为什么要加快推进数字孪生技术？

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。

一、数字孪生发展背景

“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。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。

直到2010 年，“Digital Twin”一词在NASA 的技术报告中被正式提出。近年来，数字孪生得到越来越广泛的传播。同时，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，数字孪生的实施已逐渐成为可能。

现阶段，除了航空航天领域，数字孪生还被应用于电力、船舶、城市管理、农业、建筑、制造、石油天然气、 健康 医疗、环境保护等行业。特别是在智能制造领域，数字孪生被认为是一种实现制造信息世界与物理世界交互融合的有效手段。

二、数字孪生的定义及典型特征

（1）标准化组织中的定义
数字孪生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达，该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛，并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图，有助于优化整体性能。
（2）学术界的定义
数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟实体，借助 历史 数据、实时数据以及算法模型等，模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程的技术手段a。
（3）企业的定义
数字孪生是资产和流程的软件表示，用于理解、预测和优化绩效以实现改善的业务成果。

三、数字孪生特征

保真性：数字孪生的保真性指描述数字虚体模型和物理实体的接近性。要求虚体和实体不仅要保持几何结构的高度仿真，在状态、相态和时态上也要仿真。
实时性：数字孪生技术要求数字化，即以一种计算机可识别和处理的方式管理数据以对随时间轴变化的物理实体进行表征。表征的对象包括外观、状态、属性、内在机理，形成物理实体实时状态的数字虚体映射。
互 *** 作性：数字孪生中的物理对象和数字空间能够双向映射、动态交互和实时连接，因此数字孪生具备以多样的数字模型映射物理实体的能力，具有能够在不同数字模型之间转换、合并和建立“表达”的等同性。
闭环性：数字孪生中的数字虚体，用于描述物理实体的可视化模型和内在机理，以便于对物理实体的状态数据进行监视、分析推理、优化工艺参数和运行参数，实现决策功，即赋予数字虚体和物理实体一个大脑。因此数字孪生具有闭环性。

四、数字孪生与仿真技术的区别

仿真技术是应用仿真硬件和仿真软件通过仿真实验，借助某些数值计算和问题求解，反映系统行为或过程的模型技术，是将包含了确定性规律和完整机理的模型转化成软件的方式来模拟物理世界的方法，目的是依靠正确的模型和完整的信息、环境数据，反映物理世界的特性和参数。仿真技术仅仅能以离线的方式模拟物理世界，不具备分析优化功能，因此不具备数字孪生的实时性、闭环性等特征。

数字孪生需要依靠包括仿真、实测、数据分析在内的手段对物理实体状态进行感知、诊断和预测，进而优化物理实体，同时进化自身的数字模型。仿真技术作为创建和运行数字孪生的核心技术，是数字孪生实现数据交互与融合的基础。在此基础之上，数字孪生必需依托并集成其他新技术，与传感器共同在线以保证其保真性、实时性与闭环性。

简单的说，数字孪生是物联网设备的数字化。数字孪生通过使用传感器收集有关物理项目的实时数据，充当物理世界和数字世界之间的桥梁。然后，这些数据用于创建项目的数字副本，从而允许对其进行理解、分析、 *** 作和优化。

多年来用于描述数字孪生技术的其他术语包括虚拟原型、混合孪生技术、虚拟孪生和数字资产管理。即物理对象的虚拟映射，在问题发生之前先发现问题，监控在虚拟模型中物理对象的变化，诊断基于人工智能的多维数据复杂处理与异常分析，并预测潜在风险，合理有效地规划或对相关设备进行维护。Hightopo 作为数字孪生技术的排头兵，致力于通过新一代科技手段，提升城市科学化、精细化、智慧化的治理及运行。

拥有三维仿真技术，自主研发了基于 HTML5 的 2D、3D 图形渲染引擎，为 Web 可视化提供了丰富的展示形式和效果。

在工业领域，通过数字孪生技术的使用，将大幅推动产品在设计、生产、维护及维修等环节的变革。一 一应对虚拟资产的实际资产，使资产管理三维可视化运营维度更加直观。全域感知、运行监测，并整合历史积累数据进行运算，还要做到快速及时地输出信息。

通过数字孪生技术，不仅能够对工厂设备进行监测，实现故障预判和及时维修，还可以实现远程 *** 控，远程维修，极大降低运营成本，提高安全性。

值得关注的是，在国家新基建政策推动下，5G、物联网、工业互联网、卫星互联网等通讯网络基础设施以及人工智能、云计算、区块链等新技术基础设施正在高速发展与完善，这样的发展会极大促进中小企业集体性加快信息化的步伐和自动化水平的提升，并给中小企业带来虚实结合的平台基础，特别工业互联网的发展给中小企业应用数字孪生技术带来了更多的可能性。相信用不了多久，中小企业也一样可以用数字孪生技术来为企业赋能，降本增效！

且由于数字孪生具有将虚拟空间和物理实体紧密融合的特点，所以在 5G 技术下，数字孪生将更容易落地。

人工智能技术专业会学习数字孪生。数字孪生，也称为数字映射、数字镜像，指的是在信息化平台内模拟物理实体、流程或者系统，类似实体系统在信息化平台中的双胞胎。借助数字孪生，可以在信息化平台上了解物理实体的状态，甚至可以对物理实体里面预定义的接口组件进行控制，从而帮助组织监控运营、执行预测性维护和改进流程。数字孪生是大数据、人工智能、物联网和深度学习等蓬勃发展背景下，在传统仿真技术基础上孕育而生的新技术。

“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。

数字孪生（Digital Twin）是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为。

简单的说，数字孪生就是在云端搭建一个和实际场景一模一样的虚拟现实环境，把实际环境的变化映射到虚拟现实场景中；同时，在虚拟现实场景中的 *** 作也同步影响现实世界中的设备运行。数字孪生的核心有两个，一个是物联网，一个是三维可视化仿真。

其实，用一句话简单概括：数字孪生就是在一个设备或系统的基础上，创造了一个数字版的“克隆体”。就好比现实世界的你拥有了一个数字世界的 “孪生兄弟”， 你俩完美同步，数字世界的他甚至会比你更快地看待未来世界，提前告诉你未来会发生什么，如何应对。

各类信息技术
专业方向是指在本科课程设置以及学习中所侧重的方向，主要是与以后的就业目标相结合。
如新闻专业，按照就业方向的不同，专业方向又分为广播电视新闻、广告以及纸媒等，就是表明了以后可能要从事的职业方向的不同，虽然都是新闻专业，但是就业方向就会在广播、电视、纸媒等不同的地方。

以技术创新为驱动，伴随着中国IT业不断成长和发展，2004年创办的海博 科技 是国内最早一批将大数据、人工智能技术应用在平安城市运营和智慧公安建设的企业，曾参与保障北京奥运会、海军节、世园会、全运会、APEC等诸多国际重大活动，以及天网工程、平安城市等国家级重点项目建设，产品及创新解决方案研发能力处于国内一流水平，一个以海博为核心的“AI+”生态圈正在加速构建。

如今，海博 科技 与华为、阿里巴巴建立战略合作伙伴关系，与海信进行视频解码的相关技术研究，……全面推动公共安全、智慧城市、大 健康 等领域的“AI+”升级，以算法引领数字孪生，赋能城市升级。

（一）多款“AIoT”智能产品国内领先

作为山东省第三批“瞪羚企业”，海博 科技 正如瞪羚一样，已跳跃进入了高成长期。2018年是海博人最自豪的一年，“这一年我们干了两件大事，一是圆满保障了上合组织青岛峰会，二是企业产品化转型成功。”山东海博 科技 信息系统股份有限公司总经理韩东明表示。

2018年公司团队全面支撑上合组织青岛峰会视频保障工作，协助客户以环鲁、环青、环城三道防控圈为核心，整合城市监控视频、移动警务视频、海警船4G视频、卫星通信视频等，构建起海陆空视频监控联动的“天罗地网”，为各单位在指挥调度、 社会 面管控、要人警卫、应急处突、反恐防爆、情报预警等6个维度提供稳定智能的视频安保支撑。海博 科技 自主研发的视频云警务大数据实战平台，连续6024个小时以全面、稳定的场景能力保障活动安全有序举行。

2018年，海博 科技 在“AIoT（人工智能物联网）”智能产品研发上取得了极大的突破。技术研发团队凭借对人体行为分析、手势识别、图像深度学习、视频智能分析等技术的研发和创新应用，打造了多款“AIoT”智能产品，覆盖终端用户，包括智能警用无人机、警务终端、智能车载、智能体检机器人等。

（二）加强技术攻坚，持续以算法引领智慧城市赋能升级

公司的人体行为分析技术，可“实现同时对数十人的面部表情、手势、身体行为进行捕捉、识别和分析，进而做到行为预测、深度生物识别”，尤其视频大数据、人工智能产品及创新解决方案研发能力，始终在公共安全和民生领域处于国内领先。

经过对驾驶员体检业务以及相关技术应用的研究，海博 科技 研发驾驶员智能自助体检机，实现了由项目型向产品型软件公司转型的战略升级。目前拥有包括软件著作权、实用新型专利等在内的近50余项知识产权。，海博 科技 近年来成功研发推出了国内领先的驾驶员智能自助体检机。

海博 科技 在与公共安全领域用户的业务合作中发现，通过人工智能技术对提供驾驶员体检服务已经具备了技术可行性，并且也有较大的现实需求。这是一套融合了视频图像深度学习、人工智能算法、多模态感知等技术，对人体行为进行智能化检测的AIoT设备。“在学车诉求较强的旺季，一台驾驶员智能自助体检机一天能实现100余人的体检业务，彻底改变驾驶员体检线下模式，减轻体检人来回奔波、浪费人力物力，提升服务效率，有效降低整个 社会 成本，取得良好的 社会 效益和经济效益。”

（三）打通城市警务体系“毛细血管”

在技术人才方面，海博 科技 长期专注于大数据和人工智能领域的 科技 研发及技术创新工作，现已形成稳定的团队，围绕公司目前的核心产品，已攻克了多个行业共性难题。

近年来，海博 科技 共有21个独立开发的项目列入青岛市技术创新重点项目计划，与哈尔滨工业大学成立校企联合实验室，达成产学研合作项目1个，共同进行“监控视频分析与处理”项目的研究开发，开展人工智能以及视觉技术分析等内容的技术研究，分别与中国海洋大学、山东大学达成合作意向，双方未来将在人才、技术、设备等多方面进行合作。依托这些技术，公司在2020年推出海博锐鹰智慧警车系统，将算力、本地解析能力从市局、分局前移到民警手中，以边缘计算、人工智能算法打通城市警务体系“毛细血管”。

此外，海博 科技 还积极与上下游企业进行技术交流，“用 科技 守护美好生活”是海博 科技 的企业使命，每时每刻都在守护和改变着这个城市。秉持“智汇物联，安创未来”的信念，希望通过海博的研发和努力，能让城市更加安宁、和谐，美好。

（四）“数字孪生”推动城市智慧升级，从虚实结合到虚实互动，智慧孪生城市未来已来。

数字孪生作为实现数字世界与物理世界实时互动的重要技术，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，数字孪生与国民经济各产业融合不断深化，有力，成为我国经济 社会 发展变革的强大动力。

在推动智慧城市建设中，公司的计算机视觉识别技术就破解了夜间识别这一长期的行业痛点，实现了复杂环境的精准识别与定位。针对公安业务需求，海博 科技 研发了近二十项“专家+实战型”智能研判技战法模型，极大丰富了预警、研判、指挥、管控等手段，让行业尖端技术真正成为用户一线实战强有力的“武器”。

在公共安全领域，海博 科技 立足于场景化和互联网化的思维，以人工智能大数据为服务基石，基于领先的人脸识别车辆识别技术，在智能安防领域不断取得重大进步。联合安全领域全球合作伙伴共同打造出端到端公共安全解决方案，以视频解析为中心，构建大数据可视分析决策平台——智慧公安创新应用实验室。汇聚人脸识别、视频结构化、车辆识别等功能模块，实现海量视频价值数据的存储、管理和智能化应用，助力实现数字警务、智慧公安的美好愿望。

回溯创业历程，创始人深有感触：“正是对团队、员工以及客户的信任，让海博 科技 从不到十人的创业团队，一步步发展成为国家高新技术企业、山东省瞪羚企业，也让我们有勇气、有信心实现让海博的产品服务每座城市的目标。”

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