讲述 | “区块链+数字孪生”,我们能看见怎样的未来天下?_糖果空投网下载

OKEx投研 | 17370已破,比特币中期走势转弱

原题《“区块链+数字孪生”的手艺优势与应用远景》

本讲述由火币区块链研究院出品,讲述公布时间2020年11月27日 ,作者:袁煜明,王蕊,张海东

摘要:

随着物联网与5G的快速生长,物理天下与信息天下的联系逐渐增强,而数字孪生则是实现物理域和虚拟域互联互通的有用手段。数字孪生手艺的高级阶段是构建镜像天下,区块链与数字孪生的连系将为镜像天下的构建奠基底层手艺基础:保证数据的不能窜改性、确立数字孪生体与物理实体一对一的映射关系、实现数字孪生体之间的交互。镜像天下从构建工具的角度可以分为包罗物、人、人与物交互的三类形式,这三类形式的主要应用场景为:智能物联、市民码、智慧都市。在后疫情时代,落实疫情防控常态化事情的要求加大了对这三种场景的应用需求,是未来新手艺的生长偏向。

虽然理论上区块链能为数字孪生的普遍应用提供架构支持,但现实中也面临诸多困难,羁系律例不完善、手艺有待突破等,都是亟待解决的问题。

要害词:数字孪生;区块链;智能物联;市民码;智慧都市;镜像天下

Abstract:

With the rapiddevelopment of the Internet of Things and 5G, the connection between thephysical world and the information world has gradually increased. Digital twinsare an effective means to achieve interconnection between the physical domainand the virtual domain. In order to understand the technical concept of digitaltwins intuitively, this article firstly introduces the development process ofdigital twins technology from germination to maturity, from concept toapplication, and demonstrates its application prospects through variousexisting survey data.

After detailedanalysis of the implementation process of digital twin technology, it isbelieved that the technology itself has limitations in terms of furtherexpanding the scale of digital twins or even establishing a mirror world. Theselimitations will be resolved when combined with the blockchain system. Itscombined advantages are embodied in ensuring that data cannot be tampered with,establishing a one-to-one mapping relationship between digital twins andphysical entities, and realizing the interaction between digital twins. Thecombination of blockchain and digital twins will lay the underlying technicalfoundation for the construction of the mirror world.

Furthermore,three types of scenes constructed in the mirror world are introduced: objectsas the main body, people as the main body, and interaction between people andobjects. Although in theory, blockchain can provide architectural support forthe widespread application of digital twins, it also faces many difficulties inpractice. Imperfect regulations and technological breakthroughs are all issuesthat need to be resolved.

Finally,through the continuous improvement of policies and the gradual development oftechnology, many existing problems and even unknown difficulties will besolved. The virtual world synchronized with the physical world will begradually established under the combination of digital twins, blockchain andmore high-tech.

Keywords: digital twin, blockchain, technology integration, regulatory policy, mirror world

一、弁言

2020年4月,国家发改委、中央网信办印发《关于推进“上云用数赋智”行动 培育新经济生长实施方案》,其中多次提到了“数字孪生”这一观点。在第二节“主要偏向”中提到:“支持在具备条件的行业领域和企业局限探索大数据、人工智能、云盘算、数字孪生、5G、物联网和区块链等新一代数字手艺应用和集成创新。”在第三节“近期事情行动”中提到:“激励研究机构、产业同盟举行形式多样的创新流动,围绕解决企业数字化转型所面临数字基础设施、通用软件和应用场景等难题,聚焦数字孪生体专业化分工中的难点和痛点,指导各方介入提出数字孪生的解决方案。”

数字孪生是指在信息化平台内模拟物理实体、流程或系统,类似实系统统在信息化平台中的双胞胎。简朴地说,数字孪生就是缔造一个现实物理实体在数字天下的拷贝。数字孪生最初的应用多集中在军事、工业制造领域。时至今日,其应用场景已经扩展到医疗、消费、公用事业等多个差别的领域当中。数字孪生的内在也有了进一步的生长。

从手艺实现上来看,数字孪生体的通用框架包罗以下五个方面:用户域、数字孪生体、丈量与控制实体、现实物理域,以及跨域功效实体。框架中的关系均是双向的。从数字化的工具来看,数字孪生体可以分为:组件、资产、历程、系统和系统网路。从生长阶段来看,数字孪生体可以凭据成熟度划分为数化、互动、先知、先觉和共智等五个阶段。最高阶段的数字孪生体,不仅是现实天下中工具的数字化拷贝,还具备与现实天下相互通讯、凭据完全或不完全信息做出推断,甚至具备与其他数字孪生体举行互动、配合进化的能力。

数字孪生体的生长要求:一方面要能确立更大规模的数字孪生体,如航天器相对于发动机所需要的数字孪生体规模相对对照大;另一方面,在虚拟天下中提高数字孪生体之间的可交互性具有更高的价值。在无人驾驶手艺方面,盘算机系统内不只需要汽车的自力孪生体,也需要相关的路况、天气、实时动态等多方面信息,甚至需要获取其他汽车的驾驶动态。而这些显然是现在数字孪生的手艺盲区。

本文旨在探讨若何确立数字孪生体之间的联系,在虚拟系统内确立一个与现实天下运行基本一致的镜像天下,并从智能物联、市民码、智慧都市这三个应用场景剖析“区块链+数字孪生”的应用价值。

二、数字孪生的生长历程与手艺剖析

(一)数字孪生手艺的发生与演化

“数字孪生”观点的萌芽最早可以追溯到二十世纪六七十年代的美国航天“阿波罗”项目[1],NASA制造完全相同的两个空间航行器,一个用于执行航行义务,另一个留在地球上,被称为“孪生体”,用于反映另一个航行器的状态。此时的孪生体还停留在仿真阶段。“孪生体”具备两个显著特征:孪生体与其所反映的实体在外表、内容、性子、性能等各方面完全相同;孪生体能够真实完全地反映另一实体的运行状态。此时的孪生体偏重“仿真”性能,其表现形式仍为物理实体。

美国密歇根大学Grieves[2]教授在产物全生命周期治理课程上提出“与物理产物等价的虚拟数字化表达”的观点,那时被界说为:一个或一组特定装置的数字复制品,能够抽象表达真实装置,并能以此为基础举行真实条件或模拟条件下的测试。这一观点明晰地显示出那时对于举行高层次数据集成剖析的期望,是数字孪生观点的雏形,但在那时并没有被称为“数字孪生”。2003—2005年时代被称为“镜像的空间模子”[3],2006—2010年逐渐演变为“信息镜像模子”[4]。直到2011年,Grieves教授引用了其互助者Vickers用于形貌此观点的新名词“数字孪生体”[5],今后一直沿用至今。

只管厥后的这些形貌观点不停转变,但其包罗的组成要素与观点模子却基本保持一致,都突破了原来孪生体的物理空间限制,组成要素有物理空间、数字虚拟空间与两者之间的联接三部门,观点模子即实体产物、虚拟产物以及两个空间之间的数据信息交互接口。其基本逻辑关系如图1所示:

而由于手艺局限性,这一观点提出后,并未有实质影响。数字孪生最早被应用在航天及军工领域。2011年,出于对战斗机举行仿真的需求,美国空军实验室与NASA互助,首次提出航行器的数字孪生体观点,“行使当前可用物理模子、更新的传感器数据和历史数据等来反映与该模子对应的航行实体的状态”[6]。今后,数字孪生在航空领域逐渐获得了更多应用场景。

随着工业 4.0、智能制造等手艺和生长战略的不停出台,数字孪生已成为一个主要的基本科技要素,其观点也逐渐完善。工业界及学术界对数字孪生的归纳综合界说是:充分行使物理模子、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真历程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期历程[2]。

在数字孪生观点提出后,差别学者划分提出了对于数字孪生解决问题的多种结构方式。Boschert和Rosen[7]以为,差别于以往仿真或建模的方式,数字孪生是一种仿真决议支持工具,通过怪异的集成化架构,对实体工具的工程、营业和行为形貌等各个层面的数据举行仿真运行,并能够针对问题类型,选择最适当的仿真模子。Schluse和Rossmann[8]对数字孪生手艺举行实验模拟,引入一个模拟数据库,可以集成种种数据源、模拟系统以及可视化模块,举行任何类型的数字模拟实验。而Schroeder等[9]则以为,数字孪生是一种模子,用于研究在差别程序间举行物理工具形貌和数字工具的数据交换问题。 Negri等[10]以为,数字孪生是物理工具的数字示意,是一种数据模子,能够模拟物理工具,并对其未来行为举行展望。

在数字孪生及应用领域,海内学者也在不停举行深入研究。Zhang等[11]提出基于数字孪生的个性化产物快速定制设计方式,提出生产历程中耦合优化问题的解耦算法,作为引擎驱动数字孪生。陶飞等[12]基于数字孪生五维结构模子,提出数字孪生驱动的应用准则,探索数字孪生在产物全生命周期中的应用远景和有待突破的要害问题或手艺。

(二)手艺架构及生长偏向

凭据数字孪生体的三要素:物理空间、数字虚拟空间与两者之间的联接,数字孪生所需的底层手艺支持可以归纳综合为三方面:虚拟空间中,需要具备对基础装备、产物系统、生产环境等举行多层次全维度的仿真和建模能力;物理空间中,需要具备完整的生产系统运营治理能力、全集成自动化系统工程能力以及基于云盘算、物联网和大数据举行数字孪生剖析和服务的能力;毗邻和协同历程中,需要同时具备虚拟空间和物理空间的信息集成和闭环反馈能力[13]。数字孪生体的手艺框架如图2所示。

数字孪生可以简化设计流程,削除原型测试中的许多方面,从而解决原型测试面临的成本高昂、测试环境重大、测试难度伟大等问题。通过使用3D仿真和人机界面,测试工程师可以对种种产物规格、加工方式及原材料等举行运行性能评估,进一步凭据相关法律律例、行业尺度、产物质量规范等举行设计评估,并将最终评估效果用于指导决议。因此,传统的原型产物设计评估通过数字孪生手艺能够加速设计速率,使评估效果更准确有用,同时在降低成本方面也有显著效果。

数字孪生的生长可以归纳综合为五个阶段,划分为数化阶段、互动阶段、先知阶段、先觉阶段和共智阶段。数化阶段是初级阶段,仅仅是确立真实工具的数字化模子;互动阶段的数字孪生体可以与实体举行通讯,如孪生航行器可以吸收实体航行器的航行数据,也可以将虚拟环境中的模拟效果发送给实体航行器;先知阶段的数字孪生体能够基于已往与现在的完整信息和实体的明确运行机理展望未来状态,如数字孪生飞机能够展望未来一段时间气象转变对飞机航行的晦气影响,从而做出相关预警;先觉阶段的数字孪生体能够基于不完整参数与模糊机理展望未来,相比于先知阶段,其对手艺要求更高,不仅要求准确的模子举行展望,也需要机械学习能力,具有较高的智能性;共智阶段数字孪生体的理想目的,即数字孪生体之间能够举行互通、共享,甚至配合进化,显然现在单纯的数字孪生手艺还远远达不到共智的要求。

已往十年来,由于相关手艺不停生长的推动因素,数字孪生手艺的部署一直在加速。

仿真:现在的手艺能够实现重大情景的仿真模拟,从实体接受到的真实数据信息,能够在系统内举行百万次的仿真实验。另一方面,仿真的供应商也在逐渐增多,可选局限储蓄扩大。除原始的简朴仿真实验外,机械学习手艺也在快速生长,将为仿真带来全新的升级突破,仿真的可操作性、可信度与实用性都将大幅提高。

数据源:得益于物联网手艺与大数据的不停完善,数据泉源渠道更普遍,数据维度也更周全,如LIDAR(激光雷达)与FLIR(前视红外)发生的数据,通过实时监控手艺采集数据,能够即时传输到数字孪生体内,通过实时数据反馈,数字孪生体能够快速纠正仿真历程泛起的细小误差,使实验评估效果更准确。

互操作性:已往十几年,由于工业通讯尺度的增强,操作手艺之间互通性更强。同时,差别供应商为集成多类平台,也致力于推动建设统一的手艺尺度。这些都显著提高了数字天下与现实天下的连系能力,弱化物理空间与虚拟空间的联接障碍。

可视化:建立数字孪生体需要重大的数据量,这会使剖析问题变得重大,也加大了从中提取有用剖析效果的难度。最新的交互式3D、VR、AR和AI等手艺,支持了可视化功效,通过实时信息过滤与提取,使效果剖析更精准。

仪器:无论是嵌入式照样外置式的物联网装备,经由多年改良,其体积越来越小,精度越来越高,能够获得关于真实天下的信息也更细粒化、更实时、更准确,利便与虚拟模子集成。

平台:功效强大且价格低廉的盘算能力、网络和存储的可用性都是数字孪生手艺的要害促成要素。大量互联网公司在基于云平台、物联网和剖析手艺领域举行了巨额投资,推动数字孪生大趋势的形成。

(三)应用:从数字孪生体到镜像天下

简朴地说,数字孪生就是缔造现实物理实体在数字天下的拷贝,其主要意义体现在能够针对数字天下的数字孪生体举行进一步操作或剖析。例如,一个文件的扫描副本,就可以看作这个原始文件在数字天下里的数字孪生体,通过文本剖析程序可以对扫描件举行编译或修改,也能够进一步剖析词频统计等。这样的操作和统计剖析,显然在数字天下中加倍容易举行。

稍微重大一些的例子如早期的飞机数字孪生体。一旦有了一架飞机的数字孪生体,就可以使用它来完成一些现实天下当中难以完成或成本高昂的事情。例如,在数字天下“试飞”飞机:建立一个虚拟航行环境,模拟极端恶劣天气,让数字孪生飞机在这样的环境当中航行,观察航行参数的情形,从而对飞机在极端环境下的性能做出评估。使用数字孪生体举行这样的航行试验,能够大大降低现实实验所需的伟大成本。

时至今日,数字孪生的应用场景已经从最初的军事以及工业制造扩展到医疗、消费、公用事业等多个差别领域当中。数字孪生的内在也有了进一步的生长。如图3所示:未来五年,数字市场规模将以38%的年复合增速增进,到2025年,市场规模将超264亿美元[14]。

国际著名信息手艺研究和顾问公司Gartner将数字孪生列为十大战略科技生长趋势之一,其调研显示:75%的物联网公司正在、或将在一年之内使用数字孪生手艺,数字孪生已经成为物联网的主流手艺之一[15]。历久来看,数字孪生则有异常大的想象空间。2020年,中国国际大数据产业展览会(简称“数博会”)上,《失控》作者凯利揭晓了以“数字孪生 镜像天下”(所谓镜像天下即是上文所提到的“共智”生长阶段。)为主题的演讲。凯利以为:“镜像天下是未来20年将泛起的一次重大变化,这种变化将当今存在的数字天下(如物联网、3D模子、SLAM等)层层叠加到现实物理天下中。就像人与人之间的毗邻(社交媒体),以及天下上所有信息的毗邻(互联网)一样,镜像天下将物理天下与虚拟的数字信息毗邻起来,在人与盘算机之间缔造出一种无缝的交互体验。”

镜像天下不只是所有现实实体数字孪生体的集成,更主要的是各个数字孪生体之间的交互关系。对于有n个实体天下,需要构建n个数字孪生体,而相互之间的联系将出现指数级增进,涉及重大的数据量,对于以往接纳中央化方式运作的数字孪生手艺,将形成伟大挑战。

三、区块链为数字孪生提供可信数据平台

数字孪生体在现实构建中需要依赖大量的数据盘算,因此,其对数据可信度和盘算基础设施可信性具有很高的要求。住手现在,数字孪生系统都接纳“中央化”的方式构建,即数字孪生体通过中央服务器输入数据并运行仿真模拟历程,其效果能被更多人认可的条件是介入各方对“中央化”系统的高度信托。数字孪生的焦点是数据的集成,要实现对系统的信托,就一定要解决数据的可信性问题。

事实上,在“中央化”系统中,对数据的信托总是存在自然界限。例如,对于小型无人机,其数字孪生体所涉及的数据体量较小,对于效果误差的容忍度也较高,且效果具有可展望性,只要效果处于展望局限内,其数字孪生体很容易获得众多介入方的信托。而对于大型航天器的数字孪生体,由于效果误差影响很大,其数据可信度需要高度增强。而对于镜像天下,所需要的数据可信度是任何“中央化”系统都无法知足的。实体数据经由可信输入数字孪生体后,需举行重大的盘算量以运行模拟历程。因此,除数据可信外,数字孪生体也需要可信的盘算基础设施,即需要准确、康健举行模拟运行,确保盘算基础设施不会被任何人攻击,保证盘算效果准确。

区块链的优势就在于能够解决数据的可信度问题,为数字孪生组织一个可信的盘算平台。区块链接纳分布式账本,由各个节点保留账本副本,只有跨越一半节点修改其副本才气认定为可信修改。单个或少数介入方无法通过恶意修改和滋扰基础设施的方式损害盘算的可信性,也就是说,区块链提供了一个可靠的盘算机“硬件”。其次,区块链并不仅仅是一个手艺,其手艺结构自己便包罗了一套行动协议与头脑模式,通过一套链上介入方公认的规则、协议、流程和方式,能够使区块链系统的盘算运行顺利举行,这是系统的“软件”部门。两者同时作用,组成了区块链系统下的可信盘算平台。

总而言之,区块链为应对数据可信提供了一整套解决方案,而镜像天下最需要的也即是数据可信。区块链与数字孪生手艺相连系,能够相互施展各自作用,扩大数字孪生体的应用局限,为构建镜像天下提供手艺土壤。以生长的眼光看,这套方案未必是唯一的,也纷歧定是最优的,却是最可行的方案之一,在当前这个特定的历史阶段,具有极其主要的战略价值。其连系优势主要体现在保证数据不被窜改、确立数字孪生体与物理实体一对一映射关系、实现数字孪生体之间的交互这三方面,以下将逐一先容。

在跨域功效实体中保证数据的不被窜改

数字孪生的要害在于在虚拟天下中构建实体工具,形成其数字等价物。在用数字“复制”实体的历程中,无论是组件、资产,照样历程、系统,或是系统网路,最主要的因素即是数据。正如阴阳学说,科技生长的黑暗面是存在一些人或组织贪图行使科技杀青自己的非法目的。现在互联网的高速生长,逐渐降低了数据搜集的门槛,同时数据采集的规范性较差,数据容易流入“醉翁之意之人”。数字孪生手艺能够凭据采集整合的数据模拟现实工具,并对现实工具的未来行为举行展望,成倍放大了数据泄露的威胁性。

数字孪生的焦点是模拟,通过数字模拟取代现实高成本的实验,其最终目的是要基于模拟效果形成决议,若是数据平安性得不到有用保障,对任何接纳模拟效果举行决议的介入方都有极大的威胁。于企业而言,虚伪数据得出的模拟效果可能导致展望误差,进而致使决议失误,对企业的市场竞争具有晦气威胁;于小我私家而言,泄露小我私家数据将会带来诸多不必要的烦恼。而对于更为周详的航天及工程类项目,模拟效果的有用性更为主要。

数字体有别于实体的一个主要差别之处是可修改性。可修改性是数字孪生体能够举行多种重大转变情形下仿真模拟的条件,通过调整环境参数以及物理实体自己的参数,可以获取随着环境转变或模拟实验工具状态的转变,其运行效果若何转变以获知最优设计组合。然而可修改性在一定水平上也限制了数字孪生体的应用。任何恶意修改或实验者无意数据修改都市造成数字孪生体与物理实体的误差,造成效果发生伟大转变。因此,在使用数字孪生体举行仿真模拟时,往往存在数字天下的预期模拟误差价值与物理天下的实验成本之间的权衡,这将限制数字孪生体的推广,对镜像天下的构建形成极大的阻碍。

此外,数字孪生体应用的更高阶段,不仅仅是一对一映射实体,还应当能够切实地反映物理实体的当前状态,同时也要完整地纪录物理实体的过往信息,其过往荷载量有助于对实体的寿命预期、现在承压状态做出更合理的判断。而现在数字孪生体的信息接纳中央化方式举行,这对仿真装备的信息存储容量提出了更高的要求。

区块链使用哈希指针形成链接。在区块链中,每个区块中不只包罗有自身的哈希值,还包罗有上一个区块的哈希值。假设B区块在A区块之后,B区块中保留有A区块的哈希值。若是A区块被窜改,那么A区块自己哈希值就会改变,改变后的哈希值与B区块中保留的A区块窜改前的哈希值对应不上。这样,窜改就会被发现,从而不会被认可。区块链的链接方式保证了链上的数据难以被窜改。将数字孪生体的所有数据使用区块链举行保留,能够保证孪生体数据的真实性,确保效果有用可靠。同时,区块链使用分布式系统,数据储存于差别节点的各个副本中,能够缓解中央化系统对于数据储存的压力,也能有用保留物理实体已往运行的信息。

(二)确立数字孪生体与物理实体的一对一映射关系

数字体有别于实体的另一个差别之处在于其可复制性。一个实体的文件,一个物理实体经由数字化后就可以被无限复制。可复制性是数字体的便利之处,然而这也导致了物理实体与数字天下孪生体之间无法维持一对一的映射关系,往往是一对多。对于扫描文件、航行器等大巨细小的仿真实验,无限复制能够以相对低廉的成本举行多次试验,而对于小我私家财产、款项类的实体,就不能简朴地将其数字化后就加以使用。否则,所有人都可以无限复制自己的钱,那么所谓的钱也将失去其作用。在数字天下中,确立一对多的关系异常容易,而确立一对一的关系就对照困难了。

对于这类具有价值的实体,区块链系统通常接纳通证(Token)举行价值治理,通过Token实现资产上链。这里的资产既可指代实物资产,也可指代数字资产,“链”即区块链。资产上链是将资产的所有权映射在区块链上,与区块链数字凭证(如Token)形成一对一的对应关系。理论上,任何资产都能够上链,包罗房产、汽车、金融产物、知识产权、对某些资源的订阅接见权等,上链后形成链上凭证。数字凭证的持有者身份即对应资产的所有权,现在在我国,基于区块链的版权存证已在司法实践中获得法律认可。区块链有去中央化、点对点网络、分布式账本、时间戳、信息透明且不能窜改等特点。行使区块链的这些特征,资产上链可以降低信托成本,简化生意流程,提升资产的流动性。

区块链的通证可以实现物理实体与数字体之间的一对一关系,防止有价值的数字体被无限复制。例如,以太坊的ERC-721尺度划定了每一个Token都有唯一的Token ID,即每一个Token都是举世无双的。使用ERC-721尺度缔造的数字孪生体就可以具有与物理实体一对一的唯一性。

区块链的另一个优势在于,在实现物理实体与孪生体意义对应时,并没有完全限制数字孪生体可复制性的优势,行使通证举行实体识别与所有权对应,而这个带有所属权的孪生体又可以在数字天下中举行多次模拟试验,使资产、款项这类实体也可以形成链上对应孪生体,构建更完整的链上数字天下。

(三)在数字孪生生长的高级阶段实现数字孪生体之间的交互

简而言之,数字孪生“终极目的”是确立一个和现实天下对应的数字天下,即镜像天下,不仅限于纪录已往的信息,更能模拟未来的环境转变及物理实体自己的转变,形成虚拟天下的“生态”。在这种生态下,数字体之间需要举行多重交互,其中一定涉及大量信息的通报和存储。此时,设定众多数字孪生体的个体运行机理、通报数字孪生体与物理实体之间的数据参数、设计数字体之间多种交互方式的内容,已难以通过中央化方式完成。

区块链支持分布式系统,每个节点保留有整个系统运行的信息副本,可以对自己保有的副本举行编辑修改,加入自己部门的孪生体相关参数,通过系统的共识机制,进而更新整个系统对于该孪生体的参数。分布式系统分散了数字孪生体举行交互的伟大事情量,通过众多节点的配合,能够作为数字孪生体之间信息通讯的前言,建立完整的虚拟天下。

四、数字孪生手艺的应用场景剖析

数字孪生手艺的高级阶段是构建镜像天下,这不仅仅在手艺上有很强的挑战性,其应用思绪也需要不停调整。镜像天下从构建工具的角度可以分为包罗人、物、以及人与物交互的三类形式。

(一)落地“智能物联”

“智能物联”是以物为主体,对现实中存在的大量实物确立数字孪生体,通过区块链毗邻保留这些孪生体的数据。当前大多数数字孪生体都是以实物作为物理天下主体,通过虚拟天下实现保留数据或仿真模拟试验的目的,如航行器孪生体等,其物理工具均为物。由于物体自身无法自主上传相关信息,需要使用传感器装备准确丈量所需数据,再团结物联网实现信息上链,构建镜像天下。例如,可以构建汽车的数字孪生体,纪录汽车的所有相关信息,解决二手车生意市场中存在的“信息不对称”问题。从汽车生产环节最先,以汽车的主要零部件为工具,连系物联网手艺,为所有汽车构建组件级数字孪生体。随后,在汽车的出厂使用历程中,汽车的物联网装备能实时将汽车的相关信息写入数字孪生体中。与此同时,数字孪生体的所有纪录都保留在区块链系统中。数字孪生、区块链、物联网手艺高度配合,确立汽车为主体的“镜像天下”。从数字孪生的手艺角度上看,汽车的主要零部件即为此应用框架的现实物理域;丈量与控制实体用来检测并跟踪主要零部件的状态转变;在举行二手车市场生意前,消费者可以通过用户域中的应用程序在区块链上查询一辆车中所有相关零部件的历史状态信息,从而可以知道哪些零部件经历过维修、替换,还可以知道所有零部件的真实的使用情形(好比行驶里程等)。

在另一个冷链物流场景中,“区块链+数字孪生”手艺可以更好地举行监控。详细而言,为每个运输物品配备传感器装备,此装备可以感知物品所处的环境信息,如温度、湿度、位置等,行使物联网手艺毗邻传感器与区块链系统,在虚拟天下中确立运输物品的数字孪生体。在物品运送到目的前(甚至在物品被使用前),准时通过传感器更新环境信息。所有环境信息的更改均被保留在区块链上,可供人们随时查看。这样,在物品抵达用户手中时,用户可以通过数字孪生体查看该物品的所有冷链物流信息,确保该物品的冷链历程没有问题。

以物理实体为主体确立数字孪生体,进而形成镜像天下的应用场景另有许多,如商品的防伪溯源、智能供应链追踪、农产物平安保证等。2015年,区块链手艺开发服务平台Everledger在伦敦建立,为每颗钻石确立怪异数字孪生体,纪录用于识别钻石的40个元数据(钻石序列号、形状、切割气概、巨细、克拉数等)及其生意历史。2019年6月25日,在天下食品平安宣传周追溯系统建设钻研会上,沃尔玛(中国)正式宣布将启动区块链可追溯平台的建设,该平台能够对沃尔玛的部门商品追溯生产运输历程。区块链与物联网手艺的不停生长,以及传感器装备的逐步精进,都市为“智能物联”的实现提供动力。

(二)建立“市民码”

不只物品可以有响应的数字孪生体,人也可以。“市民码”的建立,就是为每小我私家构建数字孪生体,而“市民码”则比物体数字孪生体的难度更大。一方面,每小我私家所涉及的信息比物品的信息要重大得多,如教育、医疗、身份、行程、消费等各个维度。另一方面,物体通过传感器能够采集构建数字孪生体的所有信息,而人的信息却无法简朴采集。

人的数字孪生体则依赖于自己对信息的更新、多方对信息的审核认证以及大数据剖析效果。例如,身份信息由用户自己建立并举行实名认证,由身份认证方举行审核确保身份真实;关于康健状态的信息由医疗机构提供,并凭据体检效果与病史纪录举行更新,此外康健手环等装备也可以举行适当的数据弥补;消费行为会体现财富水平、消费地址、消费类型等信息;教育认证机构则能提供学历证实。

“市民码”通过数字化的形式举行纪录,并在需要时举行查看验证。在人才招聘历程中,可以快速展示学历、康健等;在就医历程中,能够调取过往病史。信息的高效流通,能有用提高社会运行的效率,也能增强社会信托。除保留信息外,数字孪生体的另一个主要作用在于虚拟天下的模拟运行,能对未来一段时间的事宜举行展望。就康健而言,大数据手艺能够连系体验效果及天天的手环检测效果监控人的身体状态,对有慢性病的人群而言,能够实时提醒身体指标的异常。“市民码”则会凭据孪生体的数据实时更新,对于超预期的事宜举行警报提醒。

在建立和维护小我私家数字孪生体的历程中,区块链手艺有着不能替换的作用。首先,区块链的唯一性可以保证小我私家数字孪生体是唯一的,从而不至于泛起一小我私家对应多个数字孪生体的杂乱局势。其次,区块链的防窜改性可以保证数字孪生体中的数据真实有用。从理论上说,一小我私家从出生(甚至从胎儿时期)起所发生的信息就可以数字化、上链,随着一小我私家的发展,链上信息也随之不停扩展。在人生命竣事之时,数字孪生体的信息住手更新,但历史纪录也并不会由此消逝。最后,区块链的非对称加密手艺可以为小我私家提供较好的隐私平安珍爱。区块链一方面可以保障用户隐私不会被其他任何人随意使用,使用权都在用户自己手上,而非平台手中;另一方面,在生意历程中,双方的隐私都可以获得很好的加密处置,外人对其生意行为的领会只局限于历程层面,双方的信息并不公然[16]。

虽然小我私家数字孪生体的手艺难度较大,但却已经在现实生涯中部门存在了。2020年,新冠肺炎疫情时代,许多公然场合均要求进入时出示“康健码”。“康健码”通过获取使用者的定位,通过大数据判断使用者的康健水平,以红、黄、绿三种颜色来对人们举行分类治理。可以说,“康健码”就是将一小我私家的位置信息、出行信息及康健状态举行了数字化。推而广之,若是提取更多的有关一小我私家的其他信息,就可以建立小我私家数字孪生体。例如,杭州正在不停升级“康健码”功效,将“康健码”拓展至更普遍的公共事业领域,使“康健码”升级为“市民码”。

(三)构建“智慧都市”

智慧都市是指以都市的生命体属性为基本视角,运用区块链、人工智能、数字孪生、大数据、物联网、云盘算等新一代手艺手段,一方面提高市民生涯水平和质量,另一方面提升都市公共治理的运行效率和服务,从而能够实现科学和可持续生长的信息化都市形态。智慧都市涉及到人们在都市生产和生涯的方方面面,笼罩智慧政务、智慧交通、智慧医疗、智慧教育、智慧环保、智慧住房、智慧能源和智慧物流等多维度、多层次、多领域的应用场景。智慧都市的建设,涉及到都市中多方面要素的数字化,在这个历程当中,“区块链+数字孪生”可以施展主要的作用。都市中的多种元素都通过物联网装备确立对应虚拟数字孪生体,众多数字孪生体之间以现实实体间的交互方式确立联系,构建具有完整要素的虚拟都市。基于此虚拟都市,可以开发多类应用。

“无人驾驶”就可以以为是基于智慧都市开发的应用之一。都市中的所有车辆、门路、环境、天气通过物联网装备同步运行数据至区块链网络,确立各自的数字孪生体,通过区块链网络举行集成,组成镜像都市,使无人驾驶汽车能够获取现实天下中的所有信息,实现平安门路行驶。此外,也能完善司法政务、都市微电网、能源管控等多方面智能应用。

天下各区域均加速智慧都市的建设措施。2017年6月,广东佛山禅城区政府公布天下首个政务应用智慧都市,构建真实信用系统。智慧都市的底层手艺接纳区块链手艺,买通差别部门间的“数据孤岛”,形成跨平台、跨部门、跨区域的都市数据,实现都市数据的协同互联。智慧都市的构建依赖于现实都市中的数据。现在,禅城区的区块链政务应用项目包罗IMI身份认证、公证、食品平安和社区矫正等。

2019年底,雄安新区首席信息官张强示意,雄安智能都市与物理都市同步进入大规模开工建设阶段,标志着雄安数字孪生城的建设将进入快车道。2020年3月,雄安新区两项智慧都市尺度《智慧都市数字孪生系统平安机制》和《智慧社区平安机制》获国际尺度立项。除雄安新区外,包罗北京通州副中央、南京江北新区、重庆两江、贵州贵阳等众多都市和区域在内的“数字孪生都市”基础设施建设和落地应用已经如火如荼地推进。

五、“区块链+数字孪生”面临的挑战

区块链手艺为数字孪生赋能,能够为解决许多中央化系统难以解决的难题提供有用的思绪。然而,就现在状态而言,在区块链+数字孪生手艺的生长之路上,依然在羁系政策、手艺成熟等方面存在一定的阻碍。

(一)羁系律例有待进一步完善

区块链是一项新兴手艺,各国对区块链的羁系也尚在探索之中。为规范区块链信息服务流动、促进区块链手艺及相关服务的康健生长,中国于2019年1月出台了首部规范区块链手艺应用的律例——《区块链信息服务治理划定》(下文简称《划定》)。《划定》给行业的生长划定了框架,但在一些详细的执行层面还需要进一步细化。例如,《划定》第六条要求区块链信息服务提供者具备与其服务相适应的手艺条件,且手艺方案相符国家相关尺度规范,但对“相适应的手艺条件”“国家相关尺度规范”没有明确指向。又如,《划定》第九条要求区块链信息服务提供者对上线新产物、新应用、新功效举行平安评估,但评估的尺度和流程没有提及。再如,《划定》在立案治理方面要求甚多,但没有给出立案审核的尺度。可见,对区块链单个手艺举行羁系的系统尚未确立完善。

数字孪生手艺虽萌芽较早,但在中国生长时间较短,当前的国家政策多处在宏观激励手艺生长的阶段,《关于推进“上云用数赋智”行动 培育新经济生长实施方案》中提到:“支持在具备条件的行业领域和企业局限探索大数据、人工智能、云盘算、数字孪生、物联网和区块链等新一代数字手艺应用和集成创新。”而对于数字孪生手艺的羁系,鲜有在政策文件中提到。

区块链+数字孪生不仅涉及两种手艺自己,也会涉及大量的企业、小我私家、社会的数据,甚至航天航空、军事装备等信息数据,若使用不慎则会发生较大平安隐患。对于正当合规使用区块链与数字孪生体,使之真正发生社会效益,这有待羁系律例的进一步完善。

(二)手艺有待进一步突破

理论上,行使区块链与数字孪生手艺构建镜像天下的想法确实异常吸引人。例如,能够完整保留已往天下的信息,也能展望未来的趋势。然而区块链手艺自己生长不够成熟。

第一,区块链的分布式架构需要共识机制来确保数据的最终一致性,相对中央化架构来说,共识机制对资源的消耗是不容忽视的。此外,区块链是一种只能附加、不能删除的数据存储手艺。随着时间推移,数字孪生体承载的数据量不停增进,区块链所需要的存储空间逐步膨胀。共识所需的大量资源消耗与数据量占用的存储空间将会造成区块链处置的滞后效应,这种延时反映引起的反馈时延、报警时延,在时延敏感的数字孪生虚拟天下运行上需要快速改善。

第二,隐私珍爱方面,由于虚拟天下涉及的数据量重大,其中不少信息应当存在查看权限限制。认证用户身份的常用手艺为零知识证实,用于保证用户在授权其他应用身份时是匿名的,无需透露身份信息。零知识证实自己是一种还未成熟的手艺,且其需要依赖双方的多次交互来举行,一定会导致效率的低下。而未来若是要使用平安多方盘算,则对网络资源的依赖会加倍严重[17]。因此,若何在区块链系统中快速杀青共识、若何在压缩储存空间占用与维持数据不能窜改性两者之间举行合理权衡、若何珍爱虚拟天下的隐私平安,都有待思量。随着5G上线,将能够进一步扩宽网络的带宽,一定水平上能改善这些问题,但从根本上解决上述问题,需要进一步的手艺生长推进。

六、远景与展望

区块链手艺与数字孪生相连系,可以有用提高数字孪生体的数据可信性,确立高效率的事情和交互系统,现在,“区块链+数字孪生”所构建的微型镜像天下可在经济生涯中的多个领域施展不能替换的作用。未来天下,区块链将使数字孪生施展更大的作用,使数字孪生体周全笼罩物理天下。物理天下中的每个实体都市有一个芯片,芯片采集实体的所有信息,并在虚拟数字天下中举行数字化复制,每个实体都存在虚拟复制品,即数字孪生体。大量数字孪生体举行集成,犹如将现实天下的一面镜子嵌入到电脑中,通过它便能看到这个天下的全貌。

第一,生涯便利。构建镜像天下可以为现实生涯提供极大便利。连系AR手艺在现实天下中叠加虚拟信息,反过来也能增强现实天下。这种增强可以来自视觉、听觉,甚至触觉,其目的主要是在感官上让现实的天下和虚拟的天下融合在一起。镜像天下里,像Siri和Alexa这样的助理将有一个具象化形象,可以与人类发生互动。它们未来不仅能够闻声人类的声音,还能看到人类的虚拟化身,捕捉到脸部、手臂之类的动作转变、细微脸色和情绪颠簸。此外,镜像天下也更适合机械人和无人车的大规模普及,人类看到的天下,也是机械看到的天下。

第二,提升人类感知。区块链+数字孪生的另一大优势在于各介入方可以随时随地组织数据,可以将有关建筑物的数据放在建筑物自己所处的地方,一切都是三维的。任何人都可以透过盘算机窗口搜索镜像天下里的任何东西,就像是电脑里的文件夹一样,扩大可见视野,提升对三维天下的感知。

数字孪生所应用的手艺距离完全成熟另有很长的路要走,区块链与数字孪生均处在生长阶段,而两者的连系还需要攻克一些手艺难关才气得以实现。虽然在这个历程中,需要面临诸多挑战,但可以确信,数字孪生在区块链的构建系统下,能够获得深入应用,并在未来某一天实现“共智”,确立镜像天下。

参考文献

[1] Rosen,R., Von Wichert,G., Lo,G., et al. About the Importance of Autonomy andDigital Twins for the Future of Manufacturing[J]. IFAC-PapersOn Line, 2015,48(3):567-572.

[2] Grieves, M. Digital Twin: ManufacturingExcellence through Virtual Factory Replication[EB/OL].http://www.autobeatdaily.com/cdn/cms/Digital_Twin_White_Paper_2.pdf,2015-03-01.

[3] Grieves,M. Product Lifecycle Management: The New Paradigm forEnterprises[J]. International Journal of Product Development, 2005, 2(1/2):71.

[4] Grieves, M. Product Lifecycle Management: Driving the Next Generationof Lean Thinking[M]. New York:McGraw-Hill Companies, 2006.

[5] Grieves, M. Virtually Perfect: Driving Innovative and Lean ProductsThrough Product Lifecycle Management[M]. Cocoa Beach: Space Coast Press, 2011.

[6] Kobryn,P.A. , Tuegel,E.J. Condition-Based Maintenance Plus StructuralIntegrity (CBM+SI) & the Airframe DigitalTwin[EB/OL].https://slideplayer.com/slide/6889530/,2011-03-01.

[7] Boschert, S. , Rosen, R . Digital Twin—The Simulation Aspect[A].Hehenberger, P., Bradley, D. Mechatronic Futures[C]. Switzerland: Springer Cham,2016.

[8] Schluse, M. , Rossmann, J . From Simulation to Experimentable DigitalTwins: Simulation-Based Development and Operation of Complex TechnicalSystems[R].IEEE International Symposium on Systems Engineering, 2016.

[9] Schroeder, G. N. , Steinmetz, C. , Pereira, C. E. , et al. Digital TwinData Modeling with AutomationML and aCommunication Methodology for Data Exchange[J].IFAC-PapersOnLine, 2016, 49(30):12-17.

[10] Negri,E., Fumagalli, L., Macchi,M. A Review of the Roles of DigitalTwin in CPS-based Production Systems[J]. Procedia Manufacturing,2017,11:939-948.

[11] Zhang, H., Liu ,Q. , Chen, X ., et al. A Digital Twin-Based Approachfor Designing and Decoupling of Hollow Glass Production Line[J]. IEEE Access,2017, 5:26901-26911.

[12] 陶飞,刘蔚然,刘检华,等.数字孪生及其应用探索[J].盘算机集成制造系统,2018,(1):1-18.

[13] Uhlemann ,H. J. , Lehmann, C ., Steinhilper, R . The Digital Twin: Realizingthe Cyber-Physical Production System for Industry 4.0[J]. Procedia Cirp, 2017,61:335-340.

[14] 产业深度. 2019—2025年全球数字孪生市场规模展望[EB/OL]. .shangyexinzhi.com/article/404001.html,2019-12-19.

[15] Gartner Survey Reveals Digital Twins Are Entering Mainstream Use[R].Gartner,2019.

[16] 张佳宁,陈才,路博. 区块链手艺提升智慧都市数据治理[J]. 中国电信业. 2019,(12):16-19.

[17] 袁煜明,王蕊,黄怀澄,等.区块链数字身份:数字经济时代基础设施——区块链产业应用系列讲述[R].火币研究院,2020.

比原链成功举办IEEE P3209 IKM工作组第三次线上会议

人已赞赏
币圈资讯

Libra最早或于2021年1月推出,最初只锚定美元_29号首码对接团队长微信群

2020-11-27 20:01:47

币圈资讯

OKEx投研 | 17370已破,比特币中期走势转弱_挖矿糖果空投网址

2020-11-27 20:02:32

0 条回复 A文章作者 M管理员
    没有人发言,快说说你的看法吧!
个人中心
购物车
优惠劵
今日签到
有新私信 私信列表
搜索