數(shù)字孿生：大屏視聽的新藍(lán)海

    2021年以來，“數(shù)字孿生”的概念，在大屏視聽圈持續(xù)走紅。行業(yè)專家認(rèn)為，從指揮調(diào)度中心、數(shù)字城市（工廠）、到數(shù)字孿生概念，視聽信息技術(shù)的管理學(xué)應(yīng)用，有望邁上一個(gè)“質(zhì)變”的臺階。

    什么是數(shù)字孿生系統(tǒng)

    用數(shù)字技術(shù)、信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效率的“過程”管理，這是一個(gè)擁有數(shù)十年漫長歷史的“工程學(xué)”演進(jìn)過程。

    其中，指揮調(diào)度中心是典型的成熟應(yīng)用：比如金融系統(tǒng)、地鐵系統(tǒng)、公安系統(tǒng)、大型工礦區(qū)都會擁有自己的指揮調(diào)度中心。這個(gè)中心以遠(yuǎn)程視覺和通信技術(shù)為核心，通過對人與物的集中過程化管理，實(shí)現(xiàn)“一定功能系統(tǒng)內(nèi)的‘集中控制’”。

    在指揮調(diào)度中心的基礎(chǔ)上，部分城市和大型工礦區(qū)開展了“智慧城市、智慧工廠”等的建設(shè)。智慧城市等應(yīng)用的核心特點(diǎn)是“系統(tǒng)的構(gòu)建，不在以‘業(yè)務(wù)指揮’為中心，不在局限在單一或者某幾個(gè)業(yè)務(wù)范圍內(nèi)，也不在局限于重大情況下的聯(lián)動(dòng)功能設(shè)計(jì)”；智慧城市等應(yīng)用更為強(qiáng)調(diào)“綜合性的感知能力，即能夠以時(shí)間線索為主軸、以一定空間區(qū)域?yàn)榉懂�，全面掌握從重點(diǎn)到常規(guī)流水性數(shù)據(jù)集的變化，并具有依據(jù)預(yù)案和AI系統(tǒng)，對區(qū)域內(nèi)每個(gè)業(yè)務(wù)的運(yùn)行細(xì)節(jié)進(jìn)行微觀調(diào)整與指揮的能力”。

    即，智慧城市、智慧工廠，是指揮調(diào)度中心應(yīng)用的擴(kuò)容、升級版本：但是，智慧城市等依然沒有告別“以任務(wù)為中心”的構(gòu)建思維。雖然其范疇突破了單一業(yè)務(wù)線束縛，更為面向地域性的全面態(tài)勢感知，但是并沒有建立起“時(shí)間線”上的終身性感知觀念。

    而今天的數(shù)字孿生概念，比如數(shù)字孿生城市、數(shù)字孿生工廠，則要解決“數(shù)字集合、態(tài)勢感知在時(shí)間線上的應(yīng)用問題”：即一個(gè)可以無限知道自己的過去，并可以預(yù)判自己的未來的數(shù)字城市、智慧城市體系——他就像一個(gè)城市或者工廠的“數(shù)字版孿生兄弟”，不僅跟隨現(xiàn)實(shí)情況實(shí)時(shí)變化，還能以此為模型，預(yù)知未來的變化，并通過決策過程影響改變物理城市或者工廠的狀態(tài)。

    數(shù)字孿生”看起來是不是很像視聽大屏另一個(gè)應(yīng)用場景“虛擬仿真”呢？答案是肯定的：只不過虛擬仿真，更多的從“如何設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品或者系統(tǒng)”出發(fā)，是在沒有實(shí)體的時(shí)候，用數(shù)字技術(shù)去預(yù)測即將構(gòu)建的實(shí)體的“變化規(guī)律”。

    數(shù)字孿生，則是對既有實(shí)體的“全維度數(shù)字感知、態(tài)勢評估”，同時(shí)具有“仿真”系統(tǒng)的“未來演進(jìn)推演”功能。這個(gè)變化相當(dāng)于智慧城市、數(shù)字城市等系統(tǒng)，能夠自己繼承和自己驗(yàn)算過去的經(jīng)驗(yàn)，并將這些經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到未來。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的前提，首先是在空間和時(shí)間維度上，做到整個(gè)“系統(tǒng)”的數(shù)字態(tài)勢感知、存儲和信息處理。

    同時(shí)，數(shù)字孿生本身意味著對信息和數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)性、真實(shí)聯(lián)系性組織過程。數(shù)字孿生信息技術(shù)對物理實(shí)體的組成、特征、功能和性能進(jìn)行數(shù)字化定義和建模。其信息不僅以線性數(shù)據(jù)形式存儲，而且要以模型的形式，構(gòu)建內(nèi)在邏輯關(guān)系：不僅是完善的全時(shí)空信息采集和存儲，而且要加工成“虛擬仿真模型”。數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性上，上升到新維度，開辟新的空間。

    指揮調(diào)度中心的系統(tǒng)功能圍繞一條線設(shè)計(jì)、智慧城市數(shù)字城市等的系統(tǒng)圍繞一個(gè)空間設(shè)計(jì)、數(shù)字孿生則進(jìn)一步加入時(shí)間維度，并采用全程建模仿真的高復(fù)雜性技術(shù)，尤其是加入了對未來的時(shí)間維度演變分析”，行業(yè)人士指出“這意味著數(shù)字孿生時(shí)代，業(yè)務(wù)規(guī)模、業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)和細(xì)膩程度、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集規(guī)模、系統(tǒng)自感知下業(yè)務(wù)交叉協(xié)同等等方面的復(fù)雜性再次‘幾何級數(shù)’性的海量成長”。

    打造數(shù)字孿生系統(tǒng)，好用、智慧和安全的未來

    數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程�！�—物聯(lián)網(wǎng)、5G、AI……只是數(shù)字孿生的一部分和基礎(chǔ)技術(shù)。

    面對這樣一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，肯定有人會問：為什么要費(fèi)這么大的力氣，建立這樣一個(gè)系統(tǒng)呢？答案在于解決眾多傳統(tǒng)技術(shù)手段，難以“觸及”的管理工程問題。

    例如，一個(gè)城市或者廠區(qū)會涉及到“防汛”需求。當(dāng)大雨不期而至的時(shí)候，水往哪里流、排水系統(tǒng)是否通暢、儲水系統(tǒng)冗余多少、前線隊(duì)伍在哪里，有何裝備……這些信息，有些是實(shí)時(shí)的，有些是歷史性的，很多信息涉及不同部門：但是，數(shù)字孿生時(shí)代，這些信息將有機(jī)的保存和輸入到一個(gè)完整體系內(nèi)，以統(tǒng)一的有機(jī)的深刻聯(lián)系的方式呈現(xiàn)出來，以供決策應(yīng)用。

    再例如，未來的世界是智慧化的。而AI學(xué)習(xí)必然要基于大量的歷史數(shù)據(jù)。本質(zhì)上，AI技術(shù)就是用過去的經(jīng)驗(yàn)解未來的問題。而數(shù)字孿生就是提供一個(gè)這樣的舞臺，和AI生存與進(jìn)化的載體。同時(shí)，數(shù)字孿生也會記載并擁有“支線”數(shù)據(jù)集。如一個(gè)車輛系統(tǒng)的數(shù)字孿生，會擁有車輛事故過程、損毀情況、故障反饋等眾多“支線”數(shù)據(jù)和仿真模型。即不僅讓AI能夠正向預(yù)測未來，也能夠避免支線問題的發(fā)生。

    更好用、更智慧，說到底就是更安全！”數(shù)字孿生重大的意義之一就是構(gòu)建更為安全的，基于信息和可感知的“物理世界”。所有的安全問題基本都與“意外”兩個(gè)字相關(guān)：至少，安全問題的出現(xiàn)，一定不是業(yè)務(wù)主線既有邏輯鏈條上的“透明”的一環(huán)。

    當(dāng)工程人員構(gòu)建一個(gè)“工程體”的時(shí)候，主要精力，顯然會被用于“主線業(yè)務(wù)”之上。安全事故，雖然屬于必須避免的問題，但是考慮到正確的道路只有一條，錯(cuò)誤的方式千千萬萬，工程過程中，很難在安全問題的每一個(gè)支線上都提供足夠的“精力”和“資源”去預(yù)測與處理。這時(shí)候，基于AI和信息技術(shù)的數(shù)字孿生就能發(fā)揮巨大的作用：對偶發(fā)變量的實(shí)時(shí)的全系統(tǒng)性影響，進(jìn)行模型評估，最大程度保障物理過程的運(yùn)行安全。

    數(shù)字孿生在安全領(lǐng)域上的巨大價(jià)值，也是這一技術(shù)被率先應(yīng)用在“航天”工程上的原因�，F(xiàn)在包括車輛工程、城市管理、醫(yī)學(xué)過程等都在引入數(shù)字孿生概念和技術(shù)，以建立“更安全”的生活生產(chǎn)條件。

    數(shù)字孿生全面擴(kuò)大工程視聽?wèi)?yīng)用范圍

    數(shù)字孿生是一項(xiàng)重大的創(chuàng)新和信息技術(shù)應(yīng)用變革。作為信息終端系統(tǒng)，工程視聽產(chǎn)業(yè)渴望從中迎來進(jìn)一步的“大發(fā)展”：因?yàn)閿?shù)字孿生強(qiáng)調(diào)全維度的數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)建模、全壽命期的業(yè)務(wù)和物理過程管理，這必然帶來其應(yīng)用領(lǐng)域范圍的廣泛性、應(yīng)用業(yè)務(wù)層級的深刻性、應(yīng)用頻度也會更高。

    城市孿生、產(chǎn)品孿生、工程系統(tǒng)孿生、業(yè)務(wù)過程孿生、公共服務(wù)孿生……”等等，數(shù)字孿生的深刻變革，讓信息技術(shù)的社會滲透深度日益加深。未來社會將更具有“混合現(xiàn)實(shí)”的色彩。

    數(shù)字孿生”市場有多大，作為其“信息交互窗口”的視聽工程機(jī)遇就有多大——業(yè)內(nèi)人士指出，虛擬仿真、指揮調(diào)度中心、智慧城市數(shù)字城市，都曾經(jīng)成為工程視聽產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要窗口與機(jī)遇，數(shù)字孿生也不例外：差別只在于，數(shù)字孿生很可能是更大的“機(jī)遇”。