书籍详情
数字孪生系统设计与实践
作者：丁盈，朱军，王晓征
出版社：清华大学出版社
出版时间：2023-01-01
ISBN：9787302623731
定价：¥89.00
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内容简介
本书以数字孪生平台顶层设计方法入手，对数字孪生软件系统的核心逻辑进行讲解，对数字孪生系统平台化实现进行描述，对数字孪生实现的核心路径—工业物联、智慧城市、通信网络—进行呈现。全书共 5 部分，第一部分介绍数字孪生技术发展趋势，第二部分介绍我国数字孪生产业发展需求，第三部分介绍开放式数字孪生体系架构，第四部分介绍通用数字孪生平台设计和实现，第五部分介绍数字孪生方案实践及未来展望。
作者简介
丁盈，现任亚信科技研发中心数字孪生与 GIS 产品与方案规划部总监、高级专家。拥有 18 年通信行业软件产品规划和设计经验，负责数字孪生市场和产品体系的业务咨询、顶层设计、产品规划、研发和商业化落地。朱军，博士，现任亚信科技研发中心数据智能技术与产品高级规划总监暨首席架构师。负责数智产品的整体技术架构设计与产品创新规划，并为大型企业客户提供数智化转型解决方案及架构设计等咨询服务。王晓征，现任中国移动集团首席专家，中国移动浙江公司信息技术与数据管理部总经理，兼中国移动（浙江）创新研究院常务副院长，高级工程师。多年来一直致力于运营商数字化转型发展，获评“2021 年度数字化发展先锋人物”“2020 年度数字化发展风云人物”等奖项。
目录
第一部分? 数字孪生技术发展趋势
第 1 章 数字孪生概述 2
1.1 数字孪生的前世今生3
1.1.1 孵化期（2000—2015 年） 4
1.1.2 探索期（2015—2020 年） 6
1.1.3 爆发期（2020 年以来） 8
1.2 数字孪生的内涵与外延9
1.2.1 百家争鸣 10
1.2.2 数字孪生内涵 14
1.2.3 数字孪生外延 18
第 2 章 数字孪生赋能系统自智进化 21
2.1 企业数字化系统现状 21
2.2 数字中台架构面临的挑战 25
2.3 数字孪生驱动数智化升级 28
2.4 数字孪生奠定元宇宙基石 29
第二部分? 我国数字孪生产业发展需求
第 3 章 数字孪生顶层设计和规划引领 36
3.1 “十四五”规划纲要对数字孪生发展的指引 36
3.2 “两化”融合领域 37
3.3 5G 网络领域 41
3.4 信息技术领域 43
3.5 城市发展领域 44
3.6 综合交通领域 45
3.7 工业生产领域 46
3.8 能源安全领域 47
3.9 建筑工程领域 48
3.10 水利应急领域 49
3.11 标准构建领域 50
第 4 章 数字孪生产业链和业务生态体系 51
4.1 数字孪生标准化工作 51
4.1.1 智慧城市数字孪生标准 53
4.1.2 工业领域数字孪生标准 54
4.2 产业图谱 55
4.2.1 数字孪生城市产业图谱 55
4.2.2 工业数字孪生产业图谱 56
4.3 技术流派 59
4.3.1 数据派 60
4.3.2 连接派 60
4.3.3 仿真派 60
4.4 业务体系 60
4.4.1 宏观市场 60
4.4.2 技术体系 61
4.4.3 业务模式 62
4.4.4 产品形态 66
4.5 技术创新 67
4.5.1 游戏引擎 云渲染 67
4.5.2 AR/VR 元宇宙 67
4.5.3 模型生产智能化、自动化 68
4.5.4 “CIM 数据编织”技术 68
4.5.5 数字线程技术 70
4.5.6 虚拟化技术 70
4.5.7 多协议支持技术 71
4.5.8 模型构建技术 71
4.5.9 多维数据支持技术 71
第 5 章 数字孪生技术平台化需求 72
5.1 数字孪生“千人千面”认知 72
5.1.1 数字孪生 物联网 73
5.1.2 数字孪生 智慧城市 76
5.1.3 数字孪生 工业互联网 81
5.1.4 数字孪生 智慧水利 99
5.1.5 数字孪生 5G 网络 101
5.1.6 数字孪生 算力网络 102
5.1.7 数字孪生 元宇宙 104
5.2 业务触达需求108
5.2.1 业务端到端 108
5.2.2 运营场景化 109
5.3 通用能力需求109
5.3.1 数字化 109
5.3.2 孪生化 111
5.3.3 平台化 111
5.4 定义“数字孪生平台” 112
5.4.1 必要性 112
5.4.2 意义和价值 113
5.4.3 适用场景 114
第三部分? 开放式数字孪生体系架构
第 6 章 通用数字孪生平台关键性设计 116
6.1 数字孪生系统的核心逻辑 116
6.1.1 数字孪生流派融合曲线图 116
6.1.2 城市数字孪生业务地铁图 118
6.2 数字孪生平台的设计理念 119
6.2.1 开放式框架 119
6.2.2 模型资产化 121
6.2.3 可持续发展 122
6.3 数字孪生平台的设计方法123
6.3.1 模型即服务 123
6.3.2 数据即服务 124
6.3.3 软件即服务 125
第 7 章 数字孪生系统架构 126
7.1 云原生中台能力126
7.1.1 技术中台 126
7.1.2 数据中台 127
7.1.3 智能中台 128
7.1.4 业务中台 128
7.2 数字孪生系统架构128
7.2.1 体系结构 128
7.2.2 数字孪生模型 129
7.2.3 数字孪生场景 129
7.2.4 数字线程 130
第 8 章 数字孪生系统设计实现 131
8.1 设备孪生场景131
8.1.1 感知智能 131
8.1.2 模型设计器 132
8.1.3 模型构建 141
8.1.4 数据驱动 141
8.1.5 可视化 142
8.1.6 实时交互 143
8.1.7 多维模型资产 143
8.2 空间孪生场景 143
8.2.1 整体设计 143
8.2.2 空间数据引擎 145
8.2.3 空间服务引擎 146
8.2.4 自服务控制台 149
8.2.5 三维场景设计 149
8.2.6 数据工具 158
8.2.7 地址工具 160
8.2.8 空间注智引擎 161
8.3 人员孪生场景161
8.3.1 虚拟“数字人” 161
8.3.2 数字员工 164
8.3.3 数字人体 165
第四部分? 通用数字孪生平台设计和实现
第 9 章 数字孪生平台设计 170
9.1 概念设计170
9.2 参考功能架构171
9.3 参考技术架构174
9.4 参考接口定义175
第 10 章 数字孪生平台功能设计 176
10.1 孪生体设计器 176
10.2 场景构建工具 177
10.3 自动拓扑工具 180
10.4 地理三维能力 181
10.5 模型资产管理 182
10.6 可视化能力 183
10.6.1 天气组件 183
10.6.2 光影滤镜 183
10.6.3 云渲染 184
10.6.4 场景相机 184
10.6.5 模型材质 185
10.7 图表卡片 185
10.8 组件管理 185
10.9 运行规则管理 187
第 11 章 数字孪生平台运营模式 188
11.1 SaaS 化运营 188
11.1.1 开放门户 189
11.1.2 租户管理 189
11.1.3 订购管理 190
11.2 孪生模型资产运营 191
11.3 算力资源运营 191
第五部分? 数字孪生方案实践及未来展望
第 12 章 泛在连接：AIoT 场景的数字孪生实践 194
12.1 AIoT 发展应用特点 194
12.1.1 AI 和物联网的融合 194
12.1.2 AIoT 数字孪生应用场景 196
12.2 数字孪生技术在 AIoT 中应用的场景 197
12.2.1 数字孪生助力数字建模 197
12.2.2 数字孪生助力一体化的仿真验证 198
12.3 AIoT 数字孪生整体方案 198
12.3.1 AIoT 数字孪生架构 198
12.3.2 AIoT 数字孪生模型建模 201
12.3.3 AIoT 数字孪生实例化管理 204
12.3.4 AIoT 数字孪生场景编排 205
12.4 AIoT 数字孪生应用场景实例 205
12.4.1 智慧能源 205
12.4.2 智慧园区 207
12.5 AIoT 数字孪生的业务价值 208
12.5.1 模拟仿真 208
12.5.2 监控 210
12.5.3 评估 212
12.5.4 预测 213
12.5.5 优化 215
第 13 章 数智融通：城市时空场景的数字孪生实践 216
13.1 城市数字孪生应用特点 216
13.1.1 城市信息模型 219
13.1.2 实时感知 220
13.2 数字孪生技术在城市管理中应用的场景 222
13.2.1 城市规划场景应用 222
13.2.2 交通场景应用 222
13.2.3 安全预警场景应用 223
13.3 城市数字孪生整体方案 223
13.3.1 城市数字孪生架构 223
13.3.2 城市数字孪生的关键性设计 224
13.4 城市数字孪生应用场景实例 225
13.4.1 智慧展馆 225
13.4.2 智慧矿山 226
13.4.3 智慧机房 227
13.4.4 智慧楼宇 230
13.4.5 智慧水务 231
13.4.6 数字乡村 233
13.5 城市数字孪生的业务价值 234
第 14 章 仿生自智：通信网络场景的数字孪生实践 236
14.1 5G 网络发展应用特点 236
14.1.1 5G 网络自动驾驶网络战略目标 236
14.1.2 运营商网络数字孪生应用场景 237
14.2 数字孪生技术在网络中应用的场景 237
14.2.1 ToB 行业网络数字孪生应用 238
14.2.2 数字孪生助力自智网络实现 240
14.2.3 数字孪生助力智慧运维 243
14.3 网络数字孪生整体方案 245
14.3.1 网络数字孪生定义 246
14.3.2 网络数字孪生的架构 246
14.3.3 网络数字孪生关键技术 249
14.3.4 网络数字孪生模型建模 257
14.3.5 网络数字孪生实例化管理 262
14.3.6 网络数字孪生场景编排 263
14.3.7 网络数字孪生智慧运维应用 264
14.4 网络数字孪生应用场景实例 265
14.4.1 运营商重保场景网络数字孪生应用 265
14.4.2 垂直行业网络数字孪生专网监控 266
14.4.3 无线自智网络数字孪生场景应用 267
14.4.4 核心网网络数字孪生场景应用 268
14.4.5 算力网络数字孪生应用 274
14.4.6 数通网络数字孪生场景应用 276
14.4.7 数字孪生实现 6G 网络边缘智能 278
14.5 网络数字孪生的业务价值 281
后记 282
第 1 章 数字孪生概述 2
1.1 数字孪生的前世今生3
1.1.1 孵化期（2000—2015 年） 4
1.1.2 探索期（2015—2020 年） 6
1.1.3 爆发期（2020 年以来） 8
1.2 数字孪生的内涵与外延9
1.2.1 百家争鸣 10
1.2.2 数字孪生内涵 14
1.2.3 数字孪生外延 18
第 2 章 数字孪生赋能系统自智进化 21
2.1 企业数字化系统现状 21
2.2 数字中台架构面临的挑战 25
2.3 数字孪生驱动数智化升级 28
2.4 数字孪生奠定元宇宙基石 29
第二部分? 我国数字孪生产业发展需求
第 3 章 数字孪生顶层设计和规划引领 36
3.1 “十四五”规划纲要对数字孪生发展的指引 36
3.2 “两化”融合领域 37
3.3 5G 网络领域 41
3.4 信息技术领域 43
3.5 城市发展领域 44
3.6 综合交通领域 45
3.7 工业生产领域 46
3.8 能源安全领域 47
3.9 建筑工程领域 48
3.10 水利应急领域 49
3.11 标准构建领域 50
第 4 章 数字孪生产业链和业务生态体系 51
4.1 数字孪生标准化工作 51
4.1.1 智慧城市数字孪生标准 53
4.1.2 工业领域数字孪生标准 54
4.2 产业图谱 55
4.2.1 数字孪生城市产业图谱 55
4.2.2 工业数字孪生产业图谱 56
4.3 技术流派 59
4.3.1 数据派 60
4.3.2 连接派 60
4.3.3 仿真派 60
4.4 业务体系 60
4.4.1 宏观市场 60
4.4.2 技术体系 61
4.4.3 业务模式 62
4.4.4 产品形态 66
4.5 技术创新 67
4.5.1 游戏引擎 云渲染 67
4.5.2 AR/VR 元宇宙 67
4.5.3 模型生产智能化、自动化 68
4.5.4 “CIM 数据编织”技术 68
4.5.5 数字线程技术 70
4.5.6 虚拟化技术 70
4.5.7 多协议支持技术 71
4.5.8 模型构建技术 71
4.5.9 多维数据支持技术 71
第 5 章 数字孪生技术平台化需求 72
5.1 数字孪生“千人千面”认知 72
5.1.1 数字孪生 物联网 73
5.1.2 数字孪生 智慧城市 76
5.1.3 数字孪生 工业互联网 81
5.1.4 数字孪生 智慧水利 99
5.1.5 数字孪生 5G 网络 101
5.1.6 数字孪生 算力网络 102
5.1.7 数字孪生 元宇宙 104
5.2 业务触达需求108
5.2.1 业务端到端 108
5.2.2 运营场景化 109
5.3 通用能力需求109
5.3.1 数字化 109
5.3.2 孪生化 111
5.3.3 平台化 111
5.4 定义“数字孪生平台” 112
5.4.1 必要性 112
5.4.2 意义和价值 113
5.4.3 适用场景 114
第三部分? 开放式数字孪生体系架构
第 6 章 通用数字孪生平台关键性设计 116
6.1 数字孪生系统的核心逻辑 116
6.1.1 数字孪生流派融合曲线图 116
6.1.2 城市数字孪生业务地铁图 118
6.2 数字孪生平台的设计理念 119
6.2.1 开放式框架 119
6.2.2 模型资产化 121
6.2.3 可持续发展 122
6.3 数字孪生平台的设计方法123
6.3.1 模型即服务 123
6.3.2 数据即服务 124
6.3.3 软件即服务 125
第 7 章 数字孪生系统架构 126
7.1 云原生中台能力126
7.1.1 技术中台 126
7.1.2 数据中台 127
7.1.3 智能中台 128
7.1.4 业务中台 128
7.2 数字孪生系统架构128
7.2.1 体系结构 128
7.2.2 数字孪生模型 129
7.2.3 数字孪生场景 129
7.2.4 数字线程 130
第 8 章 数字孪生系统设计实现 131
8.1 设备孪生场景131
8.1.1 感知智能 131
8.1.2 模型设计器 132
8.1.3 模型构建 141
8.1.4 数据驱动 141
8.1.5 可视化 142
8.1.6 实时交互 143
8.1.7 多维模型资产 143
8.2 空间孪生场景 143
8.2.1 整体设计 143
8.2.2 空间数据引擎 145
8.2.3 空间服务引擎 146
8.2.4 自服务控制台 149
8.2.5 三维场景设计 149
8.2.6 数据工具 158
8.2.7 地址工具 160
8.2.8 空间注智引擎 161
8.3 人员孪生场景161
8.3.1 虚拟“数字人” 161
8.3.2 数字员工 164
8.3.3 数字人体 165
第四部分? 通用数字孪生平台设计和实现
第 9 章 数字孪生平台设计 170
9.1 概念设计170
9.2 参考功能架构171
9.3 参考技术架构174
9.4 参考接口定义175
第 10 章 数字孪生平台功能设计 176
10.1 孪生体设计器 176
10.2 场景构建工具 177
10.3 自动拓扑工具 180
10.4 地理三维能力 181
10.5 模型资产管理 182
10.6 可视化能力 183
10.6.1 天气组件 183
10.6.2 光影滤镜 183
10.6.3 云渲染 184
10.6.4 场景相机 184
10.6.5 模型材质 185
10.7 图表卡片 185
10.8 组件管理 185
10.9 运行规则管理 187
第 11 章 数字孪生平台运营模式 188
11.1 SaaS 化运营 188
11.1.1 开放门户 189
11.1.2 租户管理 189
11.1.3 订购管理 190
11.2 孪生模型资产运营 191
11.3 算力资源运营 191
第五部分? 数字孪生方案实践及未来展望
第 12 章 泛在连接：AIoT 场景的数字孪生实践 194
12.1 AIoT 发展应用特点 194
12.1.1 AI 和物联网的融合 194
12.1.2 AIoT 数字孪生应用场景 196
12.2 数字孪生技术在 AIoT 中应用的场景 197
12.2.1 数字孪生助力数字建模 197
12.2.2 数字孪生助力一体化的仿真验证 198
12.3 AIoT 数字孪生整体方案 198
12.3.1 AIoT 数字孪生架构 198
12.3.2 AIoT 数字孪生模型建模 201
12.3.3 AIoT 数字孪生实例化管理 204
12.3.4 AIoT 数字孪生场景编排 205
12.4 AIoT 数字孪生应用场景实例 205
12.4.1 智慧能源 205
12.4.2 智慧园区 207
12.5 AIoT 数字孪生的业务价值 208
12.5.1 模拟仿真 208
12.5.2 监控 210
12.5.3 评估 212
12.5.4 预测 213
12.5.5 优化 215
第 13 章 数智融通：城市时空场景的数字孪生实践 216
13.1 城市数字孪生应用特点 216
13.1.1 城市信息模型 219
13.1.2 实时感知 220
13.2 数字孪生技术在城市管理中应用的场景 222
13.2.1 城市规划场景应用 222
13.2.2 交通场景应用 222
13.2.3 安全预警场景应用 223
13.3 城市数字孪生整体方案 223
13.3.1 城市数字孪生架构 223
13.3.2 城市数字孪生的关键性设计 224
13.4 城市数字孪生应用场景实例 225
13.4.1 智慧展馆 225
13.4.2 智慧矿山 226
13.4.3 智慧机房 227
13.4.4 智慧楼宇 230
13.4.5 智慧水务 231
13.4.6 数字乡村 233
13.5 城市数字孪生的业务价值 234
第 14 章 仿生自智：通信网络场景的数字孪生实践 236
14.1 5G 网络发展应用特点 236
14.1.1 5G 网络自动驾驶网络战略目标 236
14.1.2 运营商网络数字孪生应用场景 237
14.2 数字孪生技术在网络中应用的场景 237
14.2.1 ToB 行业网络数字孪生应用 238
14.2.2 数字孪生助力自智网络实现 240
14.2.3 数字孪生助力智慧运维 243
14.3 网络数字孪生整体方案 245
14.3.1 网络数字孪生定义 246
14.3.2 网络数字孪生的架构 246
14.3.3 网络数字孪生关键技术 249
14.3.4 网络数字孪生模型建模 257
14.3.5 网络数字孪生实例化管理 262
14.3.6 网络数字孪生场景编排 263
14.3.7 网络数字孪生智慧运维应用 264
14.4 网络数字孪生应用场景实例 265
14.4.1 运营商重保场景网络数字孪生应用 265
14.4.2 垂直行业网络数字孪生专网监控 266
14.4.3 无线自智网络数字孪生场景应用 267
14.4.4 核心网网络数字孪生场景应用 268
14.4.5 算力网络数字孪生应用 274
14.4.6 数通网络数字孪生场景应用 276
14.4.7 数字孪生实现 6G 网络边缘智能 278
14.5 网络数字孪生的业务价值 281
后记 282
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