达索系统与空客合作打造地球孪生
如何让产品给消费者带来最佳体验？如何建造一条安全舒适、绿色环保的高铁？如何让城市的居民生活更便利？如何解决全球的气候问题？为了给最终消费者带来最佳体验的产品，达索系统的制造业客户在3DEXPERIENCE平台上创造虚拟世界，通过创建产品的虚拟孪生来解决产品问题。
要实现城市市民生活的最佳体验，达索系统的城市客户在3DEXPERIENCE平台上创造虚拟世界，创建城市乃至基础设施的虚拟孪生，在虚拟世界中寻求城市的解决方案。
要解决全球的气候问题，就要在3DEXPERIENCE平台上创造虚拟世界，创建地球的虚拟孪生，在虚拟世界中寻求答案。
今天我们来一起了解达索系统项目团队如何与空中客车防务与航天公司合作创建“地球虚拟孪生”：结合卫星成像、3D 建模和地球上人类活动模拟的虚拟孪生体验，应对未来的气候问题和环境挑战。
对人类活动进行建模是了解其对地球的影响并寻找改善生活条件方法的关键一步。 这就是建模和仿真专家达索系统以及卫星图像专家空中客车防务与航天公司等世界领先企业决定共同创建地球数字孪生的原因所在。
通过虚拟孪生的地球，我们在虚拟世界中理解人类的行为将如何影响环境。地球的数字孪生模拟具有大规模的陆地应用，可以产生真正的社会影响，从而应对未来的气候和环境挑战。 例如，提前模拟水位上升有助于建设安全的基础设施并在紧急情况下快速做出反应。
虚拟孪生地球项目诞生于 2020 年，达索系统的仿真专家Frédéric Gille 与CNES（Centre National d'Études Spatiales，法国国家空间研究中心） 联系，以确定在 France Relance 计划下具有公共融资潜力的创新项目。人们很快就看到了地球数字孪生的巨大潜力。 CNES 同意与空中客车防务与航天公司合作开展该项目，并特别举办了有关卫星图像的研讨会，组建了由 Frédéric Gille等组成的达索系统团队。
虚拟孪生地球项目荣获 3DS INNOVATION FORWARDS 奖，这是达索系统的内部竞赛奖，旨在奖励年度最具创新性的团队项目。作为 France Relance（法国复苏计划）的一部分，该项目由政府提供资助。
France Relance是法国政府启动的一项1000亿欧元的历史性复苏计划，旨在可持续地恢复法国经济并创造新的就业机会。France Relance的目标是通过主要投资于最有前途的领域来实现经济转型，并确保法国能够在两年内恢复到新冠疫情前的经济水平。
France Relance计划围绕生态、竞争力和凝聚力这三个优先事项构建。 它旨在加强政府自危机爆发以来立即、持续的动员。 这是自 2020 年3 月以来已动员的 4700 亿欧元的延续，旨在为受冠状病毒 COVID-19 健康危机影响的公司和员工提供紧急资金支持。
作为空中客车集团的一个分支， 空中客车集团防务与航天公司是欧洲领先的防务与航空业解决方案和服务提供商。它是全球第二大航空企业以及全球排名前十位的防务企业。空中客车集团防务与航天公司负责归档欧洲航天局 (ESA) Sentinel 卫星不断采集的大量数据。
空中客车集团防务与航天公司对采集自 ESA Sentinel 地球观测卫星的数据进行归档以供商用。正如空中客车集团防务与航天公司技术设计权威 Mark Curtis 所言：“企业可能要使用卫星图像来确定某一区域是否易于发生洪水或者识别适合建造手机基站的位置。在许多情况下，用户要通过对比某一阶段和另一阶段的图像来跟踪一段时间的变化。卫星图像为他们提供了制定准确的数据驱动型决策所需的信息。”
在新的太空生态系统中，如何加速创新，让地球生活更美好？卫星数量预计在未来十年内将增加十倍，将为地理空间数据和分析提供前所未有的途径，彻底改变地球监测的各个方面，并促成新服务的出现。卫星将继续绕地球运行并观测地球的不同方面，并全天候（7×24小时）提供地球的所有监测数据。
未来将会有更多的卫星绕地球运行，而我们头顶的空间资源是有限的。 我们已经看到超过 4,000 颗卫星。这意味着新的服务将会出现，以改善地球上的生活。 例如——城市规划、交通和出行、气候变化预测等。
达索系统的宗旨是为企业和人们提供 3DEXPERIENCE 世界，以想象能够使产品、自然和生命更和谐的可持续创新。
达索系统解决方案改变了产品的设计、模拟、生产、营销和支持方式，利用虚拟世界改善现实世界，通过 3D 设计、3D 数字模型(DMU)、3D 产品生命周期管理 (PLM) 以及3DEXPERIENCE，帮助制造商颠覆了产品的设计和生产方式。
双方基于3DEXPERIENCE平台，对不断变化的复杂现象进行建模。一方面，可以利用来自卫星的所有数据，重建城市的虚拟孪生，将仿真组合用于虚拟孪生模型。另一方面，我们有虚拟孪生，融合来自卫星的数据，所有这些模型和数据都被放入具有协作机制的人工智能平台中。通过应用3DEXPERIENCE平台的仿真应用，可以实践非常有趣的用例。
当我们观察一座城市时，我们可以决定如何更精确地布置 5G 天线、监测辐射，可以非常精确地监测工业现场发生中断时可能产生的影响，污染对城市的影响。或者在城市内进行噪声分析。如果我们拥有城市的虚拟孪生，来自卫星的数据可以使所有数据保持最新，并对环境进行建模。一切皆有可能。借助3DEXPERIENCE平台提供的协作和模拟能力，做出明智的决策。
除了来自卫星的数据，城市中也安装了很多监测噪声的传感器。只有在融合所有信息的基础上，我们才能够给出城市整体的噪声降噪方案。基于达索系统的3DEXPERIENCE 平台，可通过多种方式减少城市噪音污染。
城市规划：该平台可用于模拟不同噪声污染缓解策略的效果，例如建造隔音屏障或种植树木。 这可以帮助城市规划者根据其特定需求选择最有效的策略。
建筑设计：该平台可用于设计隔音性更好的建筑。 这可以通过使用吸收噪音的材料（例如隔音材料）或通过设计具有偏转噪音功能（例如弯曲的墙壁）的建筑物来实现。
交通规划：该平台可用于规划减少噪音污染的交通网络。 这可以通过将交通安排远离居民区或使用更安静的车辆（例如电动汽车）来实现。
工业噪声控制：该平台可用于设计产生较少噪声的工业设施。 这可以通过使用更安静的机械或安装噪声控制设备（例如消声器）来实现。
3DEXPERIENCE 平台可用于通过模拟不同设计配置的噪声水平并确定可用于降低噪声的设计特征来降低飞机的噪声。 该平台还可用于测试不同的降噪技术并评估其有效性。
除了降噪以外，3DEXPERIENCE 平台在气候变化预测、城市热岛效应监测及限制、敏感人群电磁风险安全保障、决策及利益相关者信息互通及合作等方面均可发挥重要作用。
3DEXPERIENCE 平台在城市规划中可通过多种方式预测气候变化。
数据收集和分析：该平台可用于收集和分析有关气候变化的数据，例如历史天气数据、海平面上升预测和洪水风险图。 这些数据可用于确定受气候变化影响最大的地区，并制定适应这些变化的战略。
模拟：该平台可用于模拟气候变化对城市地区的影响。 这可以通过对海平面上升、极端天气事件和热浪等因素的影响进行建模来实现。 这些模拟的结果可用于为城市规划决策提供参考信息。
协作：该平台可用于与城市规划者、工程师和建筑师等利益相关者协作，制定气候适应型城市规划。 该平台的协作功能有助于促进利益相关者之间的沟通和决策。
可视化：该平台可用于可视化气候变化对城市地区的影响。 这可以通过创建决策者易于理解的 3D 模型和模拟来实现。 该平台的可视化功能有助于以清晰简洁的方式传达气候变化的复杂概念。
3DEXPERIENCE 平台可通过多种方式检测和限制城市热岛。
数据采集与分析：该平台可用于采集和分析城市热岛数据，如土地覆盖数据、气温数据、建筑能耗数据等。 这些数据可用于确定受城市热岛影响最严重的区域，并制定减少其影响的策略。
模拟：该平台可用于模拟城市热岛效应。 这可以通过模拟土地利用、植被和建筑材料等因素对气温的影响来实现。 这些模拟的结果可用于为城市规划决策提供参考信息。
协作：该平台可用于与城市规划者、工程师和建筑师等利益相关者协作，制定限制城市热岛效应的策略。 该平台的协作功能有助于促进利益相关者之间的沟通和决策。
可视化：该平台可用于可视化城市热岛的影响。 这可以通过创建决策者易于理解的 3D 模型和模拟来实现。 该平台的可视化功能有助于以清晰简洁的方式传达城市热岛的复杂概念。
3DEXPERIENCE 平台可用于通过多种方式确保存在电磁风险的人群安全。
电磁场 (EMF) 建模：该平台可用于对不同来源（例如电力线、蜂窝塔和微波）的 EMF 发射进行建模。 这可用于识别电磁场水平过高的区域，并制定降低这些水平的策略。
EMF暴露评估：该平台可用于评估人们对EMF的暴露程度。 这可以通过对 EMF 在环境中的传播进行建模并考虑电磁源与人之间的距离、人的方向以及环境中的材料等因素来完成。
EMF 风险评估：该平台可用于评估与 EMF 暴露相关的风险。 这可以通过考虑暴露水平、暴露持续时间和个人健康状况等因素来实现。
EMF 缓解：该平台可用于制定缓解 EMF 暴露相关风险的策略。 这可以通过重新定位电磁场源、使人们免受电磁场影响或使用其他方法减少接触来实现。
3DEXPERIENCE 平台可以通过多种方式帮助改善决策者之间的合作。
协作：该平台提供了一个协作环境，决策者可以在其中共享信息和想法。 这有助于打破孤岛并促进更全面的决策方法。
沟通：平台提供聊天、视频会议、文档共享等多种沟通工具。 这可以帮助决策者保持联系并有效沟通。
决策：平台提供仿真、优化等决策工具。 这可以帮助决策者做出更明智的决策。
可视化：该平台提供可视化工具，例如3D模型和模拟。 这可以帮助决策者理解复杂的概念并做出更好的决策。
安全性：平台提供数据加密和访问控制等安全功能。 这有助于保护敏感信息并确保讨论的机密性。
当化工厂发生气体泄漏时， 3DEXPERIENCE 平台可以通过以下方式帮助企业进行决策：
实时数据监测与分析：3DEXPERIENCE 平台可以实时收集和分析工厂内的各种数据，包括气体泄漏的监测数据、环境参数、设备状态等。通过实时数据监测与分析，企业能够迅速了解气体泄漏的情况，以及泄露对周围环境和设备的影响。
模拟仿真与风险评估：基于达索系统的 CATIA 和SIMULIA 等软件，3DEXPERIENCE 平台可以对气体泄漏事件进行模拟仿真和风险评估。通过模拟泄露事件的发展过程，企业可以预测可能的影响范围、环境污染程度以及设备损坏风险等，为决策提供有力支持。
协同合作与应急响应：3DEXPERIENCE 平台提供了一个统一的协作环境，可以将企业内的各部门、团队和外部合作者安全地连接在一起。当发生气体泄漏事件时，企业可以通过平台进行内部沟通、任务分配和协同工作，迅速启动应急响应机制，并制定相应的应急措施。
信息共享与智能决策：通过 3DEXPERIENCE 平台，企业可以实时共享气体泄漏事件的相关信息，包括监测数据、模拟结果和应急措施等。平台还可以利用大数据和人工智能技术，对这些信息进行智能分析，为决策者提供有针对性的建议和指导，帮助企业制定更有效的应对策略。
总之，达索系统的 3DEXPERIENCE 平台通过实时数据监测、模拟仿真、协同合作和智能决策等功能，能够帮助企业在化工厂发生气体泄漏这种紧急状况下进行快速、准确的决策，降低事故风险，并确保环境的安全和可持续发展。
空中客车公司和欧空局哨兵（Sentinel）卫星通过使用卫星星座提供覆盖全球的卫星图像。这意味着有多个卫星绕地球运行，每颗卫星分别负责采集地球特定部分的图像。 这些卫星也被间隔开，以便每隔几天就可以拍摄一次地球图像。
哨兵卫星使用各种传感器来识别、采集图像。 这些传感器包括在可见光和近红外光下采集图像的光学传感器，以及可以穿透云层和黑暗来采集图像的雷达传感器。
空中客车公司使用 Sentinel 卫星数据通过以下几种方式构建虚拟模型设计：
图像融合：空中客车公司结合来自不同哨兵卫星的数据，创建更详细、更准确的图像。 例如，他们可以将 Sentinel-2（捕获植被信息）的数据与 Sentinel-1（捕获土地利用信息）的数据结合起来，以创建更全面的地球表面视图。
3D 建模：空中客车公司使用 Sentinel 数据创建地球表面的 3D 模型。这些模型可用于可视化土地覆盖的变化、跟踪城市的发展并评估自然灾害的影响。
变化检测：空中客车公司使用哨兵卫星的数据来识别地球表面随时间的变化。 这可用于跟踪气候变化的影响、监测森林砍伐并识别非法采矿活动。
机器学习：空中客车公司使用机器学习来分析 Sentinel 数据并识别模式和趋势。 这可用于提高 3D 模型的准确性、自动检测变化以及为Sentinel 数据开发新的应用程序。
空中客车公司正在使用 Sentinel 数据创建亚马逊雨林的 3D 模型。 该模型将用于跟踪森林砍伐的影响并监测雨林的健康状况。
空中客车公司正在利用 Sentinel 数据开发一套用于检测非洲非法采矿活动的系统。 该系统将使用机器学习来识别表明采矿活动的土地覆盖变化。
空中客车公司正在使用 Sentinel 数据来跟踪东南亚城市的发展。 这些数据将用于规划这些不断发展的城市的基础设施需求。
空中客车公司不断探索使用Sentinel 卫星数据构建虚拟模型设计的新方法。 随着哨兵卫星数据量的增加，空中客车公司将能够创建更详细、更准确的地球表面模型。
空中客车公司和达索系统合作使用空中客车哨兵卫星数据来构建仿真模型。他们共同开发了一个名为 3DEXPERIENCE 地球数据中心（3DEXPERIENCE Earth Data Hub）的平台，该平台允许用户访问和可视化 Sentinel 数据。该平台还提供用于创建 3D 模型和地球表面模拟的工具。
3DEXPERIENCE 地球数据中心是一个强大的工具，可用于构建多种状况下的地表仿真模型。 通过将 Sentinel 数据与 3DEXPERIENCE 平台相结合，用户可以创建详细且准确的地球表面模型。 这些模型可用于模拟各种场景，例如气候变化的影响或自然灾害的影响。
以下是如何使用 3DEXPERIENCE 地球数据中心构建仿真模型的一些具体示例：
土木工程师可以使用该平台模拟洪水对城市的影响。
地质学家可以使用该平台模拟山体滑坡的运动。
气候科学家可以使用该平台模拟气候变化对某个地区的影响。
灾害管理机构可以使用该平台模拟对自然灾害的响应。
对于任何需要创建详细而准确的地球表面模型的人来说，3DEXPERIENCE 地球数据中心是一个宝贵的工具。 该平台易于使用，并提供了多种用于可视化和模拟数据的工具。 随着 Sentinel 卫星不断收集数据，3DEXPERIENCE 地球数据中心将成为构建模拟模型的更强大工具。
在清洁能源利用方面，通过获取全球风力分布，就可以在全球范围合理布局风力场和风力发电设备。SIMULIA 可用于通过多种方式对风力涡轮机进行空气动力学仿真。
CFD 模拟：SIMULIA 可用于对风力涡轮机周围的气流进行计算流体动力学 (CFD) 模拟。 这可用于研究涡轮机的空气动力学并优化其设计。
气动弹性仿真：SIMULIA 可用于执行风力涡轮机的气动弹性仿真。 这可用于研究涡轮机空气动力学与其结构动力学之间的相互作用。
多物理场仿真：SIMULIA 可用于执行风力涡轮机的多物理场仿真。 这可用于研究涡轮机的空气动力学、结构动力学和其他物理现象（例如传热和电磁学）之间的相互作用。
多目标优化：SIMULIA 可用于优化风力涡轮机的设计。 这可以通过使用优化算法找到满足一组所需标准（例如效率、成本和噪声）的设计来完成。
使用 SIMULIA 进行风力涡轮机的空气动力学仿真对于工程师和设计师来说是一个有价值的工具。 它有助于提高风力涡轮机的效率、成本效益和可靠性。
针对未来城市3D交通，无人空中出租车将成为城市中的一道风景。达索系统提供的平台和工具也将在其中大显身手：
3D城市交通系统设计：3DEXPERIENCE City可用于设计3D城市交通系统，例如自动驾驶汽车和飞行出租车。 这可以通过模拟城市的车辆运动并研究车辆与基础设施之间的相互作用来完成。
空气动力学仿真：SIMULIA 可用于对无人机周围的气流进行计算流体动力学 (CFD) 仿真。 这可用于研究无人机的空气动力学并优化其设计。
多物理场仿真：SIMULIA 可用于执行无人机和 3D 城市交通系统的多物理场仿真。 这可用于研究无人机的空气动力学、结构动力学和其他物理现象（例如传热和电磁学）之间的相互作用。
借助云上的 3DEXPERIENCE，设计团队能够立即开始设计，无需等待 IT 安装和设置。 由于初创公司必须经常进行转型，灵活的许可使 Zuri 能够快速更换他们所需的工具。
由于每个人都能够访问云上的相同数据，可以做到有效的版本控制以及良好的沟通协作。
3DEXPERIENCE 中提供的更复杂的仿真工具以及 ENOVIA 形式的企业级 PLM 也在Zuri 飞机的开发中发挥了作用。
在创建地球的虚拟孪生方面，并不是仅有达索系统和空客合作的地球虚拟孪生项目。比如欧盟的“目的地地球”计划、英伟达与洛克希德·马丁公司合作打造的地球数字孪生模型、中国国家重大科技基础设施地球系统数值模拟装置=“寰”（EarthLab）、谷歌地球（Google Earth）、北斗与高分融合的数字孪生地球等。
当谈到气候变化时，人们很容易感到无助。 我们如何才能减缓或阻止它？ 我们如何才能预测它？ 前者取决于多种因素，包括世界各地政府、企业甚至公民个人的合作，而后者则掌握在科学家手中——他们正在利用模拟的力量来做到这一点。
除了达索系统和空中客车的虚拟孪生地球项目之外，欧盟启动了 “绿色协议” 和 “数字战略” 两项计划，希望到 2050 年实现碳中和。这一雄心勃勃计划的一个主要组成部分是“ 目的地地球” 计划，该计划涉及创建地球的数字孪生体。 该模拟项目将通过对地球的物理资源进行建模，尽可能准确地绘制气候发展和极端事件的地图。
Destination Earth 的用户将能够访问大量的自然和社会经济数据，从而研究气候变化、海洋状况、冰冻圈、生物多样性、土地利用和自然资源。 该项目将对水、土地、海岸和大气等地球自然系统进行动态、高精度模拟。 “目的地地球”将帮助科学家预测和应对极端天气事件，例如飓风和其他自然灾害。
该项目将以基于云的联合建模和仿真平台为中心，提供对数据、先进计算基础设施（包括高性能计算）、软件、人工智能应用程序和分析的访问。 最初，“目的地地球”将仅向公共部门开放，最终将向科学和工业用户开放。
“目的地地球”计划在七到十年内逐步实施。 分为三个阶段：
第一阶段由欧洲航天局（ESA）牵头，将开发一个核心服务平台，以开放、灵活、安全的云计算系统为基础，提供循证决策工具、应用程序和服务。 它将协调数据和云基础设施，以便在数字孪生逐渐可用时提供对越来越多数字孪生的访问。 大约2023 年推出基于云的运营支持平台和前两个数字孪生。
第二阶段涉及数据联合过程，以创建一个数据湖，该数据湖将整合哥白尼时代以来所有现有的欧洲数据以及欧洲航天局、欧洲中期天气预报中心 (ECMWF) 和欧洲组织持有的数据气象卫星的利用 （EUMETSAT）。预计到 2025 年，该平台将集成四到五个数字孪生，并为公共部门用户提供服务，以制定拟议的环境气候政策和立法措施，监测和评估其影响。
第三阶段建立高度复杂的行星系统（包括海洋和生物多样性）的数字复制品，并在模拟中整合多个数字孪生，无缝融合实时观测和高分辨率预测模型。预计到 2025-2030 年，通过平台已提供的数字孪生的融合，开发地球的完整数字孪生。
当数据通过科学准确的 3D 模型进行通信时，数字孪生也称为虚拟孪生。 它们对于工业、基础设施以及整个地球来说都是极其珍贵和有用的资产。 虚拟孪生技术已应用于全球85%的电动汽车、全球75%以上的风电开发，以及包括电炉、世界上第一架太阳能飞机和新型生物材料等在内的可持续新项目。
该项目背后的推动力量将是欧洲中期天气预报中心 ( ECMWF )、欧洲航天局 ( ESA ) 和欧洲气象卫星应用组织 ( EUMETSAT )。 所需的计算机科学专业知识将主要来自苏黎世联邦理工学院和瑞士国家超级计算中心（ CSCS ）的科学家。
时间将会证明，虚拟孪生地球这种全局性多维模拟对人类适应自然和社会快速变化能力所产生的影响程度。 然而，今天我们已经可以肯定的是，自然系统与社会系统大数据的无缝集成仿真将许以地球系统科学领域更美好的未来。
在我们创建了虚拟孪生地球并使其发挥重要作用后，不难想象，虚拟孪生月球、虚拟孪生火星，甚至虚拟孪生太阳系、虚拟孪生银河系、虚拟孪生可观测宇宙已经在向我们走来… …
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