一、數(shù)字孿生參與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
數(shù)字孿生定義為一種軟件設(shè)計模式——以數(shù)字化方式拷貝一個物理目標(biāo)，模擬目標(biāo)在真實環(huán)境中的行為，對產(chǎn)品、制造過程甚至是整個工廠進行虛擬仿真——目的是掌握資產(chǎn)的狀態(tài)，響應(yīng)變化，改善業(yè)務(wù)運營和提升價值。
1、數(shù)字孿生為諸多大企業(yè)服務(wù)
企業(yè)實施物聯(lián)網(wǎng)的一個主要因素是，他們的數(shù)字孿生服務(wù)于企業(yè)內(nèi)外的不同生態(tài)圈與行業(yè)分支。54%的受訪人表示雖說他們的大多數(shù)數(shù)字孿生只為一個分支服務(wù)，但有時會應(yīng)用與多個分支;近三分之一的受訪人表示，他們的大部分或全部數(shù)字孿生都服務(wù)于多個分支和環(huán)節(jié)。比如說，互聯(lián)網(wǎng)汽車數(shù)字孿生的選區(qū)可以包括制造商、客戶服務(wù)提供商和保險公司，每一個都需要不同的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。
2、數(shù)字孿生往往互相融合
當(dāng)一個組織部署了多個數(shù)字孿生時，集成化它們可能是更有意義的。比如說，在具備物聯(lián)網(wǎng)連接的工業(yè)閥門、泵和發(fā)電機的發(fā)電廠中，每一個設(shè)備都有數(shù)字孿生的作用，以及復(fù)合型的數(shù)字孿生，它可以在整個設(shè)備中匯總物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，以深入分析整體運轉(zhuǎn)狀況。
數(shù)字孿生提供了與工業(yè)部門中運用的物理組件相對應(yīng)的虛擬目標(biāo)。比如說，制造汽車的機器人手臂可以運用數(shù)字孿生進行監(jiān)控，數(shù)字孿生搜集相關(guān)機械手臂操作的數(shù)據(jù)，并提供有關(guān)需要定期維護或更換的組件的信息。數(shù)字孿生可以使預(yù)測性維護更為容易，并提供有價值的可視化功能以提升效率。
現(xiàn)如今，基本上任何制造商都可以從支持傳感器和連接IoT的機器及設(shè)備搜集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)與基于云的機器學(xué)習(xí)和熟悉的CAD可視化系統(tǒng)融合起來，以數(shù)字化方式為物理目標(biāo)構(gòu)建虛擬模型，來模擬其在真實環(huán)境中的行為，并通過構(gòu)建整合制造流程的數(shù)字孿生生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)計劃到制造執(zhí)行的全流程數(shù)字化。數(shù)字孿生將真實與虛擬世界無縫連接，全流程賦能制造業(yè)，助力制造業(yè)數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型。
雖然這種設(shè)置比較復(fù)雜，但61%已經(jīng)實施數(shù)字孿生的公司已經(jīng)將至少一對數(shù)字孿生互相集成化，甚至更多——74%尚未集成化數(shù)字孿生的組織則將在未來5年內(nèi)集成化。然而，這個結(jié)果也意味著39%的受訪人尚未整合任何數(shù)字孿生應(yīng)用;其中，26%的人仍然不打算在5年內(nèi)這樣做。
二、數(shù)字孿生的提出源于工業(yè)4.0
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)模型和技術(shù)依托于數(shù)字孿生體（DigitalTwin），雖說這個概念產(chǎn)生于軍事領(lǐng)域，但很快獲得了領(lǐng)先工業(yè)企業(yè)的認(rèn)可，并投入大量資源做研究，這其中，美國通用電氣和德國西門子最為積極。從可以尋找到的書面證據(jù)來看，2011年3月美國空軍研究實驗室（AFRL，AirForceResearchLaboratory）做的一次演講，明確提到了數(shù)字孿生體，是最早的提出機構(gòu)。
據(jù)有限的資料表明，美國國家航空航天局（NASA，NationalAeronauticsandSpaceAdministration）也在同時期開始關(guān)注數(shù)字孿生體，但后續(xù)對數(shù)字孿生體體系的創(chuàng)建貢獻并不是很多，反倒是美國國防部馬上意識到數(shù)字孿生體是極具價值的工程工具，值得全面研發(fā)。與此同時，美國通用電氣在為美國國防部提供F-35聯(lián)合攻擊機解決方案的時候，也發(fā)覺數(shù)字孿生體是工業(yè)數(shù)字化過程中的有效工程工具，并開始運用數(shù)字孿生體去創(chuàng)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系。
三、探索數(shù)字孿生“城市大腦”
阿里云研究中心發(fā)表了《城市大腦探索“數(shù)字孿生城市”白皮書》，白皮書里特別提到，人類文明史上，每次科技大爆發(fā)都會重新決定全球城市的經(jīng)濟排名。未來，城市的數(shù)據(jù)資源會成為城市發(fā)展的戰(zhàn)略性資源，甚至于比土地資源更重要。計算能力會成為城市新的發(fā)展動力，城市擁有的計算力總量甚至于會決定城市發(fā)展的排名與潛力。
1、技術(shù)層面歸納解析
數(shù)字孿生城市建設(shè)依托云、網(wǎng)、端為主要構(gòu)成的技術(shù)生態(tài)體系，端側(cè)產(chǎn)生城市全域感知，深層次描繪城市體征狀態(tài)。網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生泛在高速網(wǎng)絡(luò)，提供毫秒級時延的雙向數(shù)據(jù)傳輸，打下了智能交互基礎(chǔ)。云側(cè)產(chǎn)生普惠智能計算，以大范圍、多尺度、長周期、智能化實現(xiàn)城市決策和控制。
與工業(yè)領(lǐng)域數(shù)字孿生創(chuàng)建模式類似，數(shù)字孿生城市是在更大范圍、更多場景下，整合全域感知、歷史累積、運行監(jiān)測等多元異構(gòu)數(shù)據(jù)，集成多科學(xué)、多尺度的仿真過程，集成指揮調(diào)度、運行決策、民生服務(wù)等智慧應(yīng)用，一同創(chuàng)建與現(xiàn)實城市共同生存、虛實交融的復(fù)雜巨系統(tǒng)，反應(yīng)現(xiàn)實城市運行全流程。
數(shù)字孿生城市，以全域數(shù)字化標(biāo)識和一體化感知檢測為數(shù)據(jù)孿生基礎(chǔ)，以全域全景的數(shù)據(jù)資源、高性能的協(xié)同計算、深度學(xué)習(xí)的機器智能平臺為城市信息中樞，以數(shù)字孿生模型平臺為城市運行信息集成化展示載體，操縱城市治理、民生服務(wù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等各系統(tǒng)協(xié)同運轉(zhuǎn)，形成一種自我優(yōu)化的智能運行模式，實現(xiàn)“全域立體感知、萬物可信互聯(lián)、泛在普惠計算、智能定義一切、數(shù)據(jù)驅(qū)動決策”。
（1）全域端數(shù)字化標(biāo)識
數(shù)字化標(biāo)識是萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)，是數(shù)字孿生城市創(chuàng)建的前提條件，是數(shù)字化空間中用于區(qū)別實體身份的基礎(chǔ)信息。數(shù)字孿生模式下，是一個實現(xiàn)物理世界與數(shù)字化世界的完全對應(yīng)、融合和演變，并驅(qū)動整個世界數(shù)字化、智能化的過程，為了更好地給城市創(chuàng)建精確的數(shù)字孿生模型，實現(xiàn)數(shù)字化與實體的精準(zhǔn)匹配，在城市范圍內(nèi)所有的終端具備唯一全局身份標(biāo)識。
（2）一體化感知和監(jiān)測體系
一體化感知檢測體系是萬物感知、萬物互聯(lián)、萬物智能的通道和入口，是數(shù)字孿生城市實現(xiàn)物理世界到虛擬世界的轉(zhuǎn)換的連接器。一體化感知和監(jiān)測體系包括感知設(shè)備、感知網(wǎng)絡(luò)和感知平臺，設(shè)備層提供各類智能終端具備物聯(lián)網(wǎng)感知模塊，成為了設(shè)備數(shù)據(jù)源；網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)建極速傳輸網(wǎng)絡(luò)，為城市各類傳感設(shè)備提供更廣闊的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，使感知數(shù)據(jù)從設(shè)備層傳輸?shù)狡脚_層；平臺層匯聚所有的感知數(shù)據(jù)，為城市大數(shù)據(jù)分析提供支撐。
（3）高性能協(xié)同計算能力
在數(shù)字孿生城市模式下，城市實現(xiàn)高度數(shù)字化，同時形成海量數(shù)據(jù)資源，高性能的協(xié)同計算將提供算力支撐，主要包括數(shù)據(jù)處理中心和邊緣計算中心，在城市所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點按照需求部署云計算和邊緣計算設(shè)施，為孿生數(shù)據(jù)城市提供運行決策。
（4）實時映射的孿生模型平臺
實時映射的孿生模型平臺是創(chuàng)建數(shù)字孿生城市綜合信息載體平臺，是城市統(tǒng)一“展示窗口”“決策中心”。通過加載全域全景的數(shù)據(jù)資源創(chuàng)建城市多維數(shù)據(jù)空間，運用GIS系統(tǒng)實現(xiàn)城市從地下到地上地理信息的數(shù)字化，運用BIM和CIM模型創(chuàng)建城市三維數(shù)據(jù)空間畫像，同時整合城市遙感、北斗導(dǎo)航、地理測繪信息、智能建筑等城市空間數(shù)據(jù)，在數(shù)字化空間模型仿真組建虛實映射的數(shù)字孿生城市模型。
2、數(shù)字孿生在智慧城市中的應(yīng)用
（1）城市大腦智能仿真控制交通
城市大腦對遍及全城的交通傳感器、視頻感知參數(shù)、公交車出租車、互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航的數(shù)據(jù)進行多源融合，構(gòu)成圍繞交通量、擁堵指數(shù)、主干道速度、快速路速度、安全指數(shù)的五大“生命體征指標(biāo)體系”，不同類別的數(shù)據(jù)間取長補短、交叉驗證，協(xié)助交管部門擺脫“霧里看花”、“盲人摸象”的困局，交通管理部門在切實可靠的實時數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，實時監(jiān)測預(yù)警，快速執(zhí)行“手術(shù)刀式”精準(zhǔn)治理，避免牽一發(fā)動全身的連鎖反應(yīng)。此外，在豐富的歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，城市大腦可以協(xié)助交管部門通過數(shù)據(jù)洞察早晚高峰期的民眾主要通勤線路，進而優(yōu)先確保“通勤大動脈”的出行效率，并通過城市大腦“公眾服務(wù)板塊”向各類公開渠道（例如高德）發(fā)布擁堵、引導(dǎo)消息，指引民眾選擇效率更高的通勤線路，減輕大面積交通沖突，提升全區(qū)域綜合效率。
（2）城市警情自動監(jiān)控
“全城感知”升級，以機器視覺、互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析替代交警巡邏，監(jiān)測交通事件。交通數(shù)據(jù)中臺廣泛連接、共享分析四類城市大數(shù)據(jù)源：(1)高德等互聯(lián)網(wǎng)實時交通數(shù)據(jù)，作為決策基礎(chǔ)；(2)路面視頻的數(shù)據(jù)，匯聚不同廠商攝像頭全量視頻；(3)路口地下線圈的數(shù)據(jù)；(4)交警機構(gòu)的卡口等數(shù)據(jù)。打穿政府部門間的數(shù)據(jù)孤島、系統(tǒng)孤島、決策孤島，實現(xiàn)從“單點感知”到“全面感知”，從識別車牌到識別路面萬物的智能進化，ET城市大腦中的“天曜”產(chǎn)品好比一個“眼觀六路，耳聽八方，運籌帷幄于千里之外”的虛擬交警，用全城路網(wǎng)上24小時在線、360o觀測的球機監(jiān)控替代一線警力巡邏，實時報警全城交通事故，20秒內(nèi)識別出汽車走快車道、摩托車上高架、行人橫穿馬路等全部交通違法行為，甚至發(fā)現(xiàn)案例高發(fā)路口的不合理交通規(guī)則進行優(yōu)化，不增加任何外場設(shè)備，在復(fù)雜社會環(huán)境中實現(xiàn)精準(zhǔn)布警、警力資源的可再生式發(fā)展。
（3）全生命周期式智慧醫(yī)療服務(wù)
數(shù)字孿生城市模式下，整合智能可穿戴設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備采集健康數(shù)據(jù)、電子病歷等各類人健康的數(shù)據(jù)，形成完備的個人醫(yī)療健康檔案?；颊叩牟√摂M病例及各項數(shù)據(jù)同步到云端，實現(xiàn)院際間、區(qū)域間、國際間的數(shù)據(jù)互通共享，打通遠程會診的通道，患者通過遠程醫(yī)療協(xié)同平臺，可以在虛擬醫(yī)院中實現(xiàn)在線掛號、遠程診斷，使就醫(yī)時間更便捷，也減輕了醫(yī)院壓力。