实时数字孪生时代已到:产业数字化升级的基本工具和方法

若安丶 · 2022-07-06 18:12:07 ·产经

2020年,国家发改委印发的《关于推进“上云用数赋智”行动,培育新经济发展实施方案》明确提出,要围绕解决企业数字化转型所面临的数字基础设施、通用软件和应用场景等难题,支持数字孪生等数字化转型共性技术。2021年3月,“探索建设数字孪生城市”首次被纳入“十四五”规划,为数字孪生城市建设提供了国家战略指引……一系列政策文件接连推出,都在证明数字孪生正在成为新基建、新经济、数字中国等国家发展战略中的关键技术。

实际上,数字孪生并非全新的技术概念,从最早被应用到太空航天等领域,到随后几十年的发展过程中,数字孪生的理念和技术形态都经历了很多轮的演变,包括从现实场景重现,到实时数据映射,再到预测推演计算乃至对现实世界的干预控制等多个阶段。

随着数字孪生技术的逐渐成熟,交通、制造、能源、金融、医疗等领域在不断拓展应用数字孪生技术,提高工作效率,改善管理水平,并不断对数字孪生提出更多的需求。实时数字孪生技术由此应运而生。

实时数字孪生闭环:数据是基础、模型是核心、服务是重点

基于数字孪生各演进阶段的关键技术,腾讯融入了自身对于数字孪生产业化应用的理解,提出了“实时数字孪生”的理念,并将其作为数字孪生在智慧交通、智慧城市、智慧能源等领域实现落地的突破口。

腾讯交通平台部、自动驾驶总经理苏奎峰指出,实时数字孪生以5G和先进通信网络为基础,融合腾讯的感知、计算、仿真推演和反馈触达能力,并通过通信网络构建一个可计算的数字化空间,在这个可计算的空间里面,我们可以对物理空间进行描述、诊断、预测、决策,最终实现闭环的控制,虚拟世界能够干预或者控制物理世界,助力实现物理世界的数字化治理。

为了构建实时可计算的数字孪生体,腾讯整合了在云计算、物联网、大数据、AI、仿真、游戏技术等方面的优势和能力,包括云渲染,以及基于虚实融合、预测推演等技术实现的虚拟仿真等,以此打造全感知、全连接、全场景、全智能的数字孪生产品,助力智慧产业数字化转型。

实时数字孪生时代已到:产业数字化升级的基本工具和方法

腾讯实时数字孪生核心技术支撑

腾讯智慧交通副总裁施雪松介绍,整个腾讯实时数字孪生体系所需的核心技术,全部都由腾讯自研,项目的研发与建设得到了集团的全面支持。聚焦感知、分析、计算和AI深度学习等领域的核心技术,腾讯打造了实时数字孪生平台。平台通过高精度三维重建精准还原现实世界,打造三维可计算空间,再基于机理模型、数据驱动模型进行实时仿真计算和自动化动态优化,同时利用高保真云渲染能力和智能终端触达能力,帮助用户进行实时监控、系统交互操作和设备自动控制,形成服务闭环。

在构建上述闭环的基础上,腾讯还运用通信和计算技术打造了横纵向“双引擎”,通过激发各环节的效率极限以实现“实时”孪生。其中,纵向引擎为物理空间中的传感设备向仿真空间传输数据的过程加速,核心是利用5G云化核心网、4G/5G混合应用以及C-V2X等先进通信网络,实现整个孪生系统的低延时通信。横向引擎为云端数据流式计算、分布式计算和数据同步等过程加速,助力实现对高并发场景下海量数据的“实时”计算,延时仅为100毫秒,相当于人类的眨眼时间。

实时数字孪生技术在智慧交通、自动驾驶研发测试、智慧城市、智慧能源等领域已经展开产业应用,同时,也将在沉浸式会议、体育训练辅助、娱乐、文旅、购物等领域为个人提供更具科技感的体验。目前,腾讯正面向各行业提供实时数字孪生开放平台,与更多合作伙伴、开发者共同构建丰富的应用生态,拓展技术落地应用场景。

苏奎峰表示:“腾讯不光着力于数字孪生的产业落地,我们在标准体系上也做了很多推动工作,尤其是在国际标准组织ITU牵头了国际首个智能交通系统数字孪生标准。目前我们正在梳理腾讯实时数字孪生的标准体系,并在国际和国内都逐步建立完善这样的标准体系,推动标准、技术、产业同时发展、落地。”

实时数字孪生及OS系统,成为产业数字化转型基础设施

施雪松指出,实时数字孪生将作为未来核心技术之一,加上物联网、数据中台、OS、智能网联等,构成一个完整的数字化底座,支撑起各领域的数字化转型升级,而实时数字孪生的根本目的就是能够更逼真、更鲜活、更容易被理解、更容易表示和运行物理世界。

当前,腾讯智慧交通正深度助力国家“双智”建设,推动“智慧的车”、“智慧的路”构建起“智慧城市”。腾讯参与的智慧高速、智能网联先导区的道路设备商,新增了一双双“智慧之眼”:高性能毫米波雷达、高清摄像头……道路上实时的天气、车流及环境信息,都通过5G网络传输到实时数字孪生平台上,经过系统在上帝视角精准运算、推演,路上来来往往的车主通过小程序或者app,即可接收到系统发出的交通调度服务信息,以及时躲避拥堵,避免事故。在提升安全通行能力的同时,实时数字孪生采用的雷达感知技术,具备高可靠性、维护成本低,同时只需对动态交通流信息进行分析,实现了对个体数据信息的有效保护。

实时数字孪生时代已到:产业数字化升级的基本工具和方法

大雾天气高速公路实时数字孪生

针对国省干道的路口和工业园区等场景,腾讯智慧交通推出了安全型产品——“哨兵”,基于实时感知的交通流信息,在云端生成孪生场景,用于安全巡查、预警和应急的推演,可灵活部署,以网页等形式轻松登录应用。

实时数字孪生时代已到:产业数字化升级的基本工具和方法

全息路口实时数字孪生

不仅是道路的数字化升级,面向轨道交通、民航、港口甚至更广泛的工业领域,施雪松谈到,“如今,产业的数字化必须建立在一个全新的数字化底座上面,实时数字孪生的能力将在这个底座上面发挥作用,再结合腾讯面向工业互联网的OS系统,企业才能够把它真正的底层能力和已经建成的若干IT系统的数据统一的纳管起来,实现不同系统设备和数据纳入管理之后,我们才可以很好地构建一个孪生系统出来。孪生系统构建出来以后,我们就可以通过更好的开发工具来提供低代码的业务编排能力,低代码的策略引擎,便于企业更容易的更低成本的调整和优化业务流程。”

基于腾讯与广州地铁联合构建的穗腾OS,广州地铁新建了一个防洪抗汛的模块,过去可能需要投几千万、花六个月以上的时间,如今数字化底座上只需要花两周就可以实现全面的部署。实时数字孪生和OS系统将为产业的数字化带来根本性的改变。

在生态环境治理方面,腾讯在北京市生态环境监测中心发起的“场地土壤污染成因与治理技术”重点专项中,运用实时数字孪生技术将现实中的生态环境治理全程映射在数字孪生世界,以实现生态环境决策的科学化、精准化、高效化。在智能生产和制造领域,腾讯能源数字孪生可以快速构建3D可视化模型,实现远程高逼真、沉浸式的能源管控,同时可以对监控图像进行智能分析,自动识别设备缺陷和环境异常,全面提升能源企业生产效率和安全水平。

实时数字孪生作为一项“虚实结合”的数字化转型基座技术,未来必将在智慧城市、智慧交通、智慧工业、环境、能源、民生等各个领域迎来价值爆发。实时数字孪生技术如果作为一种工具逐步被推广开,城市和企业的管理者,可以用比过去先进得多的、可推演、可预测的技术来进行模式的改变和创新,实现效率的提升。正如施雪松总结,现实世界的管理工具,因实时数字孪生而将得到根本性的改变。

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