摘要：人类正在进入数字化全联接的智能时代，以物联网、大数据、人工智能等为代表的新一代信息与通信技术，已成为驱动社会和经济发展的新型生产力。数字孪生是继物联网与人工智能后下一波接力词汇，也是他们的自然演进，万物互联是数字孪生诞生的土壤，而数字孪生也必将对万物互联形成有效反哺。万物感知、万物互联、万物智，将信息转化为行动，给企业、个人和国家创造新的功能，并带来更加丰富的体验和前所未有的经济发展机遇。
关键词：数字孪生、物联网、人工智能
引言：在《钢铁侠》系列电影中，钢铁侠用一系列虚拟组件为蜘蛛侠构建了全新战衣，效率之高令人震惊。科幻电影场景走进真实生活，在这个技术爆发的时代迎来了落地曙光——数字孪生(Digital Twin)。
Digital Twin概念早在2001年便已存在，由密歇根大学Michael Grieves首次提出，近年来，现代技术的飞速发展，才为其实现与普及提供了可能。
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简而言之，数字孪生是指真实世界中某个实体或系统的数字表征，通过传感器搜集资料，这些资料信息会连结并对应到真实世界里的物件，让管理者更容易了解真实世界中物件的状态和变化。这项技术的诞生来源于足够的数据支撑、有效的数据建模和实时的反馈更新，是物联网、人工智能和计算机技术发展的综合性产物。
GE与ANSYS合作，借助Digital Twin这一概念，实现物理机械和分析技术融合。每个引擎、每个涡轮、每台核磁共振，都拥有一个“数字双胞胎”，工程师可以在电脑上清晰看到机器运行的每一个细节，通过这些数字化模型，在虚拟环境下实现机器人调试、试验，优化其运行状态，只需将最佳方案应用在物理世界机器上，就能节省大量维修、调试成本。
知名调研顾问机构 Gartner 连续三年将数字孪生评选为十大策略科技趋势，据其预测，到 2020 年，全球将有超过 200 亿个连网的传感器和端点，并可能会有数十亿个物件拥有数字孪生。
孪生数字下一个技术风口
“万物互联”真切的给这个世界带来了改变。基于5G 技术，传输更快，响应更快，因此5G不仅仅为手机提供服务，还将为一般家庭和办公网络提供服务。“昇腾”、“鲲鹏”等芯片直接打通了云边端全场景的AI算力支撑，高复杂度的人工智能算法也因此有了从云端走入“人间”的可能。至于数字孪生，则是继物联网与人工智能后下一波接力词汇，也是他们的自然演进。
万物互联，将产生大量数据，也会伴生越来越复杂的运营维护问题，如果单纯只靠人力堆叠去增强系统维护能力，势必会导致组织结构越来越庞杂，对于企业来说是运营成本增加和净利润萎缩的生存问题，对于社会来说就是因劳动力密集需求导致的老龄化与劳力需求不平衡导致的经济增长止步甚至倒退问题。从这个角度讲，数字孪生将是我国可持续发展的重要科技力量。
2016年，习近平同志在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上提出了“为建设世界科技强国而奋斗”的号召，并在前后的几年里先后提出了工业4.0、物联网、人工智能、区块链等几个重要且前沿的科技领域的战略规划，习近平主席指出：“科技是国之利器，国家赖之以强，企业赖之以赢，人民生活赖之以好。”
更加丰富的应用场景
最初，数字孪生技术被用于提升单一物体的性能，例如风力涡轮机或喷气式发动机。近年，随着技术的发展，应用场景也越来越复杂。数字孪生不再用于单一设备，更是被应用于系统级设备上甚至是整个组织，例如华为内部的网络管理系统。随着万物互联时代的到来，越来越多的数据被聚合在一起，数字孪生所能解决的问题也越来越多。
在国外卫生健康领域数字孪生技术已经有组织层次的大规模应用案例。通过对医院进行数字化克隆，医院的管理者能够及时获取医院运作状况，医生、护士能够实时获取有效的病人数据。各种传感器被用来检测病人的各种生命体征，定位装置可以实时定位医护人员的位置，当紧急情况发生的时候，可以确保第一时间找到相应的负责人。护士可以通过移动设备自动捕捉或输入生命体征，并直接将其跟踪到患者的记录中，因此，在记录和上传之间可以省去至关重要的几分钟或几小时。经过实验验证，急诊室等待时间明显缩短，医院负荷能力得到了有效提升，而伴随着流程优化和等待时间缩短等积极的改变，病人的就诊体验得到极大的增强。
这一切最关键的是实时。要解决卫生系统面临的问题，必须解决瓶颈问题——需要为前线配备实时信息，以便在事情发生之前迅速作出反应或采取行动。通过物联网密切跟踪患者生命体征的能力已经存在一段时间了——然而，它需要一个中央大脑，也即数字双技术系统来实现其全部潜力。
数字孪生技术可以帮助医院运营转变为数字化的方式，通过智能应用增加领域专家(如临床医生和医护人员)智慧。数字孪生技术将人工智能、机器学习、物联网这些技术有效融合在一起产生实际应用场景的解决方案，它也把各种应用程序的不同数据库与物联网产生的实时数据绑定在一起建立起一个大型的、统一的处理平台。使用基于相同底层数据基础的应用程序，将系统经验迁移到其他系统，不断地学习、调整和重新学习中诞生出越来越高效的解决方案。
云边端协同构建的AIOT体系现已在智慧城市中广泛应用，主宰云计算市场的巨头公司依托云计算技术先发优势，将云计算技术下沉到边缘侧，以强化边缘侧人工智能为契机，大力发展边缘计算。工业企业依托丰富的工业场景，开展边缘计算实践强化现场级控制力。电信运营商正迎接 5G 市场机遇，全面部署边缘节点，为布局下一代基础设施打下牢牢的根基。在安防行业，国内首个真正将高算力需求的警务系统前移到边缘侧实现的案例日前已在青岛落地，一款基于华为Atlas人工智能芯片设计的警车车载产品，算力前移，警力下沉，盘活城市视频资源，让视频做到实时分析、实时共享，可移动安全抓手遍布城市每个角落，全面提升城市治理的智能化水平。
万物互联、智能治理，颠覆传统思维，拥抱万物互联的时代，大型孪生数字城市正在冉冉升起。——论文作者：王晓堃
