【揭秘】以中通为例看“数字孪生”,应用场景有哪些?会带来变革吗?

来源:中通研究院 作者:张旭 2020-09-11 09:45 分享到

在互联网、大数据、人工智能的推动下,快递业与其他行业的深度融合对于加速快递企业发展起到了决定性的作用。未来快递业的渗透性将更强,其服务领域也将更加泛在化。

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什么是“数字孪生”?


2019年巴黎圣母院的一场大火无不让世界叹息,很多人感叹到,还没亲眼去参观呢,就这么毁了,哎!


等等,先别急着悲痛惋惜。据最新消息,巴黎圣母院修复工作正有条不紊地进行中,并有望达到100%还原。


什么?100%?不可能吧。


Anything is possible.


这其中的奥秘就是“数字孪生(Digital Twin)”。


“孪生”一词很好理解,即双胞胎的意思。数字孪生简单来说,就是一个是存在于现实世界的实体,而另一个则是存在于数字世界的虚拟模型,是1:1的完美镜像复刻。


数字孪生,也被称为数字双胞胎和数字化映射,其是充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据,集成多学科、多尺度的仿真过程,它作为虚拟空间中对实体产品的镜像,反映了相对应物理实体产品的全生命周期过程。


将现有或将有的物理实体对象的数字模型,通过实测、仿真和数据分析,技术实时感知、诊断、预测物理实体对象的状态,从而对生产运行起到决策性作用。


该思想由密歇根大学的Michael Grieves 教授于2002年提出,命名为“信息镜像模型”(Information Mirroring Model),而后演变为“数字孪生”的术语。


那么它应用场景有哪些呢?


事实上,除了上述巴黎圣母院的修复外,数字孪生技术还在其他领域有着深入的应用,包括工业领域或智慧城市领域,借助于该项技术完成模拟、实验与预测等功能。


比如智慧城市,数字孪生技术通过渗透到城市的规划、建设以及应用等场景之中,同时基于高性能的协同计算、对现实中海量数据的处理等,为孪生城市的高效运行及城市治理等提供智能化的决策。


在2018年雄安新区规划纲要中就提出,要定位于绿色、智能的数字孪生城市。


02

“数字孪生”建构的意义


正如上文所提到的,作为建筑史上的经典、国际最知名的世界文化遗产之一,巴黎圣母院的大火堪称人类文明历史上的一次巨大“灾难”。不过好在巴黎圣母院的各种平面图像、3D图像等均保留的比较丰富,因此,为其恢复原型提供了操作的可行性。

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可以看到,新技术正带领我们走向一个数字孪生的新世界。伴随着新技术、新方法、新模式的持续创新,物理世界与数字世界的交互将实现从静态、动态向实时地不断演进,基于“数字孪生”的资源优化配置将成为数字经济的终极版图。


当下,“新基建”是一个热频词。未来十年也将是新型基础设施的安装期,全球数字经济最重要的主题之一是数字基础设施的重构、切换与迁徙,以及基于新型数字基础设施的商业生态再造。


以物联网、云计算、边缘计算、人工智能、移动化、数字孪生等为代表的智能技术群落,在不断融合、叠加和迭代升级中,为未来经济发展提供高经济性、高可用性、高可靠性的技术底座。


新一代信息技术发展将推动人类社会进入一个全面感知、可靠传输、智能处理、精准决策的万物智联(Intelligence of Everything)时代。


03

中通基于“数字孪生”的智慧物流园区需求分析


随着生产设备的小型化和智能化,快递企业将很有可能更快地进入空间地理信息数据生产领域,可以说只要有小包裹流动的地方,就会有时空数据服务的需求。


数字孪生技术就是通过在网络空间构建一个与物理世界相匹配的孪生城市(园区),以数字为基础,对城市(园区)治理进行运营、决策。


1.海量快递业务处理的需要


随着经济社会的飞速发展,人们对于快递物流的需求越来越强烈。2019年快递业务量达到635.2亿件,营业规模达到7497.8亿元。2020年1-7月,快递业务量完成408.2亿件,超过2017年全年业务量400.6亿件。快递物流企业面临着前所未有的机遇和挑战。


中通快递2020年第二季度市场占有率已达21.5%,连续5年处于行业领先地位,日均处理量已超5000万件。截止2020年6月底,中通快递在全国遍布91个分拣中心,全国营业网点接近30000个,从业人数超过40万。如何让大量的人员从劳动密集型工作中解放出来,进而转向技术密集型工作中,采用自动化、智能化、可视化的园区管理方式已势在必行。


2.智慧园区管理的需要


今天看来,如何实现分拣中心园区内资源的最优配置,对园区内车辆、人员、资产实现自知自愈的智慧调度运行,园区内设备如何进行预测性维护,如何实现自动化、智能化、可视化的园区管理,这些问题是今天建设园区智慧系统推进物流互联网变革所面对的主要挑战。


数字孪生技术提供了非常重要的资源管理及能效优化的决策依据,基于数字孪生技术在智慧园区管理平台内建立的各子系统算法模型,并通过各种复杂场景的沙盘推演实现最优化的能源配置方案,有效帮助园区实现用能效率的最大提升,为智慧物流建设开启面向未来智慧管理的创新模式。


3.业务模块集成的需要


业务集成是数字孪生价值创新的纽带,能够打通产品全生命周期、生产全过程、商业全流程的价值链条。如今,中通快递已不是一个单纯“寄存取”的快递公司,而是一家集快递、快运、跨境、商业、云仓、航空、金融、智能、传媒等生态版块于一体的综合物流服务企业。数字孪生技术可通过设计适当的接口,连接不同的系统,如后端的业务应用,可以很容易的与各模块进行交互,并可对模块设计询问假设条件,来模拟现实中无法创建的各种问题。


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中通基于“数字孪生”的智慧物流园区应用


目前,中通快递已完成了上海总部园区的实景三维模型,通过接入园区内在线传感器,根据现有园区各功能区的区位布局,基于此三维模型开展园区内生产规划、调度运行和维护管理的全过程应用,从而实现园区内人、车、物在精准运行、资源优化和配置服务中的全过程精益化管理。


1.基于三维实景的可视化仿真管理


通过对中通总部园区进行三维实景模型创建,可以从宏观角度查看基于三维场景下的园区地图,进行生产布局设计、区位规划和资源统筹。同时,通过接入园区内摄像头等传感器,实现了对出入车辆、生产区、服务区、生活区的无死角监控,了解当前区域资源利用情况,分拣区仓库、分拣设备还剩下多少空间可利用,是否有货件积压或空间空置等情况,从而实现资源的充分利用,提升设备利用效率。


另外,三维模型导航比二维电子地图导航多出其他高阶属性,比如楼层高度、楼层层数、每层楼层部门分布等。在大型场景、复杂的户型的情况下,需更加全面、精细的信息和直观的画面才能快速导航,使用户准确无误到达目的地。


中通园区主要划分为操作区、生活区、办公区。其中,办公区域分布较为零散,主要分布在东西两侧,每栋楼每层楼又分布着不同职能部门,为园区人员和车辆提供导航指引作用。

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2.总部园区空间区位布局优化


园区的区域空间是有限的,如何最大程度利用园区的空间资源,需要基于在三维模型成果的基础上开展量算,从而根据分拣设备的大小、物流车辆的长度、仓库的大小进行设备的布局和规划设计。


准确标识园区内的道路、运转、分拣场地的位置和容量,为货运车辆在运转、分拣时提供调度优化服务,更精细化的节能降耗,全面提升货运效率。


3.生产作业区无死角监控


基于三维实景模型、地理信息系统、各类传感器,包括园区内建构筑物(如分拣中心、中转站)、机动目标、管线设施等园区基础信息,全方位汇集呈现于系统之上。


例如包括园区门卫、医疗、道路、车辆、人员等方面数据融合呈现,园区分拣中心、办公中心等的地标点数据展现,机动目标实时位置数据展现等,将一个完整、鲜活的园区全景呈现于系统之上。有利于对园区内的人、车、物的工作活动和资源配置进行合理化分配。


4.基于三维模型的资产管理


随着物流企业规模的不断扩大,企业的资产管理必须提升到通过采用基于地图的动态管理模式上来。现有的很多企业,尤其是规模体量十分庞大的企业,大到厂房、分拣设备,小到电脑、桌椅板凳等固定资产,仅是处于登记阶段,对于设备的流动性等缺乏一个很好的追溯系统。

而基于地图的物流快递企业资产管理是实现三维空间管理的基础,能够为企业对固定资产的利用状态、流转状态、所在位置等方面提供全生命周期的追溯和管理。


5.基于三维模型的园区盲区预警


基于物流园区的三维场景,结合道路实况,为货运车辆在进行运转、分拣时提供盲区预警、安全提醒等功能。全面提升货运安全等级,确保物流车辆在运转、分拣时的安全性,防止因盲区存在导致的安全事故发生。


6.无人机飞行器安全电子围栏


2020年6月,中通快递在上海总部已开展基于无人机的产、学、研一体化创业基地建设,目前已取得了民航颁发的无人机运营许可证,正逐步扩大物流无人机运营许可资质地域范围。那么对于无人机的飞行来说,安全问题一直以来都是备受关注的,也是制约无人机广泛应用的因素之一。


而基于训练场地的三维实景模型,将飞行高度、训练场的建筑物高度、飞行区域范围,通过设置安全电子围栏,确保了学员在飞行过程中的飞行和人身安全。


7.多源数据互联互通


基于三维模型的地图可视化呈现开展数字孪生的应用还远远不够,通过业务需求的不断深入了解,我们还将不同平台数据、不同业务数据融合贯通,综合汇集于三维模型之上,以全方位掌控园区态势,包括道路信息、物流车辆信息、调度月台数据、分拣设备数据等多领域数据,集成地理信息、GNSS数据、统计数据、园区视频数据多类型数据的融合,实现互联互通。


05

中通快递与地理信息跨界融合发展


1.物流与地理信息融合


目前,中通快递集团已陆续与测绘地理信息产业上游、中游、下游企业建立联系,加快推进测绘地理信息数据从获取到应用的产业融合,探索研究泛在测绘的业务发展新模式,形成涵盖测绘地理信息获取、处理、分析和应用的完整产业链,为迎接物流快递业务的快速发展构建基础设施,为国家“新基建”战略思路下的时空信息建设做好保障,为“实景三维中国”、“自动驾驶”、“数字城市”等应用体系提供有力的基础服务支撑。


2.基于“数字孪生”时空信息的全产业链发展


依托中通快递集团的资本实力和先进的物流快递全产业链技术优势,积极抓住“智慧物流”、“大数据”、“人工智能”、“无人驾驶”等产业爆发的市场机会,致力于打造以无人机、无人车、物流末端配送为主体,运用新科技、投入新装备、发展新业务,构建基于无人机、测绘地理信息、人工智能、无人驾驶等产业链,打造科技引领、行业领先的商业价值,为中通集团实现从“大”向“大而强”高质量发展,努力成为行业系统解决方案提供商而奋斗。


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