数字孪生作为实现数字化、智能化、服务化等先进理念的重要使能技术,当前备受各界关注,如何在各领域落地应用更是关注的重点。但作为一门新兴技术,其在落地应用过程中,缺乏模型、数据、连接与集成、服务等统一技术标准,导致模型间、数据间、模型与数据间集成难、一致性差、信息孤岛等问题。为解决上述问题,数字孪生亟需相关标准来参考和指导。
北京智汇云舟科技有限公司成立于2012年,专注于创新性的“视频孪生(实时实景数字孪生)”技术研发与应用。目前,智汇云舟依托自研“孪舟”数字孪生专属引擎,推出了“披萨”低代码PaaS视频孪生开发平台、“速融咖啡”视频孪生一体机及视频孪生行业解决方案等多个产品线。
数字孪生关键技术标准是什么
凭借领先的技术基础,智汇云舟持续助力各行业数字化转型,以及推动产业协作的数字化升级。公司先后参与了许多重点项目建设,应用领域涉及智慧城市、智慧园区、数字乡村、工业制造、轨道交通、雪亮工程(平安城市)、司法监管、应急指挥、学校、医院、水利、电力等全行业场景。
一、数字孪生关键技术标准
数字孪生关键技术标准用于规范数字孪生实施过程中涉及的关键技术要求,相关标准如图1所示,包括物理实体标准、虚拟实体标准、孪生数据标准、连接与集成标准、服务标准五部分。
图1 数字孪生关键技术相关标准
1、物理实体标准
物理实体标准主要对物理实体的感知接入、决策执行、边缘端协作方面进行规范,相关标准及主要内容如图2所示,包括以下几个方面。
①感知接入标准:规范数字孪生系统中人、机、物、环境等物理实体的感知接入相关技术要求,保证物理实体信息获取与上传的规范性和兼容性,包括固有属性感知接口、历史属性读取接口等静态属性感知要求,以及实时状态感知接口、感知装置安装部署、感知装置性能、感知接入时间敏感性等动态属性感知要求。
②决策执行标准:规范物理实体的运行控制、运行优化、维护策略、故障自恢复的决策执行相关技术要求,包括控制指令格式、指令校验、指令注入权限等控制指令接入要求;响应时间、执行效率、时序同步等时间敏感性要求;执行精度、执行稳定性、执行反馈等执行有效性要求。
③边缘端协作标准:规范数字孪生系统物理实体边缘端协作相关技术要求,包括边缘端部署架构、边缘端功能边界划分准则、边缘端计算接口、边缘端计算性能、边缘端网络性能等。
图2物理实体相关标准及主要内容
2、虚拟实体标准
虚拟实体标准主要对模型功能、模型描述、模型构建、模型组装、模型验证、模型运行、模型管理进行规范,相关标准及主要内容如图3所示,包括以下几个方面。
①模型功能与描述标准:规范几何、物理、行为、规则多维多时空尺度模型的功能与描述相关技术要求,包括几何功能、物理功能、行为功能、规则功能、维度功能、尺度功能、时空粒度功能、能力描述、性能描述、建模语言、模型封装、模型输入输出描述等。
②模型构建与组装标准:规范几何、物理、行为、规则多维多时空尺度模型的构建与组装相关技术要求,包括考虑模型性能的建模规则、建模环境、建模过程、模型组装规则、模型组装接口、模型组装过程、模型扩展等。
③模型验证标准:规范几何、物理、行为、规则单个模型与组装模型的分层级验证相关技术要求,包括单个模型与组装模型的验证规则、验证环境、验证流程、功能验证、性能(包括粒度、质量、准确性、可用性、易用性等)验证、一致性验证、兼容性验证等。
④模型运行与管理标准:规范模型的运行与管理相关技术要求,包括模型运行环境、模型运行配置、模型运行实时监测、模型简化/轻量化原则、模型更新、模型优化、模型增删改查等。
图3 虚拟实体相关标准及主要内容
3、孪生数据标准
数据是驱动数字孪生系统运行的根本。孪生数据标准主要是对数字孪生系统涉及的孪生数据表示、分类、存储、预处理、使用与维护、测试进行规范,相关标准及主要内容如图4所示,包括以下几个方面。
①数据表示标准:规范数字孪生数据表示涉及的相关技术要求,包括孪生数据表示准则、数据索引、数据结构、数据时序关系、数据空间关系等。
②数据分类标准:规范数字孪生系统涉及到的孪生数据类别,包括分类准则、历史数据和实况数据,其中历史数据和实况数据包含物理实体、虚拟实体、服务产生的状态数据、控制数据、衍化数据、知识数据、仿真数据、管理数据等。
③数据存储标准:规范孪生数据存储相关技术要求,包括分布式存储、本地存储、存储介质、数据存取等。
④数据预处理标准:获取到物理实体、虚拟实体、服务的原始数据之后,需要对其进行预处理操作,相关技术要求包括数据清洗、数据降阶、数据变换、数据规约、数据关联、数据集成等。
⑤数据使用与维护标准:规范孪生数据使用过程中涉及的相关技术要求,包括使用环境、数据融合、数据可视化、数据优化、数据加载、数据共享、数据维护等。
⑥数据测试标准:规范数据测试相关技术要求,主要包括数据测试流程、数据规范性测试、数据完整性测试、数据准确性测试、数据兼容性测试、数据易用性测试等。