数字孪生（Digital Twin）是近几年在各峰会论坛和科技行业中不断出现的一个词汇，不管是智能制造、智慧城市还是物联网、车联网等，这些热门的新兴概念似乎都与“数字孪生”密切相关。
数字孪生与这些新兴概念有什么关系？
数字孪生具体是什么概念？
数字孪生是如何一步步发展起来的？
希望通过本文帮助大家消除上述疑问。
一.
影视作品中的平行世界
在正式介绍数字孪生的起源和发展之前，我们先来回顾一个大家比较熟悉的科幻概念——“平行世界”。
“平行世界”是诸多经典电影中常见的场景，比如在2010年上映的《盗梦空间》中，现实世界的人通过做梦可以进入第一层梦境的平行世界，第一层梦境的人还可以再进入第二层梦境，甚至不断叠加，梦境中有现实世界的投影，几乎一模一样，最重要的是，在梦境中可以获取现实世界中难以获得的信息，通过在梦境中植入理念来影响现实世界的事务走向。
《盗梦空间》
《盗梦空间》的平行世界是由人脑直接构造的，而1999年上映的《黑客帝国》和《异次元骇客》和2011年上映的《源代码》是由电脑程序构建的仿真世界。这些平行世界或是完全模拟真实世界构建，或是参照真实世界构建，通过观测或与这些平行世界进行互动，可以获得改进现实世界的信息和解决方案，从而影响现实世界事务的发展方向。
《异次元骇客》
这种“构建平行世界，并借助平行世界影响现实世界”的模式就是数字孪生的核心思想。
二.
数字孪生的概念提出
数字孪生（英文名Digital Twin）概念最常见的来源说法是2011年3月美国空军研究实验室（AFRL，Air Force Research Laboratory）Eric J.Tuegel的一次演讲中提出的：
2011年3月演讲资料
而笔者在网络中查找到最早的一份含有Digital Twin的演讲材料是2009年2月的AFRL CBM+SI Workshop中：
2009年2月演讲资料
两者是同一个机构和人群，采用的方案也一致，均是“采集飞机的运行数据，模拟一个各运行部件实时变化的飞机，预测各部件结构的健康状态，从而指导飞机后续的运维工作开展”。
真实飞机数据-通过映射给虚拟数据进行实验-再应用至实体
尽管“数字孪生”的思想内涵清晰，具体词汇的来源也较清晰，但由于技术在不断进步，这个词汇的概念外延也在不断变化。为保证文章的完整性以及概念的准确性，这里先给一个尽量简单但相对抽象的定义描述：
数字孪生是“将现实空间中的人、物、关系、过程等对象”复现为“信息空间中的数字模型（数字孪生体）”，并通过观测、分析、推演和操作数字孪生体来实现对现实对象的研究和控制。
下面我们会将“相关技术发展”和“数字孪生的主要应用场景”相结合，进行具体说明。
三.
数字孪生的发展与应用
作为一个高级复合概念，数字孪生与最近几十年的多种技术有千丝万缕的关系，我们选取其中八种逐个简要介绍，帮助大家深入了解其前世今生。
1.数字可视化
数字可视化的直观体现是图表和图像，通过将数字信息转化为图形图像等形式，让人们能更简单更快速的获取到数字背后的核心信息，从而加速基于数据的客观决策形成。这种技术虽然看起来“貌不惊人”，但却是后续一系列技术的基础和核心。
数字的核心信息通过图像图表进行展示
2.仿真技术
仿真技术可以看做是进阶版的数字可视化或者最简化版本的数字孪生。通过一些仿真应用和仿真软件，建立一些模拟真实场景的模型，帮助人们验证新的想法和方案。比如通过软件模拟一个特定外形的火车头形状，查看其受不同风速的阻力影响有多大；或者渲染一个房屋装修效果图，让房屋业主看看是否符合自己心意。
VR实景看房
3.虚拟现实
基于数字可视化和仿真技术，通过计算机模拟出的逼近现实的虚拟环境让人有更深层次的沉浸感受，人们能够通过熟悉的方式与虚拟环境进行交互，获取信息或执行任务操作。比如2021年春晚的虚拟人歌舞演唱，各种VR游戏等。
VR游戏
4.大数据
大数据这个词最近十几年特别火，简单解释就是IT技术不断发展，让人们可以便捷的搜集、分析和存储巨量的数据。比如全中国所有人最近一年在网上浏览的所有商品，通过整合数据判断出任意指定人、在任意时期的兴趣偏好，从而指导商家对其商品或娱乐活动进行精准推荐。大数据技术的成熟让大场景下的数字孪生从理论可行变得触手可及。
后台通过分析用户反馈数据来调整商品推荐
5.人工智能
人工智能可以通过各种算法和技术模拟，生成一些能对外界事务做出分析、判断、反应的智能模型或机器。比如模仿人反复下围棋总结技巧，并最终战胜中国围棋国手柯洁的Google围棋机器人模型Alpha Go，代替人类执行自动驾驶技术的特斯拉自动驾驶模型等。
“围棋机器人Alpha Go”VS“中国围棋国手柯洁”
6.物联网
物联网指通过各类传感器等进行数据收集和汇总，形成对各类物体的深入了解。比如这条道路上的所有车辆车速为多少，哪些路口方向的路灯现在是红灯，哪里目前在堵车，哪里将会堵车。
物联网与生活服务关系图
7.工业4.0
工业4.0是数字孪生的一个经典应用，通过整合物联网技术和人工智能技术，工厂将生产设备、无线信号连接和传感器集成到一个生态系统中，这个生态系统可以复现整个流水线当前的运行状态，监督整个生产线流程甚至自主执行决策修复。比如判断哪个零件中有虚焊现象属于次品，在哪个环节把次品推出正常流水线，如何自动调度资源、给今日订单补充生产新的良品等。
参考：德勤工业4.0数字化制造企业和数字化供应网络系列报告
8.智慧城市
智慧城市是近年来数字孪生除工业4.0之外的另一个热门应用场景。通过传感器和信息系统连接，城市运营的各类信息被融合到一起，形成一个数字化的孪生城市，通过对这个孪生城市添加自动化智能化干预算法或者配备分析调度员，推动城市交通、安全、民生、环保等的实时监控与及时干预，以促进其高效运转。比如整合分布在城市各个角落的烟雾探测器和摄像头，自动化精准识别城市中的火灾险情，自动报告最近的消防机构，调控交通信号灯并引导消防车辆，协助城市消防保卫市民人身和财产安全等。
智慧城市主要应用领域与价值
