数字孪生的深海迷航

科技8个月前发布 soyouhui
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上世纪 70 年代,美国宇航局(NASA)筹划构建复杂的大型载人航天器。当时科学家们发现,航天任务进行当中,航天器的维护和修理面临着环境复杂、危险性高、故障不易排查等问题。

与其 ” 盲人摸象 ” 式的找故障,不如干脆做一个虚拟建模的仿真航天器。现实中的飞船哪里有问题,在数字系统中的镜像航天器上一目了然。

这是人类在探索宇宙中的一段插曲,也是人类探索数字孪生世界的因缘初始。

就像星空的面纱要逐层揭开,数字孪生的探索也在其后数十年逐步开展。从最初一台机器、一部设备的数字孪生,到工厂、园区乃至城市的数字化复刻;从只能看到数据流动的抽象数字孪生,走向了一砖一石,一草一木的仿真重现。

如果把数字孪生比作一场潜水,经过数十年的试探,浅海的风景已经有限。就像我们终究要乘着科技的舟楫,去到星空之外,去到智能深处。向着数字孪生世界的深海迷航,也已经在悄然间开启。

 

数字孪生的深海迷航

9 月 7 日,在 2023 腾讯全球数字生态大会数字孪生专场上,腾讯发布了全新的数字孪生产品矩阵,即 1 底座 3 平台(数字孪生底座、可视化平台、空间实时计算平台、实时仿真平台),将人工智能、实时计算、仿真推演、数据驱动等技术深度融合。这一动作,被广泛认为是抵达了数字孪生的深水区。

 

那么数字孪生的深海中,究竟藏着什么?

或许是智能进化的火种,或许是产业效率的激流,又或许是数实融合的宏大矿脉。

我们一起揭开这段,关于数字孪生的深海探索。

深海之下 ,

镜像世界

进入 21 世纪以来,伴随短途通信、物联网技术的崛起,实时传递运行数据成为可能。数字孪生也步入了从理论设想到产业实践的快速发展。出现了诸如工业组件孪生、系统孪生、工艺孪生、虚拟仿真等应用种类。工业、能源、游戏、智慧城市等产业,开始成为数字孪生的首批用户。

这将近二十年的发展历程中,数字孪生取得了长足的进步。如果我们沿用潜水的比喻,这一阶段实际上处于数字孪生的浅滩期,虽然技术与应用百花齐放,但缺乏基于数字孪生整体目标的统摄性与应用深度。从数字孪生作为科技设想被提出的那一天起,它的目标就非常明确,即在数字化的镜像世界里,实时并完整地实现目标物仿真复刻,且虚实之间可以进行双向映射,做到可预测和可控制。

 

数字孪生的深海迷航

但目前数字孪生实践,却大多具有一些不足:

 

1. 单向度。大多数数字孪生项目,都以 ” 大屏可视 ” 作为主要呈现方式。仅仅是能通过孪生体系看到现实中的数据流动,却无法以数字世界影响现实世界。

2. 低颗粒。数字孪生项目的另一个是特点,是仅仅将主要数据进行低颗粒度的归纳。比如一个交通体系的数字孪生,仅呈现出车辆数据,然而影响交通体系的因素的多样的,但多数细颗粒的数据,都被数字孪生体系排除在外了。

3. 对象单一。显而易见的是,越具有整体性、规模性的数字孪生系统,其价值也就越大。比如一座机场、一座工厂的数字孪生,价值显然高于一个闸口、一台机器。但受限于技术能力,大部分数字孪生都还处在仿真复刻对象比较单一的局限中。

在数字化、智能化的浪潮中,企业真正期待的数字孪生,显然不是简单的大屏可视与数据归纳,而是要做出真正与生产系统进行交互,提升产业效率,带来产业价值的全方位数字孪生体系。

更高的期待与有限的水平,催使数字孪生必须再进行一次下潜。

这次,数字孪生需要打破浅滩期单一目标、单一技术、可视不可控的种种局限。在价值上,要实现对大型、大规模物理实体的完整实时化表达;在数据上,构建全生命周期、全价值链的数据链路;在技术上,要融合仿真、AI、实时计算、知识图谱、物联网等新一代信息技术成果。最终打造出一个能够实现全息映射、仿真推演、分析预测、实时交互的镜像世界。

这次深海之旅,光是听上去就知道难度很大。

而它的契机,开始于腾讯的一个想法。

一个工程师的蓝海梦

2013 年,腾讯开始规划今天已经成为深圳地标建筑的滨海大厦。那时,腾讯内部开始有了一个非常科技,也非常具有工程师思维的想法:为什么不能在建设物理大楼的同时,在数字世界建一座孪生的楼宇?从而让数字镜像变成楼宇的操作系统与安全屏障。

 

数字孪生的深海迷航

(腾讯滨海大厦)

 

艺术家梦到了一片海,会选择去画一幅海洋;而工程师梦见了海,则会考虑怎么修一条去海边的路。秉承着工程师的文化基因与思维方式,滨海大厦的数字孪生设想,开始凝聚腾讯的各项技术积累,最终在大厦的建设过程中变为实践。而这些技术又沉淀下来,变为产业服务经验与可迭代的技术平台,以滚动前进的方式,从腾讯内部向各行各业延展——这就是腾讯的数字孪生起点。

2016 年,腾讯数字孪生技术的另一条重要支脉被打开。这一年,伴随着自动驾驶技术的崛起,腾讯决定将在游戏等领域充分积累的仿真技术释放到自动驾驶领域,从而满足自动驾驶研发过程中数字化测试的巨大需求缺口。而游戏仿真与现实车辆的结合,本身就是一种极具代表性的数字孪生。

十年以来,一个工程师思维推动的想法,变成了腾讯蔚为大观的数字孪生体系,开始覆盖园区、建筑、工业、能源、文旅等领域,成为腾讯在产业互联网领域的柱石之基。

更为重要的是,数字孪生的新航线,对于腾讯来说是一个技术逐渐汇聚、凝结的过程。我们必须知道,数字孪生并不是某种技术,而是若干技术在同一目标下的汇总。就像潜入深海不是需要某种技术,而是面对任何问题都要有相应的技术与解决方案作为对应。

 

数字孪生的深海迷航

(城市自动化三维建模)

 

在数字孪生的航线中,腾讯在各个科技领域的涓涓细流,汇聚成了一片技术蓝海。

比如说,游戏引擎中的物理引擎和渲染引擎,是数字孪生仿真在准确度与保真度上的基础。而腾讯在游戏领域的技术能力,在这个产业方向获得了充分释放。

数字孪生庞大的算力需求,则有赖于腾讯在云计算、云渲染领域提供算力支撑。基于云端的分布式计算,腾讯数字孪生可以极大减少算力限制对孪生应用带来的影响。

在对数字孪生价值愈发重要的 AI 技术方面,腾讯在自动化重建、仿真推演、多源融合传感等领域,都探索了 AI 技术与数字孪生深度结合的可能性,为行业拓展了技术融合的边界。

可视化高清、实时化通信对于数字孪生应用至关重要,腾讯领先的音视频技术,可以实现毫秒级编解码,满足数字孪生的低延时通信需求,从而实现更稳定的双向映射。

 

数字孪生的深海迷航

(数字孪生技术体系,源:《腾讯数字孪生云白皮书》)

 

这些各自处在不断进步轨道上的技术积累,围绕腾讯数字孪生,构成了螺旋状上升的能力矩阵,甚至变成了腾讯进入产业互联网时代的底气与底牌。

腾讯数字孪生与其他公司最大的不同,是能够通过完整的技术和产品,进入用户在产业互联网领域的核心流程,从而将数字孪生能力提升到可治理、可控制的 ” 深海阶段 “,而不再让数字孪生停留在只有大屏的 ” 浅滩期 “。

而今年的数字生态大会,可以看作腾讯数字孪生潜入深海的又一道分水岭。

从下潜探索,

到海底基地

看过深海科幻电影,或者玩过深海生存游戏的朋友,会有这样的感想。面对未知的深海,人类最开始会进行一次次下潜。而当未知变成已知,深海不再遥远,人类则会开始整合资源,建造海底基地,将其作为探索海洋世界的桥头堡与枢纽中心。

在探索了数字孪生世界整整十年后,腾讯也决定建造这样一座 ” 海底基地 “。

腾讯集团副总裁、腾讯智慧交通与出行总裁钟翔平在大会上表示,腾讯一直致力于推动数字孪生技术的发展和产业实践,用先进、完整、成熟、开放的数字孪生技术与产品,在产业数字化 ” 深水区 “,助力产业客户打造好看、可算、易管、善控的数字孪生应用,实现业务高质量发展。

经过十年的数字孪生探索之后,腾讯决定将积累的能力与经验进行整合。比如高精地图、大屏可视化、自动驾驶等关键技术实现集成与平台化开放。整合后的数字孪生能力,就构筑成了数字生态大会中发布的 ” 一个底座,三个平台 “,并且开放其面向合作伙伴的赋能。这样的动作可以理解为腾讯在数字孪生深海区构建了枢纽,从而可以推动整个生态向数字孪生深水区进行探索,促进全领域的技术跃迁与商业繁荣。

 

数字孪生的深海迷航

(腾讯数字孪生全新产品矩阵及应用场景)

 

具体而言,腾讯数字孪生产品矩阵本次完成的升级,是围绕空间构造、物联感知、时空计算、逼真渲染、仿真推演 5 大核心能力,构建了数字孪生底座 + 可视化平台 + 实时仿真平台 + 空间实时计算平台,从而让伙伴与用户能够低门槛、集成化获取腾讯的数字孪生能力,形成好看、可算、易管、善控的一站式数字孪生平台。

任何行业、任何企业的数字孪生探索,在今天都非易事,它需要触及到游戏科技、云计算、AI、仿真、高精地图等各方面的核心技术。技术门槛、开发难度与运维挑战都非常惊人。而在腾讯数字孪生一个底座,三个平台的加持下,伙伴与用户可以获得一站式数字孪生平台。其中,底座产品涵盖上千种丰富的物模型,云仿真平台支持云端 1000 个场景并发,低延时信号传输能够实现端到端延时控制在百毫秒级,空间计算支持 PB 级空间数据秒级查询结果输出。

在这座海底基地的加持下,数字孪生的深海迷航,会从腾讯能做到,变成用户能做到,千行百业能做到。

深海航道,由此通行。

航道与宝藏

关注科技领域的朋友,这些年总会在不经意间听到来自数字孪生的消息。比如某某地完成了数字孪生系统搭建,某某地的数字孪生应用令人惊艳,而如果我们仔细考察,会发现其背后多有腾讯的助力。

目前阶段,腾讯数字孪生已经覆盖了城市、交通、能源、建筑、制造、文旅等数十个行业的数字化转型,获得多个国家级奖项,并且与超过 300 家行业伙伴形成良好的合作关系,合作落地项目超过 500 个,伙伴生态持续扩大。

在腾讯打开的数字孪生深海航道中,很多用户都在镜像世界找到了期待已久的宝藏。其中最著名的,或许要属故宫。

如果看过《我在故宫修文物》,就会知道文物的保管、修缮、留存,一点一滴皆非易事。而数字孪生,已经成为今天故宫升级文保能力的新抓手。

在故宫博物院内,有一个故宫 · 腾讯联合创新实验室。实验室可以一体化采集文物的多维度数据,减少文物数字化全流程所需要的时间,提升数字化质量和流程效率。

 

数字孪生的深海迷航

(数字孪生技术助力打造故宫智慧文博样板间)

 

在这个实验室背后,是腾讯数字孪生团队与故宫博物院团队共同开发的 ” 数字孪生智慧管理平台 “。平台以腾讯数字孪生的核心能力为基础,实现了空间高精度建模、物联网可视化监测、设备与采集等多源数据融通,它可以在线上复刻建筑体的样貌和结构,同时依托物联感知能力,集成和联动了实验室拍摄、照明、环境、能耗、仓储等多重设备的运行信息,构建出一个与实体建筑互联互通的 ” 孪生空间 “。我们所说数字孪生低颗粒度的难题,就在故宫文保工作集合了光、热、湿度、能源等多重数据的数字孪生探索中得到了破解。

另一方面,这一平台在功能上包含了管线管理、能耗管理、恒湿管理、智能仓储、门禁管理、照明管理、环境管理等,除了综合态势的展现,更有设备之间的联动策略,从而打破了数字孪生对象单一、功能不全面的困境。

在世界最大规模的木结构古建筑中,实现最为领先的数字孪生探索。这一幕,就颇有数实融合的中国诗意。

而在浦东机场,我们则能看到数字孪生与现代社会的紧密耦合。为了保障飞行安全,提高机场运行效率,浦东机场在机坪部署了大量的智能化监测设备,对飞机的各类数据进行全方位采集,并通过 AI 视频分析平台,在数字孪生世界形成对机场与飞机的智能化监控。目前,这套体系实现了对航班地面运行过程中 19 个节点的全方位保障,已覆盖 290 个机位、数据的综合准确率已高达 98%。

与此同时,浦东机场还是数字孪生技术与多重数字化价值的交汇点。比如基于腾讯的数字孪生能力,结合低代码开发平台,浦东机场实现了机场一线人员利用 ” 拖拉拽 ” 方式开发业务应用,大幅降低了开发门槛。未来我们还将看到,在天气推演、机场资源调度、紧急车辆路线动态规划、机场进出港效率仿真、应急仿真等场景中,都有腾讯实时孪生平台提供的仿真能力。在机场服务领域,浦东机场与腾讯等伙伴携手,打造了覆盖精准定位、室内外导航、线上商城、停车、航班查询、物流配送等多类型的服务能力。

 

数字孪生的深海迷航

(浦东机场机坪,源:浦东机场官网)

 

从中不难看出,我们距离数字孪生并不遥远,数字孪生的深海之旅也并不神秘。一件被妥善保护的文物,一次高效的出行,一个园区省了电,一座工厂早下班。这些就是数字孪生带给世界的保障,这就是腾讯数字孪生所通向的地方。

再回首,世界已经有了清晰的数字倒影。

再出发,镜像中的数字深海,风景动人依旧。

数字孪生,正让万物充盈且伟大。

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