数字孪生可视化平台（数字孪生技术）

大家好！今天让创意岭的小编来大家介绍下关于数字孪生可视化平台的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。

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本文目录:

• 1、数字孪生技术的过去、现在和未来

• 2、数字孪生在城市应用中有哪些代表性的案例？

• 3、什么是三维可视化？数字孪生智慧城市在三维可视化管理系统中有什么作用？

• 4、数字孪生技术如何推动产业发展？

一、数字孪生技术的过去、现在和未来

上世纪四五十年代，以计算机、半导体、原子能技术为代表的第三次工业革命爆发，拉开了人类信息时代的序幕。

在随后的数十年里，信息的价值得到了越来越多的重视，成为社会的主要财富。而信息技术，作为信息价值的挖掘工具，则得到了日新月异的发展。信息和信息技术，改变了我们每个人的工作和生活方式，推动了经济的飞速发展，给整个社会带来的颠覆性变革。

进入21世纪以后，信息技术的发展有了新的变化。

以云计算、大数据、人工智能为代表的算力技术演进，以及以全光网络、4G/5G、Wi-Fi 6为代表的联接力技术飞跃，使得人们对数字技术提出了更高的期望。人们希望在信息化的基础上，进一步实现数字化、网络化、智能化，将澎湃的数字动能从个人消费领域转向包括工业制造、交通物流、教育医疗等在内的各个垂直行业，实现全行业及整个社会的数字化转型。

换句话说，数字技术除了帮助消费者更好地社交、娱乐之外，还要帮助企业升级制造工艺、改进经营流程，进一步提升生产力。此外，还要帮助政府提升治理能力、优化管理效率，改善居民的城市生活质量。

数字孪生技术，就是基于这样的时代背景诞生的。

2011年3月，美国空军实验室首次提出了数字孪生（Digital Twin）。当时，他们将这一概念用于战斗机维护工作的数字化。

不久后，另外两家公司关注到了数字孪生，并决定将它在民用领域发扬光大。这两家公司，分别是美国的通用电气（GE），以及德国的西门子（Siemens）。

通用电气和西门子是世界级的工业巨头，长期关注工业的自动化和数字化改造，也一直在研究工业4.0。

对他们来说，数字孪生信息技术发展到新一阶段的产物，是典型的工业数字化技术，代表了工业制造手段与数字科技深入融合发展的未来方向。为此，他们投入了大量的资源，全力进行数字孪生技术的研发，并将其推向全球各个领域。

说了半天，到底什么是数字孪生呢？

数字孪生的官方概念非常拗口，是这么说的：

数字孪生，是综合运用感知、计算、建模等信息技术，通过软件定义，对物理空间进行描述、 诊断、预测、决策，进而实现物理空间与赛博空间（Cyberspace，可以理解为数字虚拟空间）的交互映射。

删掉描述，提炼骨干，会变得简单一些：“数字孪生，是物理空间和数字虚拟空间的交互映射。”

更简单来说，数字孪生就是在一个设备或系统的基础上，创造一个数字版的“克隆体”。这个“克隆体”，也被称为“数字孪生体”。

对于很多人来说，数字孪生很容易与“数字建模”混淆。毕竟，数字建模也是建立了一个仿真克隆。

但实际上，数字孪生和“数字建模”是有很大区别。数字孪生的特性，概括起来就是4个词——“动态”、“全生命周期”、“实时/准实时”、“双向”。

所谓“动态”，是指本体的实时状态、还有外界环境状态，会通过传感器等手段，复现到数字孪生体上。也就是说，孪生体不是静止的，而是变化的。

“全生命周期”，则是指数字孪生贯穿于产品的整个生命周期，包括设计、开发、制造、服务、维护乃至报废回收等。它并不仅限于帮助企业把产品本体造出来，还在于帮助企业使用和维护本体。

“实时/准实时”，很好理解，就是前面所说的“动态”数字反应，是实时/准实时实现的，没有大的时延，没有明显滞后性。

“双向”这个特性非常关键。传统建模往往是单向的——建立模型，然后依据模型制造本体。数字孪生完全不同，孪生体除了接收本体数据之外，还可以反向给本体输送数据。企业可以根据孪生体反馈的信息，对本体采取进一步的行动和干预。

站在技术的角度来看，数字孪生的技术体系是非常庞大的。它的感知、计算和建模过程，涵盖了感知控制、数据集成、模型构建、模型互操作、业务集成、人机交互等诸多技术领域，门槛很高。

数字孪生的技术竞争，实际上是云计算、大数据、3D建模、工业互联网及人工智能等ICT先进技术综合实力的博弈。

从本质上来说，数字孪生是一项借助数字空间孪生模型，对物理空间真实本体进行模拟的技术。之所以要模拟，无非是两个原因：其一，物理本体的造价昂贵，试错成本太高，超过了承受能力。其二，就是物理本体独一无二，不支持物理复制，没有试错的机会。

前面提到的美国空军实验室和通用电气公司，最早的数字孪生对象，就是造价昂贵的飞机及飞机发动机。截至2018年，通用电气就已经积累开发了120万个数字孪生体。根据他们自己的说法，他们已经为每个引擎、每个涡轮、每台核磁共振都创造了一个数字孪生体。

建立了数字孪生体之后，他们采集物理本体的运行数据，放在孪生体上。然后，他们可以大胆创新，充分试错，进行产品设计改动，进行模拟仿真试验，观察效果，从而判断是否执行实际产品的改动。这样一来，试错的成本和风险大幅下降，也缩短了产品的研发周期。

什么样的系统，是独一无二、不支持物理复制的呢？

当然是那种大型的、真实的、公共的、正在使用的系统。大家应该都想到了，我们每天生活着的城市，就是这样的一个系统。

城市是极为复杂的。在城市里，有百万甚至千万级的人口，有不计其数的建筑、车辆，还有交织密布的基础设施网络（道路、水电煤气、通信）。我们没有办法直接在城市里做试验，也没办法复制一个物理城市来做试验。所以，我们需要借助数字孪生技术，构建一个数字空间的虚拟城市，进行仿真、试验和试错，提升城市的管理和运营效率。

交通是一个城市最重要的功能之一。我们以腾讯数字孪生平台为例，详细看一下数字孪生技术是如何赋能智慧交通行业应用的。

首先，我们看看城市交通数字孪生体的搭建。

腾讯利用城市级三维重建技术，基于自己的高精度地图数据，可以真实还原出整个城市的楼宇、道路等主体要素。然后，是树木绿化、公交站台、交通标记、交通标线等静态元素。

静态元素有了，车辆、行人等动态元素怎么办？难道像电脑游戏里面一样，随时生成？

当然不是。交通孪生系统中的车辆和行人，并不是完全虚拟出来的或者随机生成的。

数字孪生平台是通过路测摄像头，实时采集真实道路监控中的影像，检测和感知各个目标（车辆、行车等），然后将目标数据“提取”出来，模型化之后，同步融入到数字孪生环境中。

这样一来，才算真正实现了真实路面交通和虚拟环境的深度融合。实时交通流大数据，在数字空间被真实还原了。

在整个城市的大规模车道级实时仿真下，交通流数据可以像我们使用地图导航APP一样，通过颜色（交通热力图），进行可视化呈现。城市交通的拥堵情况，一览无余。

交通数字孪生体搭建完成之后，我们站在上帝视角，可以做的事情就很多了。

首先，我们可以进行特殊情况下的交通车流变化推演。模拟出现交通事故，或主办大型赛事或演出，观察车流的变化，考验交通路网的承受能力，为城市交通主管部门制定应急预案提供决策依据。

其次，可以模拟交通信号灯的设计优化方案，为管理部门优化交通管理调度提供技术支持。

还有，基于虚拟环境，为救护车、消防车等紧急车辆提供路线动态规划，挽救生命。

在数字孪生环境中，腾讯还引入了游戏引擎相关技术，自由模拟各种天气状态，评估天气对交通路网系统运能带来的影响，提前做好灾害天气环境下的应急预案。

值得一提的是，交通数字孪生平台并不是封闭的。它可以对合作伙伴开放低成本低门槛的API接口，方便他们进行业务系统集成调用，做大做强交通产业生态。

除了城市交通之外，城际高速公路也是交通数字孪生的重要应用场景。

在这个场景中，数字孪生技术强调的是主动运营，也就是把整个高速公路管理起来。

通过ETC、摄像头、车联网终端、RSU（路侧单元）、蜂窝基站甚至卫星，可以实现数据的传输。通过云端或现场MEC（边缘计算节点），可以进行数据的计算和处理。

对于高速公路的管理部门来说，基于感知到的车流、路面、天气、事故数据，可以轻松实现对高速公路全要素全时空的主动安全式精细管控，例如车道级定位及引导，动态路径编排，交通基础设施调控，等等。

对于驾驶员来说，交通数字孪生技术具备准确率达到95%的精准感知能力，以及300ms端到端时延的通信能力。它可以将异常事件告警以视觉和声音的方式，发送到驾驶员的孪生终端上，提高驾驶员的安全通行能力。

尤其是在恶劣天气（例如大雾、暴雨等）以及黑夜情况下，驾驶员的视线受阻，可以通过孪生驾驶员端获取实时精准的周边路况情况。

基于交通数字孪生技术，系统还可以为车主提供LBS伴随式服务，将服务通过微信、地图App等方式，推送给车主，改善驾乘体验。

交通数字孪生技术的另外一个显著特点，是可计算能力。

它主要体现在仿真预测的道路交通可计算和空间可计算能力。通过仿真预测，可以预知未来1个小时的交通流状况，支撑不同交通管理场景的应急预案仿真，为决策者提供科学量化的决策依据和数据支撑。

最后再说说现在很火的无人驾驶。

无人驾驶是智慧出行的一个终极发展方向。目前，各大厂商都在积极进行相关技术的研究和测试。

然而，想要实现无人驾驶技术的普及，最重要的一点，就是行驶数据的海量测试和学习。但是，目前的法律法规，以及路况条件，并不允许无人驾驶车辆随意进入真实道路环境进行测试。这时，数字孪生环境就可以发挥作用了。

基于数字孪生环境，可以自由组合构建自动驾驶测试环境，在云端实现城市级云仿真环境的并行加速测试，而且是7×24小时不间断测试，每天可以测试1000万公里。这对于无人驾驶技术来说，简直就是福音。无人驾驶技术的开发周期可以大幅缩短，加速普及落地。

总而言之，数字孪生作为一项“虚实结合”的数字化转型技术，正在各个领域加速落地。产业互联网高速发展的时代浪潮，更是推动了它的价值爆发。

未来的一百年，人类如果想要实现更大的野心，以数字孪生为代表的虚拟空间技术，将是重要的工具和场景。

数字孪生到底还有多大的潜力？让我们拭目以待吧！

二、数字孪生在城市应用中有哪些代表性的案例？

根据中国信通院联合数字孪生技术应用工委会共同编写的2021年数字孪生城市优秀案例编汇显示，以下为小编整理的部分优秀案例（排名不分先后），数字孪生全部优秀案例建议查看官方平台说明

城市燃气场站数字孪生智能运维管控技术与系统应用（北京航空航天大学）

卧龙AI系统模拟平台建设项目“城市场景模拟决策”专题场景（清鹏智能科技有限公司）

腾讯云微瓴智能建造创新服务案例（腾讯云计算（北京）有限责任公司）

美兰机场海关数字孪生可视化指挥系统（智慧眼科技股份有限公司）

五一广场站孪生智控服务平台（北京五一视界数字孪生科技股份有限公司）

明珠湾智慧城市信息平台（北京超图软件股份有限公司）

三、什么是三维可视化？数字孪生智慧城市在三维可视化管理系统中有什么作用？

数字孪生城市是基于云计算、信息化、操作性融为一体的智能管理系统。商迪3D结合信息交接、物联网技术控制、安全、可靠、实时显示、简易操作等物理实体技术。将园区、工业、建筑、设施等基本数据、详细的展现，结合智慧城市模型，提高城市环境、城市管理、城市设备、城市防灾、城市设备、城市消防可视化改造等诸多领域被广泛运用。从而达到节约成本不浪费资源，通过数据实时显示提高效率。

三维可视化管理系统的重点应用

三维可视化管理系统重点应用于智慧城市摄像远程监控、消防管理控制、坏境卫生监控、设施控制管理、城市环境监控、GPS实时定位、智能消防、路灯等管理系统，实现了城市的设备、道路、安防、建设视化的智慧城市三维可视化管理系统组成的全方面三维虚拟仿真系统，可以实现城市内部和外部的可视、可以实时显示更新推送的数据。从不同的角度来说，可以将现实数据在三维景象中呈现，搭建城市的监控、查询、分析、汇报、显示统一的可视化管理系统。

数字孪生智慧城市的核心

让真实搭建虚拟技术、让虚拟引领真实世界。智慧城市是数字城市发展的重要组成部分，也是智慧城市建设的新起点。以基础作为支撑点，让智慧城市呈现信息化和智能化的能力。以城市信息化为核心技术建设数字孪生城市，全方位展示数据的融合，打造安全、数据开放式、合理利用资源、预防城市灾难、设备管理等功能统一智慧城市管理系统，将真实世界通过信息化展现到数字孪生智慧城市进行优化，以智慧城市虚拟仿真、在真实世界合理运用，将数据实时显示出来，呈现虚实融合的管理和运营模式，推动现代化治理能力和治理系统的形成。

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四、数字孪生技术如何推动产业发展？

首先介绍一下业内数字孪生比较流行的定义

数字孪生：是充分利用物理模型、传感器更新、运行 历史 等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

——美国国防采办大学DAU

产品数字孪生体的主要作用之一就是映射、监控与操纵、诊断、预测。传统的制造行业，以人员经验和主观判断为依据，而且无法做到实时监测和精准判断，随着 科技 的发展，融合了各项新技术如云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术的制造业，变得更加“智能化”，不仅能够实时地对产品全生命周期过程进行监测，更能通过各种传感器实时采集的数据通过计算中心计算，预测、诊断，实现在无人值守情况下的智能检测和决策，减少了故障造成的不合格率和停机等重大问题的发生，极大地解放了生产力，并提高了生产效率。

通过数字纽带技术，在产品全生命周期各阶段，将产品开发、产品制造、产品服务等各个环节数据在产品数字孪生体中进行关联映射，在此基础上以产品数字孪生体为单一产品数据源，实现产品全生命周期各阶段的高效协同，最终实现虚拟空间向物理空间的决策控制，以及数字产品到物理产品的转变。

另外，从产品质量数据积累意义来看

大数据技术的发展为产品数字孪生体的数据积累和挖掘应用做了坚实的技术铺垫，产品数字孪生体是产品全生命周期的数据中心，记录了产品从概念设计直至报废/回收的所有模型和数据，是物理产品在全生命周期的数字化档案，反映了产品在全生命周期各阶段的形成过程、状态和行为。产品数字孪生体实时记录了产品从出生到消亡的全过程，并且在产品所处的任何阶段都能够调用该阶段以前所有的模型和数据，产品在任何时刻、任何地点和任何阶段都是状态可视、行为可控、质量可追溯的。比如在产品使用阶段，产品数字孪生体在产品设计和制造阶段的所有数据和模型记录集合能够为产品质量追溯、产品可靠性分析提供准确的模型和数据来源。

从这三个角度来看，数字孪生技术带来的效益远不止技术本身实现，还涉及了更加广泛的积极影响，数字孪生从产品设计、制造、维护、回收等全生命周期的作用，整合了数据流、工作流、解决了企业开发新产品通常会面临的成本、时间和风险三大问题，极大地驱动了企业进行产品创新的动力，数字孪生技术的应用，将会为缩短研发与产品制造时间，提高企业竞争力提供巨大的推动力。

自主创新国产化的 Hightopo 数据可视化能够完全贯穿全产业链做数字孪生产品，已实现 智能化、无代码、可配置 的产业数字化管理。已广泛应用于各类场景，以设计、监控类场景为主。智慧城市、工业4.0、智能驾驶行业是先进数字孪生技术使用较多的行业。为连接电力、船舶、城市管理、农业、建筑、制造、石油天然气、 健康 医疗、环境保护、航空航天领域等各行各业。

使用 Hightopo 的 2D、 3D 和 GIS 可视化技术结合倾斜摄影和数字孪生技术，搭建出各行业智慧管理的三维可视化系统。案例汇集如下：

数字孪生技术的一个重要应用场景——生产制造环节。个性化、多元化的市场消费需求成为主流，制造业正面对日益激烈的市场竞争，面临着巨大的时间、成本、质量、产品差异化等方面的压力。 而搭建基于数字孪生技术的数字化工厂是解决这些问题的最佳途径，通过依托产品整个周期的真实相关数据，在虚拟环境中对生产全过程进行仿真、优化及重构。 通过创建虚拟模型来模拟生产过程，并且这些虚拟模型可以为物理工厂车间里所有连接的机器、工具和设备进行数字操作。这就可以使企业能够快速配置生产系统，以最大限度地提高效率，提高资产利用率，防止停机，具备一定的灵活性。

因此，企业在数字化工厂建设中，通过数字孪生技术能够并行完成“实物设备数字化、运动过程脚本化、系统整线集成化、控制指令下行同步化、现场信息上行并行化”，形成整线的执行引擎，实物设备与所对应的虚拟模型进行虚实互动、指令与信息同步，形成一个支持实物设备连线的车间快速设计、规划、装配与测试平台。

通过数字化的手段，将原先无法保存的专家经验进行数字化，并提供了保存、复制、修改和转移的能力。较于传统的工业设计、制造和服务领域，经验往往是一种模糊而很难把握的形态，很难将其作为精准判决的依据。

提到作为新基建的工业互联网，首先要讲的一个概念就是 “数字孪生Digital Twin” ，或者说数字双胞胎、数字映像、机器数字双胞胎。

数字孪生的概念最早由密歇根大学的Michael Grieves博士于2002年提出（最初的名称为“Conceptual Ideal for PLM”），至今有超过15年的 历史 。但直到工业互联网的出现，数字孪生才真正得到了应用。

数字孪生的官方解释非常复杂：“数字孪生，是充分利用物理模型、传感器更新、运行 历史 等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的 全生命周期过程 。”

我们基于下面这张图片来重新解读一下数字孪生的概念：

基于该可视化界面，我们可以查看到 设备的运转状态和各种参数 ，同时可以通过该界面 对设备进行远程操控 。那么我们可以认为基于以下可视化界面初步实现了该设备数字孪生的构建。

简单来说，数字孪生就是将机器从物理世界映射到虚拟世界。那么这里面就存在了3个要素：

物理空间的实体产品、 虚拟空间的虚拟产品 、 物理空间和虚拟空间之间的数据和信息交互 。

数字化双胞胎技术是将带有三维数字模型的信息拓展到整个生命周期中的影像技术，最终实现虚拟与物理数据同步和一致，它不是让虚拟世界做现在我们已经做到的事情，而是发现潜在问题、激发创新思维、不断追求优化进步——这才是数字孪生的目标所在。

我们首先从我们的设备制造商来看一下。对于设备制造商，主要有两类设备： 厂内设备 和 厂外设备 。厂内设备主要是我们的生产设备，厂外设备主要对应我们的工业产品。

通过对厂内设备的联网，我们可以实现 生产线的智能运维 ，提升生产效率，降低运营成本。同时会带来一些商业模式的创新，比如共享工厂、产业链协同等新模式的出现。

通过对厂外设备的联网，我们可以实现 后市场的智能运营 ，提升服务质量，降低运营成本。数据的采集同时会辅助研发和营销，提升我们的产品质量和二次销售。当然，厂外设备联网也会带来一些新商业模式的突破，比如融资租赁、大数据保险、从卖产品到卖服务的转变等。

数字孪生技术是制造企业迈向工业4.0战略目标的关键技术 ，通过掌握产品信息及其生命周期过程的数字思路将所有阶段（产品创意、设计、制造规划、生产和使用）衔接起来，并连接到可以理解这些信息并对其做出反应的生产智能设备。

工业互联网的发展为我们带来了更多的选择，下面我们就 基于SaaS化的工业可视化工具——云视界 ，为大家分享一下如何构建设备的数字孪生。

以设备制造商（OEM）为例，“数字孪生”的构建步骤如下：

1、设备接 入 ：根云平台覆盖95%主流工业控制器，支持400+种工业协议，适配100%国际通用硬件接口。在厂内SCADA、MES等生产系统接入，和厂外设备控制器接入，以及哑设备接入方面均有成熟案例。

2、平台配置 ：根云平台轻松配置设备数据、报警规则，实现设备数字映射。

3、画面搭建 ：根云视界作为一款专注于工业领域企业生产、经营和政府监管的可视化工具，通过托拉拽的方式即可快速配置可视化界面。同时提供丰富的模板库、素材库和组件库，更有工业专属组件。

4、关联数据 ：根云视界深度融合根云平台IoT数据，无需任何开发，轻松实现数据配置、物模型匹配、设备动效、指令控制等。

5、一键发布 ：根云视界支持一键发布，手机、Pad、PC、大屏幕同步自适应，并可轻松集成至APP、小程序、web等各类第三方平台。

根云视界目前已服务客户150+，案例覆盖13个工业场景，37个细分行业。现工具开通 免费试用 ，可登陆云视界官网申请注册。

转载自【根云视界】~

以上就是关于数字孪生可视化平台相关问题的回答。希望能帮到你，如有更多相关问题，您也可以联系我们的客服进行咨询，客服也会为您讲解更多精彩的知识和内容。

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