一文了解Esri关于数字孪生的理解和布局~
1月8日，Esri的官方博客发表了一篇名为《ArcGIS: A Foundation for Digital Twins》的文章，对于当下的数字孪生热点给出了一个作为行业老牌GIS平台厂商的理解以及后续产品的计划，提供一个完全不同的视角，很值得一读，也声明一下这不是恰饭广告，纯粹是奇文共欣赏。文章内容我初步翻译了一下，但是文法上还是略显晦涩，但是不影响内容理解，想获取原版本，后台回复“DT”即可，如下是全文：
数字孪生是现实世界的虚拟表示，其中包含物理对象，过程，关系和行为。数字孪生被用来表示准确的历史状态，观察和监视性能以及探索或预测未来状态。固定资产或者真实世界系统的数字孪生可以直接由于包含了固定资产的GIS数据和围绕资产的GIS场景中获益。GIS可用于创建自然和建筑环境的数字孪生，也可用于集成现实世界的许多不同数字表示形式。
在过去的几年中，地理空间技术，建筑信息模型（BIM）和交互式3D的融合引发了关于“数字孪生”的讨论及其如何用于模拟单个设施，整个城市甚至大型自然系统的对话。我们经常被问到GIS如何参与客户的数字孪生战略，在此我们提供一些通用的答案。
数字孪生是现实世界的虚拟表示，包括物理对象，过程，关系和行为。当我们在GIS中引用数字孪生，通常特指的是真实资产或自然系统的虚拟模型以及相应的用于捕获状态，监视性能并预测未来产出的信息模型，数据，报告，分析和用户体验。
数字孪生的概念起源于产品制造行业。可以将复杂对象（如飞机或汽车）的精确数字模型捕获到数据库中，以进行报告，分析，并最终模拟和测试对象的性能。最初的数字孪生概念帮助将资产数据的使用从严格用于财务和成本会计的方面转移到用于绩效和运营分析，然后可以将其迭代回到资产制造和销售的财务方面。
覆盖在丹佛Aerometrex I3S网格上的GIS信息为城市提供了功能强大的Web仪表板
今天，我们参与了许多讨论，涉及如何将数字孪生概念应用于现实世界的基础设施，建筑物，甚至应用于整个城市和自然环境等规模的系统。使用固定有形资产的模型来帮助理解性能，成本和构造的想法是令人信服的。将数字孪生概念扩展到包括正在进行的人类活动（包括维护和操作）在内的有人居住的系统变得更加有趣，但同时也使复杂性提高。
GIS多年来一直用于高精度建模真实世界的系统。公共网络，行政边界和交通网络都已在GIS中表示出来，用于资产管理，维护和计划。数字孪生概念其实是在一些诸如数据仓储、联合系统和面向对象的数据模型的老技术之上添加现实，交互式用户体验以及资产和系统的高分辨率3D和4D模型。最终，数字孪生必须帮助现实世界资产或系统的业主或运营商解决业务或关键任务应用，以证明投资和对维护孪生有影响的过程变更的合理性。
数字孪生解决的三个主要问题包括：
历史记录–数字孪生可用于存档特定资产或系统的时间状态。宗地边界和公用事业网络模型均提供了真实世界系统的地理空间孪生可以用于法律和运营目的良好示例。现实捕获，比如SURE for ArcGIS输出的点云和纹理网格可以充当现实世界的高分辨率3D快照。一些供应商甚至可以从这些快照中提取BIM数据，这些数据既可以用作历史记录，也可以用作将来进行翻新或运营的起点。
Norman，迪士尼和Young的环形码头项目使用BIM和GIS进行装修状态交流
运营绩效监控–使用资产的3D虚拟模型的好处之一是3D体验可以为交互和探索提供消费者级别的体验。用户每天都可以查看模型并看到真实世界。因此，许多数字孪生公司都将孪生产品用作显示实际系统当前性能的仪表板，通常具有实时供稿和动态更新的属性。这些系统通常还链接到其他联合企业系统。GIS带给数字孪生的最大好处之一是，GIS可以存储，传输和提供动态体验，浏览小到一个建筑物，大到一个城市的全部3D资产。
BIM数据在现实捕捉网格中的应用。BIM数据由OSU设施团队提供并版权所有。I3S网格由Nearmap提供。
测试或预测未来表现–有关数字孪生的一些最高期望来自能够使用资产的高精度版本来模拟和预测未来。在汽车工业中，数字孪生可用于探索汽车的空气动力学。在AEC行业中，在虚拟设计和施工实践中使用汇总的BIM信息来播放计划的施工，以检测可能的施工冲突或安全问题。在城市的规模上，规划人员希望能够模拟未来的变化，例如新建筑物的形状，规划中的高速公路的变化或海堤的改善。拥有城市规模的数字孪生的希望是，可以使用对未来变化的模拟和分析来了解和优化变化的性能影响，同时将实施成本降至最低
使用ArcGIS Urban在波士顿进行可见性分析
如果数字孪生的目标是表示历史准确性，查看性能或预测未来状态，则任何固定资产或现实系统的数字孪生都将由于包含有关资产的GIS数据和围绕资产的GIS环境。GIS可用于创建自然和建筑环境的数字孪生，也可用于集成现实世界的许多不同数字表示形式。
对于机械世界中的一个完整的对象，可以用自包含的数据模式表示整个对象，该数据模式可用于观察和假设检验。对于固定的有形资产或自然系统，有关土壤，资产材料，天气，交通，维护和公用事业的数据都将存储在具有不同数据质量，分辨率和所有权的不同数据模型中。GIS是唯一能够提供简单键-“位置”的技术，其允许对不同的数据模型和数据集进行复杂的分析。
波士顿的城市热分析显示了Nearmap I3S网格
在过去的几年中，Esri在ArcGIS上进行了投资，以显着提高将GIS转变为理想技术的功能，以将联合数据集组合在仪表板，StoryMaps和2D，3D和4D地图后面，以促进沟通，观察和分析复杂的系统，例如整个城市。GIS的能力之一是添加的数据越多，系统提供的好处就越多。
GIS数据还为现实世界的动态和行为提供了许多模拟。对于简单的分析，例如调查计划的结构的阴影影响，3D GIS在Web浏览器中提供了动态，易于使用的体验。对于复杂的模拟，可以使用高级地理处理工作流来模拟大型公用事业网络中的更改，然后在简单的仪表板上查看这些更改。在ArcGIS停止的地方，合作伙伴解决方案可以模拟通过主要城市中心的气流或主要公用事业公司的停电情况。我们还发现，在游戏引擎中使用GIS内容以充分利用其功能的需求也大大增加，这促使我们发布了Unity和Unreal Engine的ArcGIS Maps SDK。
在进行数字孪生项目时，就像进行任何复杂的系统设计一样，数字孪生的“运营商”将需要确定有助于限制范围并支持长期可维护性的标准。
考虑到数字孪生用途的多样性，以下是一些有助于确定范围和要求的注意事项：
时间尺度–数字孪生是否用于单个项目？还是计划在资产的整个生命周期内使用它？例如，VDC实践通常仅在项目生命周期内真正使用数字孪生系统，并不保证该孪生系统可用于资产运营。
利益相关者多样性–将要依靠数字孪生工作或依赖数字孪生的团队是单个项目团队还是来自多个领域的参与者多元化生态系统？
系统复杂性–数字孪生的复杂性将随着建模系统的数量呈指数增加。这对于建筑系统（如管道，电气，机械，安全和电信）是这样的，对于校园和城市更是如此。为了帮助限制复杂性，在数字孪生模型中建模的系统数量可能应该集中在孪生模型将用来解决的问题上。
数据所有权–数据所有权既驱动对数据的访问权，又驱动数据集之间建立连接的机会。设施，校园或商业建筑组合的业主可能会发现他们对可用数据具有良好的控制能力，并且能够为传入数据集设置要求。如果并非所有影响其运营的公用事业，设施或其他系统都在他们的控制之下，那么在大学校园或城市范围内的运营商可能很难组装一个数字孪生来解决其计划的应用。
数据安全性–系统的安全性，例如数字孪生，将取决于系统中最安全的数据集的要求。仅仅因为高度安全的数据集可以包含在数字孪生中并不意味着如果访问限制最终会限制利益相关者的要求或数字孪生的其他功能，则不应该将其包括在内。
数字孪生是现实世界对象的虚拟模型。在科学背景下，模型可用于检验假设或预测系统的未来状态。科学模型通常是为测试系统的特定元素而量身定制的，通常无法扩展为测试或预测构建模型时未考虑的方案。在构建数字孪生项目时，值得考虑的是，成功可能取决于将范围限制为可实现的结果，而不是计划立即解决所有未来问题。
使用Aerowest和SURE for ArcGIS的法兰克福模型比较正常状况和100年的洪水状况
成功的数字孪生项目中涉及的许多要素与推动跨行业成功实施IT实施项目的要素相同。从根本上说，数字孪生深深地依赖于数据，连接数据的能力以及在数据之上创建用户体验的能力，以帮助解决问题和增进理解。
定义明确的输出–用于报告和分析的问题范围和需求将直接驱动为数字孪生建立的数据需求和经验。预先指定一组清晰的预期结果，报告和分析，将有助于使数字孪生更容易实现。没有技术实现是静态的，数字孪生的未来迭代可能包含更多要求。
设计思维方法–对如何使用数字孪生来支持现有业务实践的深入了解将有助于使用孪生镜像完成工作。使用数字孪生作为实时系统的仪表板视图不同与基于XR的规划和仿真工具的体验。只有在的整个规划和设计过程中与参与的利益相关方合作才能获取经验。
信息架构的明确要求–正如希思罗大学的Nigel Stroud所说：“Don’t Ask,don’t get” 。数字孪生的业主要深入了解他们将来打算如何使用数字孪生……然后根据将提供所需内容的规格要求提供数据和服务。这可能需要额外的前期投资，但这也是可靠地获取标准化，有质量保证的数据以充实数字孪生的唯一方法。
开放数据标准和API –由于数据和系统集成是创建数字孪生的一大难题，因此客户需要指定开放标准，以使他们能够可靠地跨长时间连接到来自许多不同应用程序的数据。对于BIM模型而言，这是正确的，它可以根据行业标准文件类型进行交付，对于可以通过开放式REST API访问的实时数据获取也是如此。
标准化的身份验证和许可–如果小型团队将使用数字孪生，则访问和身份验证可能不是一个大问题。如果数字孪生将由整个组织（例如城市）中的大量协作者和利益相关方使用，则要求必须指定如何使用标准化的身份验证和身份模式访问联合数据集。如果需要CAC卡，请确保在项目开始时每个人都知道。 例如，ArcGIS Enterprise标准许可非常适合在组织内共享，但是ArcGIS Hub Premium许可增加了组织与日常公民和社区参与者共享内容的功能。
DC COZ 3D分区工具使用ArcGIS
如今，ArcGIS客户可以将现实捕获，3D，2D，平面数据和实时提要结合在一起，以动态，互动的方式体验，以帮助描述单个设施，大型公用事业和运输系统或整个城市。可以在移动设备上，在Web浏览器中或通过Esri和合作伙伴提供的丰富桌面应用程序来探索使用ArcGIS构建的地理空间数字孪生。数字孪生的地理数据库部分存储在ArcGIS Online或ArcGIS Enterprise中，可通过各种开放标准API，服务和数据格式进行访问，这些API，服务和数据格式可促进与其他企业系统（如IBM Maximo，Autodesk BIM 360，等等）。
丹佛Aerometrex数据可以非常详细地捕获城市，并且可以用于分析，历史状态和规划。在ArcGIS Earth中显示。
我们的许多客户已经开始相关的一些尝试：
阿姆斯特丹史基浦机场（Amsterdam Airport）的史基浦机场（Schiphol）已在其机场大楼中建立了动态的数字孪生模型，通过Safe Software的FME将开放的标准BIM数据整合到ArcGIS中，并提供飞机和地面车辆位置的实时数据源。
HNTB正在使用基于Web的创新3D ArcGIS应用程序来呈现建筑项目中的时间和成本可视化。他们的长岛铁路项目使团队可以可视化项目进度，甚至可以为未来的工作提供方案，以探索进度和预算影响。
哈茨菲尔德-杰克逊亚特兰大国际机场已经使用CAD，BIM数据，GIS和有关周围环境的信息构建了一个数字孪生，该信息可为寻路和设备放置，危害分析和空间管理提供信息。
Hazen and Sawyer帮助客户提供安全的饮用水并限制水污染，并使用GIS作为BIM数据，现实捕获以及有关整个水处理厂的系统信息的汇总器，以仪表板的形式查看设施的运营和维护状态。
数十年来，GIS在帮助客户建模，分析和观察其资产和系统方面一直发挥着核心作用。游戏引擎和实时数据反馈等新技术增加了令人兴奋的可能性，可为用户创造更多的互动性，更丰富的体验，以供用户探索，分析和体验其资产以及周围的世界。
您可以从Esri期望，我们将在现实捕获，BIM集成，建筑系统集成，IoT和许多其他技术和工具方面进行大量投入，这些技术和工具将帮助我们的客户使用ArcGIS创建明天的下一个出色的Digital Twins。