基于数字孪生的跨营区数据融合应用研究

稿件智慧营区建设与之前的数字营区相比,主要区别在于对营区及相关系统多元化感知数据获取及融合处理.在解决单营区数据融合的基础上,要考虑跨营区多级协同营区的数据融合应用.结合智慧营区特征以及跨营区数据融合需求,给出基于数字孪生技术的数据融合架构设计,并提出有关数据融合应用构想.通过数字孪生技术提供底层技术支撑,力图取得营区数据融合信息模型赋能优势,通过建立物理/虚拟模型的数据融合模型和交互关系,确保跨营区的协同化运用,对未来跨营区数据融合应用具有一定的参考意义.     

数字孪生驱动的火箭控制系统故障诊断研究综述

在第四次工业革命中,智能制造成为各国工业发展的重点方向,数字孪生技术作为一项新兴技术,能够有效实现物理信息的融合;将其应用于火箭控制系统的故障诊断和健康管理,能够进一步提高故障诊断的事前准确性,提升火箭发射的可靠性;本文对数字孪生技术在航天领域的研究现状进行归纳整理;首先梳理了NASA的数字孪生目标,国内领域按照设计、生产、支持服务阶段对数字孪生应用进行分类;其次,按照故障树、专家系统、神经网络、数据驱动的方法阐述控制系统故障诊断的研究现状;在介绍数字孪生驱动的健康管理方法的基础上,提出数字孪生驱动的火箭控制系统的故障诊断方法;详细介绍其基本组成框架,分析关键技术及应用难点,并提出数字孪生健康管理平台的基本流程;该方法预期实现火箭控制系统的事前诊断和维修策略的制定     

面向智能矿山的数字孪生技术研究进展

智能矿山领域数字孪生技术的应用需面对较多复杂性、特殊性的技术突破。阐述了数字孪生在智能矿山领域的适用性,归纳梳理了数字孪生技术在煤矿安全、生产及运营管理等方面的研究及应用现状：在煤矿安全管理方面,数字孪生技术主要应用于灾害预警、风险管控、灾害救援等;在煤矿生产方面,数字孪生技术主要应用于采掘工作面区域整体、单机机械装备状态监测及控制、机械装备预测性维护。从物理实体、虚拟实体、连接交互、数字孪生数据及功能服务5个维度入手探讨了智能矿山领域数字孪生亟待解决的关键共性问题：物理实体维度需重点突破全面感知及控制装备的研发,虚拟实体维度需深入进行物理、行为、规则模型的研究,连接交互维度需攻关煤矿井下5G网络传输关键技术,数字孪生数据维度需解决高性能计算等问题,功能服务维度需研发仿真软件及人工智能算法,以便更好地适应现场环境。从矿井规划设计、开发、建设阶段的灾害预防性设计、生产系统设计、地质环境预测,矿井生产运营阶段的灾害预警及防控、生产调度决策优化、生产设备全生命周期管理等方面展望了数字孪生技术在智能矿山领域的发展趋势,认为宜针对关键部件或装备,核心环节,重要或危险场所、区域等进行精细化孪生。     

面向数字孪生流域的云网融合架构研究

数字孪生流域建设是智慧水利建设的重要标志,是推动流域水利高质量发展的必然要求。为了应对当前数字孪生流域建设过程中面临的流域物联感知能力、通信传输网络资源、模型算法仿真计算水平等方面的不足而产生的挑战,本文结合云网融合的云网协同、按需互联、敏捷智能的服务能力特性,基于云网融合层次化的设计思想,把流域云和网充分融合,有效调度并应用计算、通信、存储等基础设施资源,提出了面向数字孪生流域的云网融合逻辑架构,梳理并阐述了水利感知网云网融合服务实现、水利信息网云网融合服务实现、数字孪生平台算力服务实现等可应用于数字孪生流域建设的云网融合服务架构,总结分析了面向数字孪生流域的云网融合关键技术。研究对充分发挥新一代信息技术对数字孪生流域建设的支撑驱动作用具有重要参考意义。     

面向智能矿山与新工科的数字孪生技术研究

将数字孪生与人工智能(AI)技术相结合,提出了基于数字孪生+AI的智能矿山建设新思路。探索了智能矿山技术发展路径,研究了数字孪生技术的特征、应用领域及发展趋势,指出数字孪生是数字化矿山发展的必然趋势。提出了基于数字孪生+AI的智能矿山理论架构,构建了矿山数字孪生模型,模型自下而上分别为矿山全要素物理实体、矿山信息物理融合层、矿山数字孪生模型、矿山孪生数据交互层、矿山应用智能服务层,据此实现智能矿山的泛在感知、协同控制和智能决策与优化。从应用实际需求出发,探讨了智能矿山模型构建技术、智能开采数字孪生体技术、矿山智能控制技术、矿山设备故障预测、基于数字孪生的人机交互等关键技术。通过研究数字孪生在智能矿山中的应用,为AI技术在智能矿山应用落地提供思路,为未来智能矿山新工科建设提供理论借鉴。     

信息物理融合系统研究综述

信息物理融合系统(Cyber-physical systems, CPS)是多维异构的计算单元和物理对象在网络环境中高度集成 交互的新型智能复杂系统,具有实时、鲁棒、自治、高效和高性能等特点.本 文首先介绍了CPS的概念和特征,综述了CPS的当前发展状况与应用前景;其次, 对CPS的系统构成进行了简要分析,讨论了CPS与相关技术的区别与联系;最后, 对CPS技术发展所面临的主要挑战及可能的研究方向进行了总结与展望.     

面向虚拟孪生的跨学科教学设计与科教融合实践

虚拟孪生是实现元宇宙的重要技术系统,针对该创新领域技术与设计交叉融合的特点,以及培养跨学科、复合型人才对高校教育改革的要求,提出面向虚拟孪生的跨学科教学设计与科教融合方法,以数字媒体与虚拟现实方向相关课程建设和教学实践为例,介绍跨学科教学设计、内容资源建设以及科教融合教学模式的探索和实践,为此领域培养顺应时代和社会发展要求、面向未来的高水平人才提供思路。     

数字孪生与平行系统:发展现状、对比及展望

随着物联网、大数据、人工智能（Artificial intelligence,AI）等技术的发展,针对促进新一代信息技术与制造业深度融合、实现制造物理世界与信息世界交互与共融的需要,数字孪生和平行系统技术成为智能制造和复杂系统管理与控制领域研究的热点.本文对数字孪生和平行系统技术的基本概念、技术内涵、相关应用等进行了研究与总结,对比了两者之间的异同,并分析了两者的发展趋势,预期能够给复杂系统管理与控制领域的研究人员提供一定的参考和借鉴.     

CPS技术发展研究

CPS(Cypber-physical-system),即信息物理融合系统,是当今新兴的多学科交叉研究领域之一,被誉为是下一代网络技术发展的方向。信息-物理融合系统描述了一类复杂的系统,这类系统融合了计算机科学、控制科学和通信科学等多门学科。本文主要围绕CPS关键技术,讨论了CPS的基本概念和应用,并通过对CPS与物联网的比较,从实时性和不确定性,以及节点设计等方面系统的分析,综述了CPS的研究现状,讨论了目前存在的问题和需要进一步研究和解决的课题。     

信息世界和物理世界的深度融合——浅谈CPS及其应用

信息物理融合系统(CPS)是一种融合了计算、通信与控制的新型复杂嵌入式系统,系统中计算过程和物理过程在开放的环境下持续交互、深度融合与相互作用,一体化的实现开放嵌入式计算、网络化实时通信与远程精确控制等先进功能。本文先介绍了CPS的概念及特性,然后分析CPS的典型应用场景:林业监控、精准农业、智能医疗等领域,在文章的最后部分对CPS的未来进行展望并指出发展方向。     

流程工业数字孪生关键技术探讨

流程工业是制造业的重要组成部分, 是国民经济发展的重要基础, 主要包括化工、冶金、石化等行业, 其安全高效的生产对国家而言具有重要的战略意义. 然而, 流程工业物理化学变化反应复杂、流程间能质流严重耦合、多目标冲突、在线实验风险大, 给生产流程系统建模与高效协同优化带来极大困难, 严重制约了生产质量和资源利用率的进一步提升. 随着信息技术与人工智能的发展, 建立虚实结合、协同优化运行的流程工业数字孪生生产线所需技术逐渐成熟, 其在流程工业的应用价值与潜力日益凸显. 本文首先阐述数字孪生在流程工业应用的必要性与重要性, 并通过边界定义法将数字孪生与信息物理系统(Cyber-physical system, CPS)、工业互联网等概念进行对比分析,从而明确数字孪生的基本内涵与功能边界. 其次描述流程工业抽象模型和数字孪生理论模型间的映射关系, 并分析了如何用数字孪生技术解决流程工业系统建模与高效协同优化的瓶颈问题. 最后, 从数字孪生系统构建的角度探讨数字孪生发展的关键技术, 并以一条炼铁生产线为例, 展示数字孪生技术在实际工业中的应用解决方案.     

智慧水利关键技术与应用研究综述

随着物联网、大数据、云计算、人工智能、5G 等新一代信息技术的发展,智慧水利成为当前水利领域的重要研究内容和发展方向。为理清智慧水利的主要研究内容和关键科学问题,进一步推动我国智慧水利发展,介绍当前智慧水利的研究背景,归纳智慧水利的概念、内涵和应具备的属性特征,提出智慧水利总体层次框架,并详细分析各层功能和支撑技术,综述典型应用领域相关智慧系统平台的搭建方法和实验过程。通过对现有理论技术和应用系统的总结梳理,提出：加强基础设施建设,推动信息技术与水利业务深度融合,构建高效知识体系,提高系统可视化能力,完善水利一张图,加强安全保障,制定统一标准协议,解决不同数据规模带来的挑战等,是智慧水利未来主要研究方向。     

A review of QoE research progress in metaverse

Metaverse is a virtual world that maps and interacts with the real world. It is a digital living space with a new social system created through Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR), Mixed Reality (MR), Artificial Intelligence (AI), Cloud Computing (CC) and other technologies. With the rapid development of block chain technology, interactive technology, network and computing technology, communication network technology, digital twin technology, artificial intelligence technology, Internet of Things technology and electronic game technology, the metaverse has also ushered in a stage of rapid development. However, enormous difficulties and challenges remain in how to create a perfect metaverse system that can truly break the barriers between reality and virtual. The quality of content, device and interaction in the metaverse all have an important impact on the Quality of Experience (QoE). The purpose of this paper is to provide the latest research progress of the current metaverse QoE, which will be helpful to the future research of the metaverse QoE and provide the direction for further research.     

面向未来网络的信息-物理融合系统的探讨

随着信息通信技术的发展,信息-物理融合系统已成为相互依存、深度融合的超大规模二元复合网络系统。研究其信息网络框架、体系结构和大数据及碎片化知识的属性,对未来智能电网理论研究和实际工程应用具有重要意义。针对互联网、物联网、大数据知识等引领人类社会进入信息知识大爆炸时代的特征,重点探讨电力信息-物理融合系统所面临的机遇和挑战,未来将呈现新能源并网、电子信息装置比率提升、多能源和多网络融合的发展趋势,从发、输、变、调配用等环节提出了大数据和人工智能知识的应用展望,助力于未来智能电网信息化决策与部署。     

城市大脑知识图谱构建及应用研究

随着城市大脑建设进程的推进,城市中积累了大量的物联网(IoT)设备和数据,利用海量设备数据对问题进行分析和溯源,对于城市大脑建设具有重要意义。该文基于资源描述框架和智能物联网协议概念,提出一种以城市物联网本体为基础的城市大脑知识图谱建设方法,城市大脑知识图谱模型融合多源异构数据,覆盖城市基本要素,实现对城市要素的全面感知和深度认知。该文重点探究了城市事件本体中的事件抽取,设计了一种新颖的语言模型框架对事件类型和论元联合抽取,与单模型分析对比,该联合模型较单模型的事件类型和论元F₁值分别提高0.4%和2.7%,在时间和模型复杂度上,较单模型级联也有更好效果。最后,该研究对知识图谱技术与人工智能、多传感器融合、GIS等新一代信息技术交叉融合方面进行了探究分析,为城市治理和服务应用场景提供理论依据。     

面向复杂产品研制的MBSE体系架构及其发展趋势研究

基于模型的系统工程(model based systems engineering,MBSE)是一种将系统工程理论与数字化技术相结合的复杂产品研制技术,能够以系统工程思维有效驱动复杂产品研制流程,并以系统模型方式形式化地表达系统复杂交互作用.对此,首先以复杂产品研制背景、MBSE国内外发展状况为理论基础,总结并介绍目前MBSE在复杂产品研制过程中存在的问题;其次,以MBSE模型域、技术域、功能域、跨域支撑要素和应用域为研究层面,结合人工智能、数字孪生、数字主线等数字化技术综合考虑MBSE工程实践所需的关键要素,提出一种面向复杂产品研制的MBSE体系架构并进行详细论述;最后,基于该体系架构研判目前MBSE发展形势,并以数据模型为核心生产要素的角度进一步探讨未来MBSE的发展趋势.     

面向智慧城市的数据驱动信息物理系统安全威胁分析模型与方法

信息物理系统（CPS）是一个集成计算、通信和物理过程的混成系统,在智慧城市中占据至关重要的地位,其安全问题面临许多挑战.本文首先建立信息物理系统安全威胁分析模型,给出CPS各个组成部件的安全威胁,然后提出了信息物理系统的威胁关联分析方法,并以智能电网为例给出实验测试结果.结果表明,该方法能实现快速大规模安全威胁建模和自动化分析,为智慧城市中的关键信息基础设施提供技术支撑.最后,本文总结了智慧城市中信息物理系统的安全威胁研究进展和未来研究方向.     

人工智能技术在矿山智能化建设中的应用初探

介绍了人工智能技术的相关概念、发展概述及其在煤炭行业发展中的应用,指出目前人工智能技术在矿山应用只是点状结合和浅度结合,没有实现人工智能技术和矿山某个生产或管理系统层面的深度融合。概述了智能矿山的发展历程,指出智能矿山是人工智能技术、大数据技术、物联网技术和矿山实体的深度融合体,利用智能通信、智能控制和智能计算技术实现数字化矿山的计算、处理,构建数字孪生矿山,通过数字孪生矿山和物理矿山的智能交互演化,达到对煤矿安全、高效、绿色的生产控制。构建了将人工智能技术和矿山深度融合的包括设备层、智能层、应用层的智能矿山三层构架:应用层处于智能矿山的最高层,其中的数字孪生矿山子层相当于“数字大脑”,实现矿山最高层次的智能控制;智能层中的智能体要求子系统不仅仅是应用人工智能技术处理子系统所产生的数据,而是从架构上就要将智能计算、智能通信、智能控制融为一体。展望了智能矿山建设的发展趋势:智能化矿山需要加强人工智能技术和矿山融合度的深入研究,将现有的基于人工智能的故障检测、诊断及超前干预技术应用到机器人系统中,智能计算、智能通信、智能控制融合的巡检机器人将是最早能推广的井下智能体之一;智能化矿山需要进一步加强复杂巨系统建模技术的研究,只有建立了矿山的复杂巨系统模型,才能实现采矿活动和环境的协同互动,实现采煤活动的精准控制,复杂巨系统模型的缺乏将是未来智能矿山建设亟需解决的问题。