数字孪生驱动工业智能化发展 星科技•专精特新“小巨人”

  合重要的复合技术，数字孪生在各行业的需求日益高涨，目前已被大范围的应用于智慧城市、人机一体化智能系统、智慧医疗等诸多领域。未来，随着政策环境优化、技术演进以及行业标准和体系逐步成熟，数字孪生应用场景广度和深度将进一步拓展，推动行业市场规模迅速增长。

  36氪研究院 《2022年中国数字孪生行业洞察报告》显示，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方法，贯穿由实向虚、再由虚控实的全流程闭环。

  数字孪生凭借其整体规划、信息可视化、风险预测、辅助决策等应用价值，被大范围的应用于工业和民生的所有的领域，对于提升产品设计精度、提升生产效率和交通运行效率等方面具备重要意义，已成为数字化的经济及产业元宇宙发展的重要动力。

  根据IDC数据，预计到2025年，全球数字孪生市场规模将增至264.6亿美元，2020-2025年CAGR高达38.35%。随着基础理论和关键核心技术瓶颈不断突破，数据源、可视化、模拟仿真等要素将得到持续优化，推动数据集成类型和范围扩展以及建模效率和精度提高，从而逐步推动数字孪生应用广度和深度的提升。

  作为实现虚实融合重要的复合技术，数字孪生在各行业的需求日益高涨，目前已被大范围的应用于智慧城市、人机一体化智能系统、智慧医疗等诸多领域。

  其中，数字孪生在智慧城市中的应用不断拓展深化，主要基于遥感、传感器等技术实现城市全要素数据汇集，构建城市数字孪生体，并运用大数据、人工智能、云计算等技术提高其精确度，最终帮助实现交通、气候环境、仓储物流等社会民生的有效监测及治理。

  科技日报介绍，在2010年，美国国家航空航天局已明确将数字孪生纳入其技术路线图。近年来，数字孪生技术发展迅速，并开始在很多生产生活场景中得以应用。

  在制造领域，通用电气公司利用数字孪生技术，对飞机发动机进行实时监控、故障检测和预测性维护，防患于未然；法国达索系统公司基于数字孪生开展对汽车研发的模拟仿真，为宝马、特斯拉、丰田等优化产品设计，显著缩短研发周期，大幅度的降低了传统物理测试方式的成本。

  在城市治理领域，新加坡政府主导推动的“虚拟新加坡”项目，通过数字孪生实现动态三维城市模型和协作数据平台；2020年9月，北京“海淀区时空一张图”开启了旨在助力城市治理的“数字孪生海淀”序幕。

  中国是工业大国，数字孪生的研究和应用有非常广阔的空间，也得到了政策的全力支持。今年以来，国家发改委、工业与信息化部、国资委等部门相继出台相关文件，部署发展数字孪生技术，发挥其在培育新经济发展、国企数字化转型等领域的积极作用。

  36氪研究院整理汇总了近年来我国多部委出台的有关政策，助力数字孪生技术和应用发展。

  科技日报认为，数字孪生的发展，正逐渐使其成为实现工业智能化的“关键基础设施”。中国工程院院士李培根表示，新一代人机一体化智能系统的重要应用是工业互联网与数字孪生。中国工程院院士柴天佑认为，数字孪生技术将是未来智能系统的重要组成部分，是推动决策与控制一体化的重要数字媒介。

  工业的数字化智能化转型是国家确定的战略目标。这一领域既有着广阔的未来市场发展的潜力，也对供给侧的技术和服务提供者提出了高要求：

  二是需要深入理解所服务的工业行业，构建行业知识图谱，实现信息技术与工业的融合发展；

  三是需要具备生态化思维。作为世界上最大的工业体系，中国工业的转型之路既非一朝一夕之功，也非一家一企之事，而是需要一批兼具领先技术和落地意识的数字孪生技术和服务提供者，形成良性发展的生态圈，才能满足供给侧结构性改革的要求。

  二是需要深入理解所服务的工业行业，构建行业知识图谱，实现信息技术与工业的融合发展；

  三是需要具备生态化思维。作为世界上最大的工业体系，中国工业的转型之路既非一朝一夕之功，也非一家一企之事，而是需要一批兼具领先技术和落地意识的数字孪生技术和服务提供者，形成良性发展的生态圈，才能满足供给侧结构性改革的要求。

  数字孪生技术通过对物理对象构建数字孪生模型，实现物理对象和数字孪生模型的双向映射，已应用于产品研制设计、生产制造等环节，并正向企业经营、城市治理等领域拓展，在提升效率的同时，还将推动公司制作经营和城市治理实现数字化基础上的模式创新。

  近日，北科天绘助力某电网公司实现新型变电站建设。北科天绘2005年由留学归国人员创立，专注于激光雷达和航空遥感技术及产品的研发和生产，是国内具备测绘、导航两大类高端激光雷达研制能力的国家高新技术企业。

  电网公司为推进电网智能化提升和数字化转型工作要求，创新引入“数字孪生”技术，对变电站500kV、35kV、110kV和220kV区域设备及旁边的环境做测量，开展“数字孪生”变电站建设，通过三维实景重构，实现对变电站的智能监控管理。由于机载激光雷达获取的数据存在点云缺失，采用地面激光雷达可以有效弥补电力设备的侧面及底部细节缺失问题。

  项目借助北科天绘拥有完全自主知识产权的U-Arm地面三维激光扫描仪完成，分布式采用13次架站，来覆盖变电站的全部区域扫描。2人协作，1人操作UA设备，1人摆设靶标球，辅助后期点云拼接。每站架设时间约3分钟，扫描3分钟，约6分钟。

  在数据处理方面，数据预处理采用北科天绘自研处理软件Starsolve，解算出标准Las点云，每站约3分钟。数据后处理采用RealWorks软件进行两次扫描的点云数据拼接，根据同名点匹配原理，两次扫描的点云中找到3个同名点，即可进行数据的融合。该过程简单易操作，处理时间约2分钟。机载系统融合同样采用RealWorks软件，寻找地面扫描点云与机载扫描点云的三个同名点，进行点云配准。将地面扫描仪扫描的点云数据与机载点云完美融合，具备相同的绝对坐标。

  机载点云与地面点云融合效果无分层，融合较好，大大补充了变电站底部的点云细节。

  数字孪生技术让电网更智能，数字孪生变电站的运用，将实现变电站三维全景可视化展示，对变电站的运作状况实时监控，及时有效地发现潜在的故障，从而做到立即处理，防患未然，确保供电安全。