治療方案的反饋。

數(shù)字孿生技術(shù)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(xué)性、預(yù)測(cè)性和前瞻性。例如，藥物臨床試驗(yàn)成本高、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低，還伴隨較高的失敗風(fēng)險(xiǎn)，符合標(biāo)準(zhǔn)并自愿參加實(shí)驗(yàn)的患者少之又少，使藥物臨床試驗(yàn)工作面臨巨大挑戰(zhàn)。利用數(shù)字孿生技術(shù)，借助現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立試驗(yàn)組和對(duì)照組的數(shù)字孿生體來(lái)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(lái)，讓我們看到數(shù)字孿生不再只是一種技術(shù)，而是一種發(fā)展新模式、一個(gè)轉(zhuǎn)型新路徑、一股推動(dòng)各行業(yè)深刻變革的新動(dòng)力。

從市場(chǎng)前景看，數(shù)字孿生是熱度最高的數(shù)字化技術(shù)之一，發(fā)展空間巨大。而隨著新一代信息技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合的加快和企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)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(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，為工業(yè)制造、未來(lái)生活帶來(lái)無(wú)限可能。

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