数字孪生是什么？一文了解，干货满满
提到“孪生”，大家的第一反应肯定是双胞胎。
那么，“数字孪生”是什么呢？
专业的解释总是讲的太复杂，容易看的人一头雾水。
其实，可以简单理解为“数字孪生”就是“数字的双胞胎”。
无论现在你身处何地，请环视一周，想象你手边的手机、身边飞驰的车辆，脚下的草地，这些每日可见的物理实体在经过数字化处理后，都可以拥有一个完全一样的数字双胞胎，1:1还原物理世界中的形态、颜色、结构。而这些数字双胞胎就是它们各自物理实体的“数字孪生体”（digital twins）。
#1
什么是数字孪生
用专业一点的术语来界定，数字孪生是指利用数字技术和数据模型来创建现实世界中的数字副本。
这个数字副本可以是一个物理实体、一个过程或一个系统，它能够模拟真实世界的行为、状态、性能和其他特征。
通俗来讲，所谓数字孪生，就是把现实物体“塞进”虚拟世界，在虚拟世界对它“为所欲为”，还能达到和现实世界对它“为所欲为”一样的效果。
这就能解决一个问题，比如一些在现实场景中难以完成或成本很高的操作，通过3D技术、物联网等技术，为操作对象在虚拟场景中制造一个拟真版本，在虚拟场景中实现难以在真实场景中实现的操作。
所以，数字孪生可以被用于各种领域，如工业、物流、建筑、机器人等，用于分析、优化和预测实体的运行情况和行为，从而提高效率、减少成本和风险。
看到这里，是不是觉得数字孪生很酷。
数字孪生的“酷”不仅仅在于它复刻真实世界，更厉害的是它可以与物理物体互动，甚至反向控制物理实体。
例如你工作所在的大楼，它的数字孪生体可以记录它运行的历史信息，反馈大楼当下的运行状态，孪生体因为完全读懂它在物理世界的小伙伴，又能比它先行一步，预估可能发生的火灾、电梯故障，模拟风险，把关键信息及时反馈到物理世界中，让你所处的工作环境更加安全。
#2
物理实体与虚拟实体
从前文我们知道，数字孪生的特点是复刻、实时、以虚控实。
那么什么是物理实体（physical entity）和虚拟实体（virtual entity）呢？
通俗来讲，物理实体就是我们生活的物理世界里所存在的一切，肉眼看得见的比如一辆车、一栋楼、一个工厂，肉眼看不见的比如楼内的水管、电路编排，工厂里机械、机器的内容部构造。
而虚拟实体，就是前面说到的数字孪生体。从这里，我们可以了解到，数字双胞胎不仅仅只是一件好看的外衣，更是对物理实体由外表到内核的精准展现。
#3
数字孪生包含哪些数据
数据是数字孪生的基础和来源，数据虽然变化多端，但无论披着什么样格式、来源的外壳，都只分为静态和动态两种。
静态数据就是表达物体静止状态下的数据。举几个例子，BIM(Building Information Modelling)，能够展现一栋楼的结构信息、楼层规划、管道部署，但这些信息短时间内不会变动，更多是对物理实体特征状态的表达，这就是静态数据。同样的，除了BIM之外，还有GIS(Geographic Information System)，记录和展现地理数据信息；通过摄像技术、无人机倾斜摄影采集的物理世界状态的色彩、材质信息等。
动态数据就更好理解了，如果我们在楼宇内的地下管道部署传感器(也就是IoT数据)，就能检测到水流情况、水管是否有破裂等运动状态信息，与静态数据不同的是，这样的信息一直在实时变化，这就属于动态数据。同样的还有，交通干线上摄像头获取并辅助计算当天的车流量信息，工厂作业时流水线的运行状态、仓促的温、湿度变化等等。
同时集合静、动态数据的数字孪生体也因此变得生动和鲜活，也因此真正做到了1:1真实还原，展现实时状态，当我们用数字孪生体反向去控制物理实体时才更加精准有效。
#4
数字孪生技术并不单一
数字孪生并不是一项单一的技术，而是多种技术的融合，如人工智能、大数据、5G、IoT等，通常适合对规模庞大、流程复杂的项目进行管理。
值得注意的是，物理世界的数据是数字孪生的源头，但其来源多、数据种类广，处理不善容易形成数据孤岛。面对数据，要做好数据筛选、清洗、计算、融合等多项工作，数字孪生才会更精准、更广泛、也更有效。
#5
数字孪生的部分应用场景
1.智能制造
数字孪生在智能制造业的应用前景广阔，覆盖了产品的研发、工艺规划、制造、测试、运维等各个生命周期。
产品的设计阶段，产品的数字虚拟模型可以对之后的制造和运行过程进行模拟和采集，利用模拟数据可以及时发现和改进产品方案的设计缺陷。
在产品的制造阶段，数字模型可以捕捉生产线的实时数据，计算出有效的运行方案，有助于提高生产效率，降低故障发生率。
在产品的维护阶段，数字模型可以通过对运行数据的分析，计算出合适的维护节点，提高产品的安全性能。
2. 智慧城市
在城市建设方面，利用数字孪生技术，可以在数字虚拟空间建造一座与物理世界相对应的孪生城市，物理城市中各种各样的传感器、摄像头记录的数据将会被采集到终端并保存。通过分析这些数据，可以全方位展示城市各领域综合运行态势，有效地协助城市规划、城市管理以及实物资产的运营和维护。
例如，在城市交通方面，根据对路况实时数据的分析和计算形成可视化道路，可以预测拥堵路口，提前采取分流措施，缓解城市交通压力。
在文旅服务领域，通过对景区客流量、行动轨迹、道路情况等数据的监测分析，可以在数字城市上计算出更高效的游览路线，为景区管理提供更高效的解决方案。
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