面向6G的双循环数字孪生网络架构设计

数字孪生是推动数字化转型的重要技术,当前受到学术界和工业界的广泛关注。数字孪生借助迅速发展的人工智能、智能化网络等先进技术,构建物理实体在虚拟空间的映射,可以实现物理实体的数字化管理。目前,很多研究将数字孪生用于特定场景的控制与规划或作为仿真平台来应用,无法实现数字世界与物理世界的全场景交互。鉴于此,提出了基于双循环机制的数字孪生网络架构,将数字孪生网络看作一个系统的整体,旨在成为未来涉及智慧应用的通用架构,以实现全场景的任务覆盖。首先介绍业界对数字孪生的定义以及相关技术的研究现状,阐述了数字孪生网络的重要特性,然后详细给出了系统的架构设计以及其在算力众筹上的应用案例分析,最后对数字孪生技术未来的发展进行展望,分析了未来面向6G的数字孪生网络面临的问题与挑战。     

数字孪生系统构成研究

随着数字孪生的迅猛发展和数字化浪潮的持续推进,对物理世界进行全域感知、精准刻画、仿真推演和实时操控成为可能。为了实现数字化镜像,需要依托标识感知、数据互动、建模仿真、交互控制、区块链、大数据、人工智能和云计算等技术来构建数字孪生系统。文章介绍数字孪生的基本概念,描述数字孪生系统的基本构成与内涵外延,梳理数字孪生系统构成要素的主要功能。     

大型综合性博物馆数字孪生多元化数据构建与应用

<正>本文从数字孪生技术在文化遗产领域的应用现状入手，通过对数字孪生多元化数据构建研究，关键技术突破和数据应用前景等可行性的挖掘，探索数字孪生多元化数据构建对于大型综合性博物馆的发展方向。数字孪生是以数字化的方式建立物理实体的多维、多时空尺度、多学科、多物理的动态虚拟模型，来仿真和刻画物理实体在真实环境中的属性、行为、规则等。简单来说就是在虚拟空间中构建一个物理实体的数字化镜像^[1]。数字孪生能够描述物理对象的多维属性、实际行为和状态，分析未来发展趋势，从而实现对物理对象监控、仿真、预测、优化等实际服务和应用需求^[2]。     

基于数字孪生技术的智慧水利应用研究

文中主要研究了数字孪生技术在水利工程中的应用,分析了物理流域和数字流域的孪生方式,接着对水利工程数字孪生实施步骤进行了分析,详细阐述了应用过程中的关键步骤,并通过建立水利孪生数字化模型,实现了数字孪生与物理实体的实时同步仿真运行,有效支撑了管理部门的精准化决策,提升了水利行业的信息化水平。     

数字孪生电网的特性、架构及应用综述

数字孪生电网旨在利用新兴的数字孪生技术帮助电网企业构建物理电网的数字孪生体。该文总结了数字孪生电网的3大特性：数据知识混合驱动、实时双向交互、虚实相融共生。讨论了规范化孪生电网项目的评价标准。回顾了数字孪生电网的典型架构设计,基于数字孪生5维模型提出了包含物理电网、孪生数据、孪生电网、孪生应用4层结构的通用性参考架构。归纳了孪生电网在系统分析、状态评估、数据预测、健康维护、仿真建模等方面的应用,探讨了孪生电网未来向孪生能源互联网、智慧能源系统等演进的意义和价值;最后从数据管理、模型构建、可视化、信息物理安全、标准确立、生态建设6个角度总结了数字孪生电网的挑战性问题。     

面向自智光网络的数字孪生技术研究及示范应用

信息通信技术处于加速融合、系统创新和智能引领的重大变革期,基于数字孪生技术构建具备自配置、自优化、自修复能力的自智光网络,实现光网络规划、建设、维护、优化、运营全生命周期智能化、自动化已经成为研究热点。全面分析数字孪生技术国内外研究现状,提出新型自智光通信网络体系架构,设计基于高维空间的光网数据量化表示模型,构建完备的数字孪生仿真建模运算集合,并针对当前光网络运维挑战梳理出三类数字孪生应用场景;利用光网传输质量评估和自动优化案例阐述数字孪生技术的应用效果,并对数字孪生技术进行总结与展望。     

数字孪生在智能家居领域的应用

简要介绍Digital Twin（数字孪生）的起源和定义，以及构建数字孪生体的五个主要步骤和关键技术。介绍数字孪生技术在智能家居领域中应用的案例，提出数字孪生助力提升室内无线信号覆盖等应用场景。以智能家居数字孪生体的构建为核心，系统化和智能化的思路贯穿数字孪生体构建过程的始终，实现虚拟智能家居的功能再造与系统重塑，达到数字孪生目标系统的仿真效果。     

数字孪生技术在智慧供水中的实践应用

物联网、大数据、云计算等技术的发展,为智慧城市建设提供了新的方向。数字孪生可以基于物理世界构建虚拟空间,能对物理世界实现实时同步或异步的数字化映射,其本质是通过数字化、模型化等手段实现对物理对象的实时控制,它可以在一定程度上提高人类对于物理世界运行规律与过程的认识。文中对供水系统的使用及发展现状进行了简要分析,对数字孪生技术在智慧供水建设中的实际应用进行了简要的阐述,希望对数字孪生技术的发展有所帮助。     

基于三轴机械手装配平台的数字孪生可视化分析

<正>鉴于数字孪生可视化研究较少，三维建模及模型简化处理仍是当前主要难点，本文以三轴机械手装配平台为研究对象，系统介绍了三维模型构建、模型轻量化处理、虚实映射通讯等构建方法，通过可视化智能运维系统展示数字孪生技术在智能监测、信息反馈、决策控制等方面的应用价值。数字孪生(Digital Twin)以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力^[1,2]。     

数字孪生增强的领域自适应航天器多余物检测

由于标注数据的短缺,对航天器多余物进行在线检测受到了较大的限制。文章研究了多余物的物理特性,在航天器的数字孪生系统中构建相应的多余物模型,提出了一种结合数字孪生技术增强的跨域自适应航天器多余物检测方法。该方法通过数字孪生技术获取航天器的实时数据,并借助于历史标注数据中的相似结构,以跨域自适应技术辅助实时在线推理的进行。设计了一种新型的跨域自适应模型,该模型采用共享网络结构以及门控机制,从而在复杂任务中更有效地挖掘先验知识,实现了跨域自适应技术与数字孪生技术的有机结合,以实现更高效、准确和实时的预测。此种方法可以全面地检测航天器各个部件的多余物状态。     

气动光学效应光电校正方法研究

采用红外成像寻的精确制导体制的高速飞行器在大气中以高超音速飞行时。头罩周围的高温激波流场将产生气动光学效应,这种效应严重影响了导引头对目标的探测、识别与跟踪,必须对此采取措施进行校正。文中介绍了气动光学效应的光电校正方法,包括基于波前检测与基于像清晰化校正以及高频微型光电子校正等自适应光学校正、图像帧频与帧积分时间自适应变化校正和光学与图像处理综合校正等方法,并对各种方法进行了比较分析。     

基于DMD的动态红外场景仿真技术研究

相对于现有红外场景仿真技术而言,基于数字微镜器件(DMD)的动态红外场景仿真技术具有高图像分辨率、高光学效率、高亮度等优点,已逐渐成为红外目标成像仿真技术发展的主要方向。结合国内外研究现状,详细阐述了基于DMD的红外场景仿真技术原理及其工作过程,探讨了灰度调制和转换效率计算问题,最后对几个关键技术问题进行了归纳。     

基于UDK的虚拟现实技术在三维虚拟数字校园中的应用与研究

数字化校园虚拟漫游系统是数字化校园建设计划的核心平台。本文首先对目前主流的虚拟可视化开发工具作了介绍,并结合当今最流行的游戏引擎UDK（Unreal Development Kit）和三维设计软件3ads Max的虚拟现实技术问题进行了研究,以无锡城市职业技术学院校区为原型,运用三维设计软件3ads Max仿真技术建立了的虚拟校园三维模型。采用游戏引擎UDK（Unreal Development Kit）与SQL server后台数据库连接、实景拍摄与虚拟建筑相结合的方式,设计并实现了实时三维虚拟校园漫游系统的路径自动漫游、自主漫游、楼宇查询和鹰眼鸟瞰等功能。设计并实际运用结果表明,使用三维场景中烘焙贴图的制作运用UDK引擎技术改进的场景优化技术,系统运行效率得以很好的提高,甚至在普通PC机上实时运行时也很流畅和稳定。     

基于串行RapidIO的通用数字信号处理模块设计

随着通信技术发展,要求平台的处理能力越来越高,同时器件间数据交互量也急剧增多,传统器件互连接口已不能胜任。文中采用SRIO（串行RapidIO）技术,设计实现了一种通用的数字信号处理模块,给出了电源和时钟解决方案,实现多个DSP（数字信号处理器）、FPGA（现场可编程门阵列）之间10Gbit／s的互连带宽。平台方案成功应用于某通信系统中,试验结果表明,模块性能高,运行稳定,满足了高性能通用处理平台要求。     

语音技术在塔台模拟机上的应用

基于空管模拟训练机对空管人员训练的重要性和优越性以及塔席特点,利用计算机实现飞行器动态特征的场景再现,设定多场景、多任务的训练科目是目前采用的普遍做法。文章依托塔台模拟机性能特点,采用有限词汇量识别方法,结合空管发音规则、语法结构、发音标准以及中英双语等特点,采用动态时间归正识别技术和语音同步叠加算法实现语音编码、识别与合成,实现了多局部最优化决策。     

基于DEM及DOM构建三维实景地形图

随着数字化技术的发展,各行各业均在朝三维技术方向发展,地理信息行业也是如此。以数字高程模型DEM及数字正射影像DOM为基础,结合MapGIS软件的数据处理及三维渲染功能,联合构建了三维实景地形图,突破了传统二维地形图的局限性,提高了地形图的直观立体性、美观性和实用性。     

激光靶标图像识别和测量方法的研究

结合光电成像技术和数字图像处理方法，针对传统的准直测量中存在的低效率、低精度的问题，提出了一种基于数字图像处理方法的动态高精度测量方案；同时结合测量中的关键问题提出了基于灰度平均值的自适应阈值分割法、基于重心法的光斑中心检测法、基于圆拟合的定标圆检测法等一套高效、高精度的图像处理和测量算法，并且在实际的测量系统中获得了良好的应用效果。     

射频信道非线性失真对多载波数字通信的影响及常用线性化技术分析

讨论了信道非线性特性引起的各种失真特性,利用仿真软件比较了信道非线性对单载波和多载波数字通信的影响,总结并分析了目前常用的信道线性化技术,对于高频段多载波数字通信系统射频信道的线性化设计具有一定的指导意义.     

时间拉伸光子多普勒测速技术研究

在瞬态高速测速场景中,目标物体在几十ns时间内能加速到几~几十km/s,因此光子多普勒测速系统中电学数模转换器件带宽要求达到GHz甚至上百GHz。时间拉伸光子多普勒测速系统利用飞秒激光时间拉伸特性,在光域中完成信号降频处理,降低了光电信号探测器件和电学数模转换器件带宽压力。提出了改进的时间拉伸光子多普勒测速系统,飞秒脉冲经过第一级色散器件充分展宽铺满整个时域,避免了速度信号的采样间断;信号解调上采用误差补偿算法对频移信号进行补偿,减小了因为位移引入的系统误差,从而增加了有效记录时间。实验使用纳秒激光驱动铝膜产生高速飞片,测试了文中测速系统在记录时间1.2 μs内的实验效果。实验使用重频50 MHz飞秒光源,第一级和第二级色散器件分别使用200 km和100 km单模光纤,构成比例因子2/3。最终实验表明系统将3.6 GHz的多普勒频移信号降低为2.4 GHz,通过与光子多普勒测速系统进行结果比对,实验动态误差小于5%。该系统将能够应用于多种动高压技术加载飞片场景下的速度进行测量,为瞬态高速测量领域提供了新的测量手段。     

STK软件在数字目标场景仿真中的应用

为了解决数字目标场景仿真中缺少逼真的战场态势和目标轨迹显示的问题,提出了利用卫星工具包(STK)软件进行三维战场环境显示的思路和方法。通过研究STK二次开发接口和对象模型库,在基于微软基础类(MFC)的窗口应用程序中利用STK的组件对象模型(COM)接口进行二次开发,实现了在窗口应用程序中直接嵌入STK三维显示窗口,并利用STK的星历文件实现了轨迹信息的导入和显示。同时,给出了雷达坐标系下目标位置与经纬度的转换方法。该研究解决了数字目标场景仿真中三维场景显示的问题,为雷达提供了更加真实的仿真场景,提高了用户体验度,具备较高的工程应用价值。