数字孪生系统设计与实践

从关键技术到核心功能，为读者完整呈现数字孪生系统设计的认知探索与实践总结。 为读者提供可参考的数字孪生技术架构。

本书以数字孪生平台顶层设计方法入手，对数字孪生软件系统的核心逻辑进行讲解，对数字孪生系统平台化实现进行描述，对数字孪生实现的核心路径——工业物联、智慧城市、通信网络——进行呈现。全书共5部分，第一部分介绍数字孪生技术发展趋势，第二部分介绍我国数字孪生产业发展需求，第三部分介绍开放式数字孪生体系架构，第四部分介绍通用数字孪生平台设计和实现，第五部分介绍数字孪生方案实践及未来展望。

丁盈，现任亚信科技研发中心数字孪生与 GIS 产品与方案规划部总监、高级专家。拥有 18 年通信行业软件产品规划和设计经验，负责数字孪生市场和产品体系的业务咨询、顶层设计、产品规划、研发和商业化落地。 朱军，博士，现任亚信科技研发中心数据智能技术与产品高级规划总监暨首席架构师。负责数智产品的整体技术架构设计与产品创新规划，并为大型企业客户提供数智化转型解决方案及架构设计等咨询服务。 王晓征，现任中国移动集团首席专家，中国移动浙江 公司信息技术与数据管理部总经理，兼中国移动（浙江）创新研究院常务副院长，高级工程师。多年来一直致力于运营商数字化转型发展，获评“2021 年度数字化发展先锋人物”“2020 年度数字化发展风云人物”等奖项。

第一部分数字孪生技术发展趋势
第1章数字孪生概述2
1.1数字孪生的前世今生3
1.1.1孵化期（2000—2015年）4
1.1.2探索期（2015—2020年）6
1.1.3爆发期（2020年以来）8
1.2数字孪生的内涵与外延9
1.2.1百家争鸣10
1.2.2数字孪生内涵14
1.2.3数字孪生外延18
第2章数字孪生赋能系统自智进化21
2.1企业数字化系统现状21
2.2数字中台架构面临的挑战25
2.3数字孪生驱动数智化升级28
2.4数字孪生奠定元宇宙基石29
第二部分我国数字孪生产业发展需求
第3章数字孪生顶层设计和规划引领36
3.1“十四五”规划纲要对数字孪生发展的指引36
3.2“两化”融合领域37
3.35G网络领域41
3.4信息技术领域43
3.5城市发展领域44
3.6综合交通领域45
3.7工业生产领域46
3.8能源安全领域47
3.9建筑工程领域48
3.10水利应急领域49
3.11标准构建领域50
第4章数字孪生产业链和业务生态体系51
4.1数字孪生标准化工作51
4.1.1智慧城市数字孪生标准53
4.1.2工业领域数字孪生标准54
4.2产业图谱55
4.2.1数字孪生城市产业图谱55
4.2.2工业数字孪生产业图谱56
4.3技术流派59
4.3.1数据派60
4.3.2连接派60
4.3.3仿真派60
4.4业务体系60
4.4.1宏观市场60
4.4.2技术体系61
4.4.3业务模式62
4.4.4产品形态66
4.5技术创新67
4.5.1游戏引擎+云渲染67
4.5.2AR/VR+元宇宙67
4.5.3模型生产智能化、自动化68
4.5.4“CIM+数据编织”技术68
4.5.5数字线程技术70
4.5.6虚拟化技术70
4.5.7多协议支持技术71
4.5.8模型构建技术71
4.5.9多维数据支持技术71
第5章数字孪生技术平台化需求72
5.1数字孪生“千人千面”认知72
5.1.1数字孪生+物联网73
5.1.2数字孪生+智慧城市76
5.1.3数字孪生+工业互联网81
5.1.4数字孪生+智慧水利99
5.1.5数字孪生+5G网络101
5.1.6数字孪生+算力网络102
5.1.7数字孪生+元宇宙104
5.2业务触达需求108
5.2.1业务端到端108
5.2.2运营场景化109
5.3通用能力需求109
5.3.1数字化109
5.3.2孪生化111
5.3.3平台化111
5.4定义“数字孪生平台”112
5.4.1必要性112
5.4.2意义和价值113
5.4.3适用场景114
第三部分开放式数字孪生体系架构
第6章通用数字孪生平台关键性设计116
6.1数字孪生系统的核心逻辑116
6.1.1数字孪生流派融合曲线图116
6.1.2城市数字孪生业务地铁图118
6.2数字孪生平台的设计理念119
6.2.1开放式框架119
6.2.2模型资产化121
6.2.3可持续发展122
6.3数字孪生平台的设计方法123
6.3.1模型即服务123
6.3.2数据即服务124
6.3.3软件即服务125
第7章数字孪生系统架构126
7.1云原生中台能力126
7.1.1技术中台126
7.1.2数据中台127
7.1.3智能中台128
7.1.4业务中台128
7.2数字孪生系统架构128
7.2.1体系结构128
7.2.2数字孪生模型129
7.2.3数字孪生场景129
7.2.4数字线程130
第8章数字孪生系统设计实现131
8.1设备孪生场景131
8.1.1感知智能131
8.1.2模型设计器132
8.1.3模型构建141
8.1.4数据驱动141
8.1.5可视化142
8.1.6实时交互143
8.1.7多维模型资产143
8.2空间孪生场景143
8.2.1整体设计143
8.2.2空间数据引擎145
8.2.3空间服务引擎146
8.2.4自服务控制台149
8.2.5三维场景设计149
8.2.6数据工具158
8.2.7地址工具160
8.2.8空间注智引擎161
8.3人员孪生场景161
8.3.1虚拟“数字人”161
8.3.2数字员工164
8.3.3数字人体165
第四部分通用数字孪生平台设计和实现
第9章数字孪生平台设计170
9.1概念设计170
9.2参考功能架构171
9.3参考技术架构174
9.4参考接口定义175
第10章数字孪生平台功能设计176
10.1孪生体设计器176
10.2场景构建工具177
10.3自动拓扑工具180
10.4地理三维能力181
10.5模型资产管理182
10.6可视化能力183
10.6.1天气组件183
10.6.2光影滤镜183
10.6.3云渲染184
10.6.4场景相机184
10.6.5模型材质185
10.7图表卡片185
10.8组件管理185
10.9运行规则管理187
第11章数字孪生平台运营模式188
11.1SaaS化运营188
11.1.1开放门户189
11.1.2租户管理189
11.1.3订购管理190
11.2孪生模型资产运营191
11.3算力资源运营191
第五部分数字孪生方案实践及未来展望
第12章泛在连接：AIoT场景的数字孪生实践194
12.1AIoT发展应用特点194
12.1.1AI和物联网的融合194
12.1.2AIoT数字孪生应用场景196
12.2数字孪生技术在AIoT中应用的场景197
12.2.1数字孪生助力数字建模197
12.2.2数字孪生助力一体化的仿真验证198
12.3AIoT数字孪生整体方案198
12.3.1AIoT数字孪生架构198
12.3.2AIoT数字孪生模型建模201
12.3.3AIoT数字孪生实例化管理204
12.3.4AIoT数字孪生场景编排205
12.4AIoT数字孪生应用场景实例205
12.4.1智慧能源205
12.4.2智慧园区207
12.5AIoT数字孪生的业务价值208
12.5.1模拟仿真208
12.5.2监控210
12.5.3评估212
12.5.4预测213
12.5.5优化215
第13章数智融通：城市时空场景的数字孪生实践216
13.1城市数字孪生应用特点216
13.1.1城市信息模型219
13.1.2实时感知220
13.2数字孪生技术在城市管理中应用的场景222
13.2.1城市规划场景应用222
13.2.2交通场景应用222
13.2.3安全预警场景应用223
13.3城市数字孪生整体方案223
13.3.1城市数字孪生架构223
13.3.2城市数字孪生的关键性设计224
13.4城市数字孪生应用场景实例225
13.4.1智慧展馆225
13.4.2智慧矿山226
13.4.3智慧机房227
13.4.4智慧楼宇230
13.4.5智慧水务231
13.4.6数字乡村233
13.5城市数字孪生的业务价值234
第14章仿生自智：通信网络场景的数字孪生实践236
14.15G网络发展应用特点236
14.1.15G网络自动驾驶网络战略目标236
14.1.2运营商网络数字孪生应用场景237
14.2数字孪生技术在网络中应用的场景237
14.2.1ToB行业网络数字孪生应用238
14.2.2数字孪生助力自智网络实现240
14.2.3数字孪生助力智慧运维243
14.3网络数字孪生整体方案245
14.3.1网络数字孪生定义246
14.3.2网络数字孪生的架构246
14.3.3网络数字孪生关键技术249
14.3.4网络数字孪生模型建模257
14.3.5网络数字孪生实例化管理262
14.3.6网络数字孪生场景编排263
14.3.7网络数字孪生智慧运维应用264
14.4网络数字孪生应用场景实例265
14.4.1运营商重保场景网络数字孪生应用265
14.4.2垂直行业网络数字孪生专网监控266
14.4.3无线自智网络数字孪生场景应用267
14.4.4核心网网络数字孪生场景应用268
14.4.5算力网络数字孪生应用274
14.4.6数通网络数字孪生场景应用276
14.4.7数字孪生实现6G网络边缘智能278
14.5网络数字孪生的业务价值281
后记282