数字孪生空间引领大数据时代革命

人类社会每一次科学技术的大跃进发展,都伴随着革命性产物的出现,不断推动时代车轮向前滚动,如引领工业革命的蒸汽机、计算机革命的图灵机等等。如今5G时代来临,万物互联,数化万物,海量数据的治理、应用和可视化站在了时代浪潮之巅。本文从数字孪生空间的角度出发,论述了数字孪生空间的变革影响和未来形态,使得数据、网络、平台都能够在数字孪生空间中进行可视化运行,实现数字世界与物理世界一样"活过来了",从思维、架构、形态上,都颠覆了传统信息化的建设模式。

基于大坝施工的水下地形可视域拓扑特征与数字孪生模型

为实现更加顺利、安全的大坝施工,考虑在施工中应用可视化技术,设计一种基于大坝施工的水下地形海量数据数字孪生空间映射模型,实现三维地形的可视化.通过单波束测深仪测量大坝水下地形,完成大坝水下地形海量数据的采集.应用基于空间异性的数据三维插值建模方法对采集数据实施插值处理.考虑拓扑关系,构建大坝水下地形可视域拓扑特征表示模型,给出大坝水下地形可视域的分布描述.依据构建的DEM模型与水下地形可视域的分布描述,构建纹理空间与景物空间之间的映射关系和三维地形图与景物空间之间的映射关系,根据映射关系搭建数字孪生空间映射模型.测试结果表明,该模型的形变程度低于3%,初始加载仅花费了7910ms,细节加载中仅花费了1500ms左右,整体加载时间较短.

数字孪生智慧学习空间:内涵、模型及策略

各类学习空间的优势互补可以促进有效学习,但课堂教学始终未能达成实体学习空间、虚拟学习空间和自然学习空间的跨越和融合。基于数字孪生技术构建数字孪生智慧学习空间,有望实现各类学习空间的一体化,为学习者具身探究自然与社会和高阶思维发展提供支持。数字孪生智慧学习空间由虚实共生空间及资源、信息传输系统、智慧大脑系统、教与学支持系统等核心要素构成,能够支撑具有跨时空高保真体验、分布式跨区域协作、虚实共生数据驱动、面向设计的真实学习等特征的学习活动。其构建应当在遵循整体性、智能性、探索性、融合性原则基础上,从物理空间、云端服务和数字空间三个逻辑层次进行结构设计。基于数字孪生智慧学习空间的教学可采用数字孪生探究教学模式,从课前、课中和课后三个阶段以及实施过程、学习空间、学习活动及学习评价四个层面围绕问题解决展开,并采用知识共享驱动和涟漪拓展探究的教学策略,以促进学习者的深度协作知识建构。

电网数字孪生北斗网格空间构建及无人机电力巡检应用

针对电网空间环境复杂、多源异构数据难以实现统一组织,以及电力巡检无人机空域管控的空间计算方法复杂等瓶颈问题,本研究基于地球剖分网格框架理论,利用全球经纬度剖分网格(GeoSOT)地球空间新型剖分理论,包括《地球表面空间网格与编码》(GJB8896-2017)、《北斗网格位置码》及《地球空间网格编码规则》等国家标准编制成果,提出了一种电网数字孪生北斗网格空间框架,并在构建的电网网格空间内利用空间网格态势图实现了无人机电力巡检的智能管控应用。本研究构建的电网数字孪生北斗网格空间具有以下特点:①可实现物理或数字环境相互映射,形成具有计算、信息建模和多模态传感的电网空间;②为电网各类数字孪生应用提供自然便捷的交互接口,在物理空间与数字空间中实现更沉浸式、更交互式、更自动化的管理与服务;③基于数字孪生北斗网格空间形成的电网空间网格态势图,利用离散空间对复杂电网环境进行表达,利用地球剖分网格对空间静态、动态目标进行高效的位置计算,进一步实现巡检无人机的智能管控应用,将有效保障电网野外工作的安全,极大提高电网野外工作的效率,并可应用于电力无人机设备野外搜救等多个领域,具有广阔发展前景.