数字孪生的应用场景（数字孪生五）

前面我们已经介绍了数字孪生的技术体系和关键技术，这回我们介绍数字孪生的应用领域。

本文共3883字，阅读大约需要5分钟。

数字孪生是一个普遍性适用的理论技术体系，可以用于产品设计、产品制造、工程建设、城市管理、医疗服务等领域。数字孪生是实际物理产品的数字化表达，在设计与生产的过程中，仿真分析模型的参数，传输到产品定义的全三维几何模型，再传输到数字化生产线加工成真实的物理产品，再通过在线的数字化检验/测量系统反映到产品定义模型中，进而再反馈到仿真分析模型中。通过数字化纽带集成生命周期全过程的模型，并与实际智能制造系统、数字化测量检测系统、嵌入式信息物理融合系统（CPS）进行无缝集成和同步，使得我们可以在这个数字化产品上看到实际物理产品可能会发生的状况。

IBM在2008年11月提出了“智慧地球”理念，引发了建设智慧城市的热潮，数字化、网络化及智能化被公认为是未来社会发展的大趋势，近些年来，一些国家也纷纷开始将数字孪生应用在智慧城市的建设中来。

中国以“智慧城市”和“新基建”为代表的建设模式虽然起步较晚，但暴发速度前所未有。目前全球近1000个提出智慧化发展的城市中，有近500个中国城市，占全球数量的48%。这为中国下一阶段的城市和基础设施发展奠定了基础。2019年中国新型智慧城市规模超过9000亿元，未来几年将保持较快速度增长，预计到2023年市场规模将超过1.3万亿元。当前，安全综治、智慧园区、智慧交通是智慧城市建设投入的重点，三大细分场景规模占智慧城市建设总规模的71%，而城市级平台、机器人等新技术和产品则在快速落地，被更多城市建设方采纳和应用。

图.中国城市智慧化细分市场占比（单位：%）

近年的数字孪生城市的构建，更是引发城市智能化管理和服务的颠覆性创新。新加坡利用仿真系统CityScope, 为城市管理搭建了“5D智能城市平台”，基于此平台，基础设施开发过程可以实现数字化，实现对城市的仿真优化、规划决策等功能以及城市的数字化全生命周期管理; 荷兰第二大城市鹿特丹利用该市的数字孪生系统，来改善基础设施维护、能源效率、道路和水上交通，以及帮助消防员在紧急情况下出行任务；西班牙在城市里广泛部署传感器，感知城市环境、交通、水利等运行情况，将数据汇聚到智慧城市平台中，初步形成数字孪生城市的雏形等等。

而在国内，数字孪生已在智慧城市建设中有较多落地应用。比如，雄安新区融合地下给水管、再生水管、热水管、电力通信缆线等12种市政管线的城市地下综合管廊数字孪生体让人惊艳；江西鹰潭“数字孪生城市”荣获巴塞罗那全球智慧城市大会全球智慧城市数字化转型奖。

基于数字孪生五维模型可以构建数字孪生城市，通过数字化建模建立物理城市相对应的虚拟模型，虚拟城市可模拟城市中人、物、事、交通、环境等全方位事物在真实环境下的行为。基于在城市各个层面布设传感器采集物理城市的实时数据，将虚拟城市的仿真数据和城市传感数据结合，驱动数字孪生城市的发展和优化，最终实现为城市交通管理、城市生态与环境治理、城市公共安全、城市民生服务、市政规划提供智慧服务。

在2019年，RayData携手腾讯与上海静安区政府共同建设一个全联接、全场景、全智能的“数字静安”，实现不同政务部门的深度融合，创新和重塑传统的管理模式、业务模式和运作规则。

“静安政务大脑”是一个围绕城市的三大基础要素：人口、法人和土地，将政府丰富的治理经验与庞大的政务数据、社会数据相结合的平台型人工智能中枢。目前可提供智能人口预测、智能规划、智能营商、智能监管和智能区情等五大基础能力输出，已为11个政府部门提供了23个应用场景的支持。

阿里云研究中心发布的《城市大脑探索“数字孪生城市”白皮书》中提出通过建立数字孪生城市，以云计算与大数据平台为基础，借助物联网、人工智能等技术手段，实现城市运行的生命体征感知、公共资源配置、宏观决策智慧、时间预测预警等，赋予城市“大脑”。阿里云提出的城市大脑与数字孪生城市建设的思路基本吻合，它通过实时处理多源的超大规模全量数据，基于机器学习洞悉其中隐含的复杂规律，能够制定超越人类局部次优决策的全局最优决策，并且在城市交通体检、城市警情监控、城市交通微控、城市特种车辆、城市战略规划这5个应用场景中部署实施。

依托于“1134”基础设施，统一城市数据资源平台，一体化信号灯控制，三大数据源（高德互联网数据，路面物联网数据，路面视频数据），四种视频服务（天曜、天鹰、天机、天擎）。目前已经帮助国内苏州、杭州等多个城市地区完成向新一代数字孪生城市的转型升级，各地交通部门因“数”制宜，在城市数据资源平台上，与机器智能并肩作战，日日夜夜运营着一张有温度的城市交通协同网。证明数字孪生城市可以推动城市设计和建设，辅助城市管理，使城市生活和环境更加美好。

智慧医疗保健是数字孪生智能化应用的重要组成部分。通过移动监测、移动诊室、无线远程会诊、智慧处方、医疗信息云存储等智能技术手段，可提升城市诊疗覆盖面与效率，促进城市医疗资源的合理化分配。进一步利用物联网技术构建“电子医疗”服务体系，实现医疗监护设备的小型化、无线化、发展智慧家庭健康保健、智能健康监护，可大幅降低城市公众医疗负担，缓解城市医疗资源紧缺的压力。具体应用需求如下 ：

基于患者的健康档案、就医史、用药史、智能可穿戴设备监测数据等信息可在云端为患者建立“医疗数字孪生”，并在生物芯片、增强分析、边缘计算、人工智能等技术的支撑下模拟人体运作，实现对医疗个体健康状况预测分析和精准医疗诊断。如基于医疗数字孪生应用，可远程和实时地监测心血管病人的健康状态；当智能穿戴设备传感器节点测量到任何异常信息时，救援机构可立即开展急救。同样通过医疗数字孪生还可通过在患者体内植入生物医学传感器来全天监控其血糖水平，以提供有关食物和运动的建议等。

1) 精准医疗，精准医疗是未来的诊疗模式。基于医疗数字孪生，医生可通过对患者健康大数据（基因、生活习惯、家族病史和病例）的搜集和分析，进而提出个性化、针对性的治疗方式和药物，实现精准诊断与治疗。这种模式不仅用于患者的疾病治疗，更侧重于对人们疾病的预防。最大的可能是医生根据患者的基因、生活习惯等因素制定独特的药物和方案。个性化药物使医疗效率得到优化，药物副作用降低，住院率下降，最终会体现在患者整体医疗成本的下降，也缓解了医疗资源的不足问题 。

2) 健康监测与管理，在个人的健康监测与管理方面，通过数字孪生可以更清楚地了解我们身体的变化，对疾病做出及时预警。未来通过各种新型医疗检测和扫描仪器以及可穿戴设备，我们可以完美地复制出一个数字化身体，并可以追踪这个数字化身体每一部分的运动与变化，从而更好地进行健康监测和管理。但同时，时刻监测反馈所带来的心理暗示是否会影响人类健康又会成为课题 。

3) 远程医疗，通过 5G 等传输技术，远程医疗也将能够更为普及。目前全国首例基于 5G 的远程人体手术——帕金森病“脑起搏器”植入手术成功完成，这对实现优质医疗资源下沉、实现自动诊疗有着重要意义 。

随着近几年人工智能 (Artificial intelligence,AI)及大数据技术的飞速发展,诸多领域借助相关技术取得重大突破,AI技术正在逐步走进医疗领域。其中,AI辅助医疗决策是一个研究的热点,其主要应用是通过大数据、机器学习和自然语言处理等智能技术,学习医疗知识、挖掘病历数据、分析医学影像等,从而帮助医生诊断疾病,为患者治疗方案的确定提供依据并推荐治疗方案。虽然已有的智能决策系统取得了一定的成果,但是在实际应用中仍然存在一些问题：

1) 现有智能诊疗系统过多需要医生参与, 不利于医生诊疗效率的提高;

2) 现有的智能诊疗系统覆盖医疗领域不够全面, 对专科医生的意义不大;

3) 对于慢性疾病的诊疗, 需要对患者身体进行长期的监测和管理, 现有智能诊疗系统大多只限于医院门诊中。

一个典型的数字孪生医疗系统,包含资源层、感知层、虚拟资源层、中间件层、服务层及用户接口层。其中,资源层包含与患者相关的软硬件资源及历史数据等;感知层用于实时采集和传输患者的身体状态数据;虚拟资源层基于数据虚拟化物理实体,包含虚拟的医疗资源、虚拟患者等；中间件层包含服务管理、数据管理、知识管理、仿真管理等功能;服务层基于底层的支持提供用户所需的服务如用药支持等；用户接口层提供给用户数字孪生医疗系统的可视化和管理功能界面。基于数字孪生医疗系统, 医护人员可以通过各类实时感知数据精准分析病人的病况， 在虚拟病人上预演不同的治疗方案, 降低手术风险. 未来, 可能每个人从出生开始就会有自己的数字孪生, 它可以帮助人们及时了解自己的健康状况，调整饮食和作息。

为了让“数字孪生体”更好地呈现在管理运营人员的眼前，RayData携手腾讯为其“量身定制”了一套可视化交互管理系统，基于数据实时渲染技术，实现数据实时图形可视化、场景化以及深度交互。

通过可视化大屏从全国版图、指定区域到指定关键设备，全面、集中、动态地展示了中俄东线站场管理、线路管理、工艺运行与设备等智能化管控技术。可以全方位、全周期的监控“数字孪生体”的运营状态，为管道工程的运营运维、风险排查提供精准、实时的信息数据。

显而易见的是，数字孪生技术正在解锁工业4.0时代下更多的智能形态。比如RayData与腾讯机器人实验室Robotics X等合作伙伴，共同打造工业智能机器人，凭借自助规划、远程实景操控以及视觉感知等核心技术，可以在危险复杂的环境下完成任务。

通过与园区安全监测系统对接，结合AI机器人智能识别分析技术，RayData化工与机器人产品融合系统将园区众多离散的监测数据进行融合，实时呈现在可交互的三维数字孪生场景中。管理运维人员可在系统上实时了解园区当前的隐患点位及风险详情，也可远程操控AI机器人进行拍摄等任务操作，提高对化工园区安全态势判断的准确性。

喜欢本文的话，欢迎关注活在信息时代哦：）