数字孪生赋能智能物联网
张彦
欧洲科学院院士
一、数字孪生的概念、架构和愿景
数字孪生相对来说可能是一个比较新的概念、一个领域。数字孪生的发展最初可以追溯到2002年，PLM产品的生命线管理这么一个概念。一直到2015年，这个概念才正式出现，然后到现在这个概念用的是非常多的，而且应用领域很多，包括交通、能源、制造等。
我们先看看，为什么要关注数字孪生？实际上现在在国际国内发展的现状，比如说国家发改委2020年的时候就提出了推进“上云用数赋智”，这个文件里面就把数字孪生作为了国家的发展战略，还有后面的科学定义的未来十大先进技术，还有工信部的智能传播标准都认为数字孪生是未来的发展关键技术。
这里面值得特别提出来的是中国水利部，在2020年4月提出用数字孪生来治理黄河。他把技术不是用数字化、数字治理，就是用的数字孪生这样一个概念，特别指明了这样一个技术。今年在上个月又出来一个文件，就是数字孪生的水利建设，这个范围就广了，不只是黄河建设，三峡建设、水务管理，数字孪生可能在水利方面的应用就会非常广泛，推广起来会非常快。还有一些城市，包括上海提出打造数字孪生城市，还有其他的前沿学术机构都认为数字孪生是未来的发展趋势，也是未来6G网络核心技术之一。
这是国际国内的发展趋势和概念，现在我们看下它的概念，这个概念看这张图一下子就理解了，比如说我们有一个建筑，有一个物理的实体。当然物理实体就是肉眼所见到的任何的实体，包括手机、计算机、建筑、城市、交通，甚至机场都是物理实体，针对这个物理实体，按照数字孪生的概念要建议它对应一个数字孪生体。它跟物理实体是一模一样的，完全复制，没有任何差异，但是它是存在于数字空间，这两个是一一对应的。这个是它的一个概念。
我们有一个实例叫做数字虚拟人，现在数字孪生里会有它的应用和标准化，特别是中间的标准化应用，甚至数字的虚拟人。虚拟人的应用是很多的，比如说智慧医疗里，我们建立精准的孪生人体模型来预测我们健康的状态，这样可以提供个性化的医疗保障，这是数字的虚拟人。还有在智能网联车里数字孪生体。这是车的大屏幕，可能显示出来的是右边的图，右图本质上就是把真实路面上的车道路状态，都搬到了数字空间，所以司机所看到的是一个数字空间，实际上是把物理车所有的都映射到了数字的空间。而且这两者是相辅相成的，这是智能网联车。
还有数字孪生的城市，比较典型的例子就是我们针对虚拟的新加坡。新加坡有它的特色，国家比较小，它推广这样一个新技术相对来说难度没有那么大。建了数字孪生的城市以后，可以进一步建立这个城市里的智慧交通、城市管理与规划，这是数字孪生的城市。
我们进一步来看，从技术的概念来看，数字孪生里有几个元素。
第一个是大量的数据。
第二个是精准的映射。
第三个是高容错。
第四个是安全性，这跟数字孪生里也会涉及安全性。这就是这里的五个层次。
它的应用场景很多，其实数字孪生的概念最初就是来自智能制造，后来扩展到了航空、油气、交通、能源、医疗各个领域。数字孪生的标准化有一个特征是刚刚起步，2019年的标准化才开始。所以现在在未来的通信网络比如说6G网络里还有车联网、物联网相关标准化工作是比较少的。数字孪生在数字人的标准里推进得还相对比较快。
二、数字孪生与物联网
数字孪生跟物联网的结合，这是未来物联网的新挑战。一是数字化，二是安全性，三是智能化。这其实每个特征跟我们信息领域或者数字信息领域的技术都是一一对应的。数字化的数字孪生、安全性的隐私计算、可信计算，还有智能化就是人工智能，这就完全匹配、完全对应的。
数字孪生与物联网融合以后会带来六大优势。
第一，精准映射与一致表征。
第二，特征挖掘与态势预测。
第三，数字与物理的双向交互。
第四，突破时间空间资源限制。
第五，匹配边缘智能。
第六，自我更新与持续演进。
因为它会和人工智能的融合非常密切。
这是它带来的优势，当然这个技术要实现肯定是有挑战的，不是说一蹴而就，一下子就能够做出来，它肯定是有很多技术的挑战在里面，包括效率的精准性、容错性、安全性。每个我们能稍微看一下。
在这个概念下数字孪生会有一个生命周期。生命周期有三个步骤，一是数字孪生的构建。我们必须做一个优化的选择，这个称之为数字孪生的部署问题。
部署完成之后，它可能会移动，我们称之为迁移问题。二是容错性。数字孪生的误差来源是很多的，包括信息的丢失、传输的延迟、传输的错误，可能会带来很多的原因。怎么解决这个问题？这个解决问题可以从各个层面上，从数据源方面、从模型的建立方面、从应用方面都是可以的，看你从哪个角度去看这个问题。
三是安全性，它可以建立一个数字化模型来解决安全性的问题。数字孪生的技术特别是在自动驾驶、车联网里现在用的是比较多的。安全性的问题用场景的孪生数据来进行验证，还有用预期功能的安全评测，这是刚才所说的把它进行融合。
三、数字孪生与Chatgpt融合助力未来物联网发展
ChatGPT现在非常火，我们来稍微看一下。ChatGPT它实际上是AIGC自动生成内容的例子。我们详细地看下，AIGC里是有三个重要的阶段，一是内容的建立，二是内容建完后有编辑的过程，三是创造。因此，AIGC跟数字孪生是关系非常密切的。
第一个是数字孪生和AIGC或者ChatGPT，在哪几个方面能够结合在一起。比如说，AIGC可以在数字空间中创造新的内容，肯定是可以AIGC建立新的数字内容的，还有工业元宇宙。虽然AIGC可能不能直接产生新的内容，但是我们可以用它来构建精准的工业元宇宙，实现更精准的控制。
第二个是核心算法的应用，在很多的场景里，比如说第一个媒体内容我们可以有一点的误差，肉眼看不出来。还有工业应用就不允许误差，这个时候我们可以借鉴ChatGPT的核心算法，来提高它的稳定性，降低虚实模型之间的误差。
四、数字孪生赋能智能物联网：创新应用
这是我对它的几个思考。在未来的应用稍微总结一下，比如说元宇宙中间的数字孪生就是关键技术，还有算力网络，我们可以用数字孪生优化算力共享、算力的使用，还有智慧医疗、智能网联车异常状态的取证，近期我们也是听了很多新闻智能网联车的问题，异常的状态包括取证、提前预警是很重要的。还有6G网络、无人机巡航、智慧能源的数字孪生。这里面最大的好处是数字空间的试错，有很多错误可以在数字空间随便怎么做实验，物理中有些没有办法去做，比如说风速实际中特别高的话带来的后果会很严重，数字空间随便你设置多高的风速，智能制造也是。
跟大家的交流就到这里，谢谢。
（以上内容根据嘉宾发言速记整理）
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