数字孪生是指通过各种传感器，如温度、湿度传感器等集成物理反馈数据，并辅以人工智能、机器学习和软件分析，在信息化平台内创建一个数字化模拟，这个模拟会根据反馈做出相应的变化。
山海鲸可视化通过数字孪生技术， 将物联网设备获取到的数据和3D空间渲染相结合，不仅可以直观的观察大棚种植中的常见的指标信息， 而且可以通过大屏管理中的开关对物联网设备进行直接控制，实现一站式的智慧大棚管理。
整个智慧蔬菜大棚系统分为四个模块，分别是园区概览，环境监测、设备服运维和安防管理，各个模块的数据可以通过山海鲸内置数据源接口和IOT协议与大棚系统进行对接。数据源支持实时刷新，模块内容支持自定义修改和定制化开发。
园区概览通过鸟瞰的形式整体呈现了多个大棚的位置和状态，同时周边图表展现了蔬菜种植的种类，种植的分布，产量分析和产值占比。
昼夜切换
通过点击昼夜切换按钮实现了白天和夜晚效果的切换，通过白天的动态光影和夜晚的灯光展现了蔬菜大棚在不同时间的外观。
区域联动
在3D模型中可以动态配置多个兴趣点位，并且可以对点位进行具体详情的设置。展现中通过点击标记点来展示不同蔬菜种植的具体位置和信息。
由于农业系统中对于大棚种植最重要的信息是大棚的整体环境和天气环境，因此环境信息通过对热力传感器和天气数据的整合，实时向管理人员呈现了当前大棚的环境状态，以便决定是否需要通过控制补光灯和风机对环境进行调节。
管理人员通过观察环境模块中的信息后，可以通过设备管理模块，直接对风机和补光灯进行 *** 作。不同大棚的风机和补光灯通过各自按钮可以实现独立的开关控制。
对于整个园区的安防摄像头进行统一的实时状态监测，通过ONVIF标准实时接入监控信息，并且在3D模型中展现了不同监控点具体的位置。对于管理人员更好的掌握园区当前的真实状况有着很好的辅助作用。
现今，科技已经成为农业不可分割的一部分，在农业智能化已成为我国现代农业发展新方向的背景下，智慧农业正在成为乡村振兴发展的重要路径。在这条路径之中数字孪生技术作为让智慧农业走近群众的关键技术环节，在未来还会有更加光明的发展前景。视频加载中
数字孪生作为实现虚实之间双向映射、动态交互、实时连接的关键途径，可将物理实体和系统的属性、结构、状态、性能、功能和行为映射到虚拟世界，为观察物理世界、理解物理世界、改造物理世界提供了一种有效手段。
虽然数字孪生在很多场景还只能作为决策辅助或参考，但是在未来，数字孪生将是数字化转型的重要内容。结合物联网、5G、大数据、云计算、虚拟现实等技术，数字孪生的应用空间正在不断扩展。
主讲人
陶飞： 北京航空航天大学教授
科普中国中央厨房
新华网科普事业部
科普中国- 科技 前沿大师谈
联合出品
更多精彩内容，请下载科普中国客户端。三要素是数据、模型、映射。
“孪生”的概念最早起源于美国国家航空航天局的“阿波罗计划”；
2003年前后，关于数字孪生（DigitalTwin）的设想首次出现于美国密歇根大学的产品全生命周期管理课程上；直到2010年，“DigitalTwin”一词在NASA的技术报告中被正式提出；
2012年，美国国家航空航天局与美国空军联合发表了关于数字孪生的论文，重点应用于未来飞行器发展。
近年来,随着多学科建模与仿真技术的飞速发展,数字孪生技术研究成为热点，得益于物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的发展，数字孪生在虚拟样机、数字孪生车间、数字孪生工业、数字孪生卫星、智慧能源、智慧工厂、交通、医疗健康等诸多领域得到成功运用。
面向未来网络发展,伴随着云计算、大数据、人工智能等技术的不断发展以及信息的泛在化,数字孪生技术也将更广泛地运用于人体活动监控与管理、家居生活和科学研究等领域,使得整个社会走向虚拟与现实结合的“数字孪生”世界。
数字孪生可以完全绕过现实实物，直接通过 *** 控数字孪生体进行模拟、仿真和预测。能够解决困扰已久的虚拟世界和现实世界连接交互的问题，充分利用模型、数据、智能并集成多学科的技术，面向产品全生命周期过程，具有可观的应用价值。
数字孪生技术可模拟出螺丝、设备、城市，也能复现精密复杂如人体的内在结构。
在产品研发的过程中，数字孪生可以虚拟构建产品数字化模型，对其进行仿真测试和验证。生产制造时，可以模拟设备的运转，还有参数调整带来的变化。数字孪生能够有效提升产品的可靠性和可用性，同时降低产品研发和制造风险。维护阶段，数字孪生也能发挥重要作用。
可以实现对物理设备的几何形状、功能、历史运行数据、实时监测数据（如轴承震动、转轴转速、定子电流、功率等）进行数字孪生建模，改变了传统的实体设备运行的“黑箱”状态，可实时监测设备各部件的运行情况。
将实体设备的历史故障与维修数据、实时工况数据，与故障诊断知识库相连，利用机器学习技术和知识图谱技术分析数字孪生体的情况，实现实体设备的故障检测、判断、定位与恢复。
同时在预测性维护方面，售后维护人员通过数字孪生体实时收集产品的各项内在性能参数关系曲线，分析各项性能偏差，提前预判产品零部件的损坏时间，以便主动、及时和提前提供维护服务，避免设备非计划停机带来的损失。
在新产品投入使用之前，可以利用数字孪生预先对生产计划排程，订单管理，质量管理，物料管理和设备管理，进行建模测试，找出最优方案，帮助企业缩短新产品导入周期，提高产品交付速度。缩短设计开发时间。数字孪生技术运用起来已经熟练掌握的Hightopo拥有独立自主研发、高性能引擎组件、一站式协同作业链以及可视化赋能产业生态的多项优势。
多年来始终坚持国产化，不依赖第三方商业或开源库，其自主研发核心产品可满足工业物联网现代化、高性能，不局限于单一平台的跨平台数据可视化需求；在技术领域追求极致性能，组件可承受万级甚至十万级别数据量。支持低代码完全贯穿全产业链做数字孪生产品，依托工业互联网平台实现装备的预测性维护与健康管理，已实现智能化、无代码、可配置的产业数字化管理。
在网络化协同方面，创建供应链流程和供应链上所有相关业务信息的镜像，可以实时监控执行情况，识别具有差异或结构故障的低效运行的供应链流程，提出针对具体企业及整个供应链物理资源和人力资源的最佳利用方案，提升运营效率，实现产业价值链的增值。例如，斯凯孚构建了全球供应链网络的数字孪生模型，员工通过分析实时同步的、可视化的供应链运行情况，就可以协调全球供应商的生产规模和运营计划，实现供应链的全球化协同。
“孪生”的概念起源于美国国家航空航天局的“阿波罗计划”，即构建两个相同的航天飞行器，其中一个发射到太空执行任务，另一个留在地球上用于反映太空中航天器在任务期间的工作状态，从而辅助工程师分析处理太空中出现的紧急事件。当然，这里的两个航天器都是真实存在的物理实体。2003 年前后， 关于数字孪生（Digital Twin） 的设想首次出现于Grieves 教授在美国密歇根大学的产品全生命周期管理课程上。但是，当时“Digital Twin”一词还没有被正式提出，Grieves 将这一设想称为“Conceptual Ideal for PLM（Product Lifecycle Management）”。
尽管如此，在该设想中数字孪生的基本思想已经有所体现，即在虚拟空间构建的数字模型与物理实体交互映射，忠实地描述物理实体全生命周期的运行轨迹。
中国的人口增长率尽管在新世纪呈现逐年下滑趋势，但受到人口基数和明显加快的城市化水平的影响，中国的人口在2021 年已经升至14亿。人口的急剧增加与都市化发展带来的交通拥堵、治安恶化、大气污染、噪音污染等多种“城市病”正严重影响着我们的生活。城市过大，在短时间过多人口集中到城市，不可避免地产生大批失业、交通拥堵、犯罪增加、环境恶化、淡水和能源等资源供应紧张等现实问题。以及由上述问题引起的城市人群易患的身心疾病，这些问题和矛盾又在一定程度上制约了城市的发展，加剧了城市政府的负担，使城市政府陷入了两难困境。
智慧城市建设发展已近十年，至今却无一个城市自我标榜已建成了智慧城市。事实上，智慧城市面临技术和非技术两大瓶颈难以突破，可谓举步维艰。
所谓技术瓶颈，是指基于云计算和互联网的聚合式的模式创新比较成功，而基于物联网、大数据、人工智能、区块链、量子通信等技术的原始创新极度缺乏，未出现杀手级应用，各功能模块有机融合的ONE ICT 架构未能实现，造成创新只停留在表面，城市运行和治理的水平有量的提升，但没有质的改变。
所谓非技术瓶颈，表现在智慧城市建设所需的庞大资金问题一直没有找到解决之道，政府和市场边界不好划分，工程周期长投入大充满变数，企业盈利和资本回报前景模糊，观望踯躅之下，推进效果可想而知。
此外，彰显智慧所必须的资源共享与业务协同机制也一直没有建立起来，信息打通仍困难，协同共治难实现。两大瓶颈悬而未决导致智慧城市疲态尽显停滞不前，现有的建设发展模式亟待突破。
数字孪生城市通过对物理世界的人、物、事件等所有要素数字化，在网络空间再造一个与之对应的“虚拟世界”，形成物理维度上的实体世界和信息维度上的数字世界同生共存、虚实交融的格局。物理世界的动态，通过传感器精准、实时地反馈到数字世界。数字化、网络化实现由实入虚，网络化智能化实现由虚入实，通过虚实互动，持续迭代，实现物理世界的最佳有序运行。
数字孪生城市将推动新型智慧城市建设，在信息空间上构建的城市虚拟映像叠加在城市物理空间上，将极大地改变城市面貌，重塑城市基础设施，形成虚实结合、孪生互动的城市发展新形态；借助更泛在、普惠的感知，更快速的网络，更智能的计算，一种更加智慧化的新型城市将得以创建。
数字孪生城市不仅赋予了城市政府全局规划和实时治理能力，更带给所有市民能感受到的品质生活体验。
提升城市规划质量和水平：数字孪生城市执行快速的“假设”分析和虚拟规划，可迅速摸清城市“家底”，把握城市运行脉搏；在规划前期和建设早期了解城市特性、评估规划影响，避免在不切实际的规划设计上浪费时间，防止在验证阶段重新进行设计，以更少的成本、更快的速度，推动创新技术支撑智慧城市顶层设计落地。
节省市民出行时间总成本：第一时间感知路况、事故报警、拥堵分流。为市民消除设备安全隐患，通过全城治安事件实时监测为市民带来关怀与安全感。
营造更加文明的 社会 风气：对于践踏草坪、非机动车占用机动车道、非机动车逆行等行为，在线推送到城市监督部门曝光，有效地起到警示作用，提升全民文明风气。
当前智慧城市应用需求主要包括以下几个部分：
智慧城市规划
在新区总体规划与详细规划公布以及城市方案设计阶段，需要将未来城市规划面貌按照1：1 复原真实城市空间，不同于以往传统的规划图纸与效果图，以最直观的方式呈现在城市管理者，城市设计者与大众面前。在细度上将数据颗粒度细化到建筑内部的一根水管、一根电线、一个机电配件，以及建筑外部的一草一木，在广度上覆盖了地上的地块、河流、道路、建筑，地下的管网、隧道和地铁线路，为城市建设实现可视化赋能，全面查看展望对城市未来蓝图，推演城市规划。协助城市管理者更直观与全面地对比城市设计方案，更好地做出城市规划决策。服务于城市规划、建设、运营全生命周期，为城市综合指挥中心各部门提供一张在线的蓝图，为后续城市建设提供支持。
数据面板需融合城市数据概况，人口密度，新城人口规划、建设用地规划、主城区规划等规划类相关数据，直观展示城市现状与未来规划指标。
智慧城市设计施工
在城市设计与施工阶段，需要通过三维数字仿真平台与工地基建仿真还原，在实现工程施工可视化智能管理的前提下，提高工程管理信息化水平。
数据面板需展示环境实时监测数据，项目工程信息，节点计划，现场管理人员名单与类型统计。做到项目管理、人员管理、安全管理一张图，保证施工人员安全实现人员高效管理调度，维护施工环境的绿色安全。
智慧城市管理运营
城市治理是推荐国家治理体系和治理能力现代化的总要内容，数字孪生仿真是实现“以数据智能支撑赋能行业，实现城市公共资源的优化配置和智能调度”的关键，是城市实现可调度、可运营、可评价的核心所在。
借助数字孪生技术，构建数字孪生城市运行场景，将极大改造城市面貌，重塑城市基础设施，实现对动态优化配置全市公共资源影响评估，并建设数字驾驶舱以数字化方式展现现在城市运营态势，实现城市管理决策协同化和智能化“态势有洞察”、“决策有支撑”、“处置有闭环”，确保城市安全、有序运行。
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