數字孿生成熟度解讀——等級劃分

數字孿生成熟度解讀 ——等級劃分

 

近年來，城市數字孿生已經發展成為支撐智慧城市的重要技術手段。城市數字孿生通過在數字空間對城市物理空間和社會空間進行全要素表達、全過程呈現、全週期可溯，實現城市全面感知、虛實互動、智慧決策、精準控制，推動城市智慧化、智慧化發展。

 

近年來，數字孿生作為一種實現資訊物理融合，促進數字化轉型和智慧化提升的有效手段，受到國內外學術界、工業界和政府部門的廣泛關注。以城市數字孿生為例，城市數字孿生通過在數字空間對城市物理空間和社會空間進行全要素表達、全過程呈現、全週期可溯，實現城市全面感知、虛實互動、智慧決策、精準控制，推動城市智慧化、智慧化發展。

 

但 數字孿生的標準是什麼？怎麼評判現階段數字孿生能否滿足應用需求？

 

在 2022年5月北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院釋出了《數字孿生成熟度模型》的論文，論文提出數字孿生髮展階段分為“ 以虛仿實（ L 0） 、 以虛映實（ L 1） 、 以虛控實（ L 2） 、 以虛預實（ L 3） 、 以虛優實（ L 4） 、 虛實共生（ L 5） ”六個等級。

 

所以 現有數字孿生分別達到什麼等級？

 

零級（ L 0）：以虛仿實

 

具備將現實世界的場景在網路時間 1:1模擬還原，並對模型本身從幾何、物理、行為、和規則某個或多個維度進行屬性和特徵描述，主要依賴人來進行物理實體的把控和數字孿生模型的控制與更新。

 

功能服務：人工互動、離線模擬

 

表現形式 ：僅能實現物理空間與資訊空間的非實時互動。

 

參考案例：

 

 

易景空間 ESMAP平臺的地圖編輯器展示效果

 

一級（ L 1）：以虛應實

 

由真實且具有時效性的物理實體相關資料驅動執行，一般通過後臺接入資料監測系統，在網路層實時同步，但還是需要依賴現場人員進行操作，無法實現遠端視覺化操控。

 

功能服務： 單向對映 、 動態可視

 

表現形式 ：可實現物理空間與資訊空間的自動實時互動，但資訊空間與物理空間只能進行人工非實時互動。

 

參考案例：

 

 

易景空間智慧消防演示

 

 

二級（ L 2）：以虛控實

 

該等級，資訊空間中的數字孿生模型已具有相對完整的運動和控制邏輯，能夠接受輸入指令在資訊空間中實現較為複雜的執行過程，可大幅提高物理實體的管控效率。

 

功能服務： 雙向互動、閉環迭代

 

表現形式 ：實現物理空間與資訊空間的實時互動。

參考案例：

 

 

易景空間智慧機場視覺化 Demo演示

 

 

易景空間環衛管理視覺化 Demo

 

三級（ L 3）：以虛預實

 

該等級，數字孿生模型能夠基於與物理實體的實時雙向閉環互動，動態反映物理實體當前的實際狀態，並通過合理利用數字孿生模型所描述的顯性機理和數字孿生資料所蘊含的隱性規律，實現對物理實體未來執行過程的線上預演和對執行結果的推測，從而在一定程度上將未知轉化為預知，將突發和偶發問題轉變為常規問題。

 

功能服務： 時效分析、孿生預演

 

表現形式 ：物理空間與資訊空間可進行實時互動，並且資訊空間能進行推演預測。

 

四級（ L 4）：以虛優實

 

在該等級，數字孿生不僅能夠基於數字孿生模型實時反映物理實體的執行狀態，結合數字孿生資料預測物理實體的未來發展，還能夠在此基礎上，利用策略、演算法和前期積累沉澱的知識，實現具有時效性的智慧決策和優化，並基於實時互動機制實現對物理實體的智慧管控。

 

功能服務： 決策優化、智慧管控

 

表現形式 ：物理空間與資訊空間可進行實時互動，資訊空間能進行推演預測，並能根據預測結果推演出決策結果，做出基於決策的控制。

 

五級（ L 5）：虛實共生

 

在該等級，物理實體和數字孿生模型能夠基於雙向互動實時感知和認知對方的更新內容，並基於兩者間的差異，利用 3D列印、機器人、人工智慧等技術實現物理實體和數字孿生模型的自主構建或動態重構，使兩者在長時間的執行過程中保持動態一致性，從而保證包括視覺化、預測、決策、優化等諸多功能服務的有效性，實現低成本、高質量、可持續的數字孿生。

 

功能服務： 動態重構、自主孿生

 

表現形式 ：物理空間與資訊空間可進行實時互動，資訊空間能進行推演預測，並能根據預測結果推演出決策結果，做出基於決策的控制。物理空間與資訊空間以及兩者的互動都可根據實時變動自主進行構建與重構。

 

案例 ： 《頭號玩家》《失控玩家》

 

 

小結

 

北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院釋出的這篇《數字孿生成熟度模型》， 對數字孿生應用進行 了 成熟度評價，確定當前數字孿生應用整體的成熟度等級和成熟度評分，以及各維度評價因子的成熟度等級，從而明確該應用目前的短板，進而基於短板提供具有針對性的數字孿生優化建議。

 

從數字孿生 L 0 到 L 4 ，易景空間一共花了將近 9年的時間，每一步都是由線下實踐反饋至線上延展完善，從“地圖測繪”到“智慧城市”到“元宇宙”，從專業小眾領域到網際網路大舞臺，從限制性經營到萬億級市場，在動態數字化方向上我們始終專注於“化繁為簡、簡單不簡單”的產品打造。