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航天数字孪生团队，以服务国家战略、服务国防建设、服务国计民生为使命，锚定创新超越，坚持前沿攻关，超前布局数字孪生技术体系研究，成功打造数字孪生操作

系统（DTOS）数字底座产品体系，并在数字战场与装备数字化、智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展、现代化社会综合治理、低空经济产业发展等军民领域成功落地实践。本书重点就相关内容进行阐述，并期待联数字孪生与数字治理联合更多优势社会力量，共同创造开放的价值生态圈，为我国多领域数字治理贡献航天力量。

第1章

基于复杂系统理论的数字治理/ 1

一、 复杂适应系统理论/ 4

二、 数字治理复杂性基本特征/ 6

（一）数字治理需求/ 6

（二）数字治理复杂性/ 12

三、 数字治理方法论需求/ 16

（一）本质认知/ 17

（二）开放系统/ 18

（三）虚实共生/ 18

（四）动态演进/ 19

第2章

数字孪生解决方案/ 21

一、 数字孪生起源与发展/ 24

二、 数字孪生本质特征/ 26

（一）数字孪生本质内涵/ 26                                                

（二）数字孪生与相关概念关系/ 29

（三）数字孪生在不同领域的形态/ 30

（四）数字孪生发展演进/ 33

三、 国内外重要领域应用情况/ 35

（一）数字孪生在国外顶层战略中的分析认识/ 35

（二）数字孪生在重要领域应用情况/ 37

四、 数字孪生驱动数字治理/ 43

（一）理解——一个基点/ 44

（二）认知——双环驱动/ 45

（三）计算——三域贯通/ 46

（四）模拟——四性兼备/ 46

（五）赋能——五可兼具/ 47

第3章

数字孪生操作系统/ 51

一、 数字孪生操作系统（DTOS）概述/ 54

二、 DTOS 总体架构/ 55                                                      

三、 运行服务平台/ 59

（一）平台概述/ 59

（二）功能特点/ 59

四、 数据服务平台/ 61

（一）平台概述/ 61

（二）功能特点/ 62

五、 基础服务平台/ 66

（一）平台概述/ 66

（二）物联网服务（DT-IOT）/ 67

（三）数字孪生服务（DT-TWIN）/ 72

（四）多源信息模型服务（DT-XIM）/ 77

（五）人工智能服务（DT-AI）/ 83

（六）仿真推演服务（DT-SIM）/ 88

（七）区块链服务（DT-BaaS）/ 97

六、 智能辅助决策平台/ 104

（一）平台概述/ 104

（二）功能特点/ 104

七、 一体化交互应用平台/ 108

（一）平台概述/ 108

（二）功能特点/ 108                                                            

第4章

数字治理实践/ 117

一、 重大活动保障/ 120

（一）数字阅兵/ 120

（二）科技冬奥/ 129

二、 智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展/ 136

（一）背景与需求/ 136

（二）总体解决方案/ 136

（三）实践效果/ 141

三、 市域社会治理/ 145

（一）背景与需求/ 145

（二）总体解决方案/ 146

（三）实践效果/ 148

四、 城市生命线/ 153

（一）背景与需求/ 153

（二）总体解决方案/ 154

（三）实践效果/ 159

五、 智慧应急/ 162

（一）消防应急/ 162

（二）疫情防控/ 170

六、 低空经济产业/ 180

（一）背景与需求/ 180

（二）总体解决方案/ 181

（三）实践效果/ 188

跋/ 191

 江帆，女，副总工程师，西北工业大学控制理论与控制工程专业毕业。航天科工集团智能科技研究院数字孪生领域牵头人。长期致力于数字孪生、智能网联、网络信息体系架构设计与评估、智能辅助决策等领域技术创新与工程实践。

    史晓丽，女，博士，研究员，西北工业大学控制理论与控制工程专业毕业，加拿大约克大学访问学者，航天科工集团智能科技院数字孪生领域技术负责人。

    唐力勇，男，高级工程师，北京航空航天大学控制科学与工程专业毕业。航天科工集团智能科技研究院数字孪生领域技术负责人。

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编辑推荐

该书从复杂系统理论认知入手，全面分析数字治理复杂性基本特征及方法论需求，深入剖析数字孪生本质内涵，深度理解数字孪生技术体系对于数字治理的引领与驱动，全面介绍数字孪生操作系统的基本功能与内容，详细展示数字孪生操作系统对于推进数字经济发展、数字社会治理、国防与军队现代化建设的成功实践。对于广大读者特别是科研工作者、社会经济与国防军事管理者全面理解复杂系统理论、全面认识数字孪生、全面把握数字治理方法具有重要意义。

     数字化技术发展日新月异，数字孪生技术方兴未艾，数字孪生技术与社会经济、军事等领域融合日益加深，本书综合整理了近年来数字孪生在社会上的发展进程和应用，具有重要的启示作用。  

书摘插图

中国航天科工集团党组书记、董事长袁洁在中国航天科工智能科技研究院成立大会上指出，成立航天智能院是航天科工贯彻落实国家战略，加快推动机械化信息化智能化融合发展的一项重大举措。数字孪生技术与应用中心作为航天智能院当前三大研究中心之一，基于航天科工集团首支数字孪生团队组建而成。该团队自组建以来，充分发挥在系统工程、建模仿真等领域多年积累的优势，超前布局数字孪生体系研究，探索数字孪生核心技术、平台体系、标准规范，打造新型战略科技力量，将数字孪生智能研究成果应用于重大活动保障、市域治理、“双智”等多个领域，搭建数字孪生技术成果转化桥梁，为维护国家安全和发展利益、国民经济建设贡献了航天力量。

    如本书前文所言，数字孪生技术已在智慧城市、智慧工厂、智能制造、智慧医疗、供应链管理、产业链协同、数字战场等众多军民领域得到广泛应用。随着应用场景的不断丰富和拓展，数字孪生技术体系，特别是在复杂系统建模、数据驱动下物理空间与虚拟空间的实时共生、模型驱动下虚拟空间对物理空间的实时作用等领域，还将进一步成熟与完善，在社会治理、经济治理、国防与军队建设等领域发挥更大作用。同时，伴随人工智能、大数据、区块链等技术的不断升级与迭代，特别是以元宇宙为代表的新一代信息技术的不断涌现与演进，也必将推动数字孪生技术体系的不断完善，推动数字孪生应用场景的不断外延，推动数字孪生产业生态的不断丰富。

    智慧开创时代，孪生建造未来。展望未来发展，航天智能院将持续支持数字孪生技术与应用中心，以服务国家战略、服务国防建设、服务国计民生为使命，扎实推进以数字孪生操作系统（DTOS）为代表的国家数字化发展安全底座的不断升级迭代，扎实推进数字孪生技术全面服务国家社会治理、经济治理、国防与军队建设，为全面建设社会主义现代化国家新征程提供强劲支撑。

    面对未来，我们报以期待！

前言

 2020 年10 月29 日，习近平总书记在党的十九届五中全会上指出：“加快数字中国建设，就是要适应我国发展新的历史方位，全面贯彻新发展理念，以信息化培育新动能，用新动能推动新发展，以新发展创造新辉煌。”全会通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》，明确提出“要加快数字化发展”，要“发展数字经济，推进数字产业化和产业数字化，推动数字经济和实体经济深度融合”。

    2022 年4 月19 日，习近平总书记在主持中央全面深化改革委员会第二十五次会议时强调：“要全面贯彻网络强国战略，把数字技术广泛应用于政府管理服务，推动政府数字化、智能化运行，为推进国家治理体系和治理能力现代化提

供有力支撑。”

    数字中国建设就是实施数字化技术与社会经济、军事等领域的全面深度融合，具体体现为数字化、网络化、一体化（集成化）、智能化、云化和数字孪生。数字化是0、1 代码表述，一切皆数，是融合的基础；网络化是互联互通，联通共享，是融合的条件；一体化是集成一体，是纵向横向端到端的平面融合；智能化是自主提升，是垂直向下的深度融合；云化是云端协同，是垂直向上的高端融合；数字孪生是共生促进，是全要素、全系统、全过程、全场景、全时态的全面融合。

    数字孪生（Digital Twin）可以说是集数字化技术之大成，构造与现实世界虚实映射的数字空间，在数字空间回溯历史、把握现在、预测未来。数字孪生实质是由实生

虚、以虚控实、虚实互动、共生演进。关键技术为感知采集、模型构建、传输互动、分析可视等。其应用价值体现在事前可进行决策分析、预演验证；事中可进行实时监控、

健康管理；事后可进行效果评估、发展预测。

    数字化技术发展日新月异，数字孪生技术方兴未艾，数字孪生技术与社会、经济、军事等领域融合日益加深，为复杂系统全生命周期实施精细化治理、智能化运行提供

颠覆性驱动力，推动社会、经济、军事等领域数字治理模式的深刻变革。

    中国航天科工集团作为我国发展航天事业、建设航天强国的核心骨干力量，以数字航天建设为突破口，以数据资源为关键要素，以现代信息网络为主要载体，以信息通信技术融合应用、全要素数字化转型为重要推动力，深入推进数字化技术与航天系统工程的全面深度融合，紧紧把握数字化、网络化、智能化方向，深刻认知复杂系统理论，

综合运用物联网、人工智能、大数据、建模仿真、区块链等新兴技术，打造数字孪生新业态，在“数字中国”“数字国防”等一系列国家顶层战略布局中打造了一系列标杆示范工程，为我国数字经济发展、数字社会治理推进、国防和军队现代化建设等做出了突出贡献。

    航天数字孪生团队正是在国家深入推进数字中国建设、中国航天科工集团大力推进数字航天建设大背景之下孕育而生的。近年来，团队牵头完成了多项、省部级重

大重点任务，构建了相对完备的理论、产品、技术与市场体系，培养了一支有梦想、有冲劲、有纪律的创新型科研队伍。在有效服务经济建设、社会建设、国防与军队建设的同时，团队深入研究复杂系统理论与系统工程理论有机融合的方法，深刻思考数字孪生范式对于提升复杂系统全生命周期动态演化机理与规律，全面认识数字孪生业态对于推动数字经济、社会治理、国防与军队现代化建设的牵引与驱动作用，创新性打造了航天数字底座——数字孪生操作系统（DTOS），并在国家重大活动保障、国防产业体系构建、双智、市域治理、智慧应急等领域取得了显著的应用效果。

    基于多年的基础理论研究与创新实践探索，团队将理论和实践成果进行总结，形成了《数字孪生与数字治理》一书。该书从复杂系统理论认知入手，全面分析数字治理复杂性基本特征及方法论需求，深入剖析数字孪生本质内涵，深度理解数字孪生技术体系对于数字治理的引领与驱动作用，全面介绍数字孪生操作系统的基本功能与内容，详细展示数字孪生操作系统对于推进数字经济发展、数字社会治理、国防与军队现代化建设的成功实践。该书对于广大读者特别是科研工作者、社会经济与国防军事管理者

全面理解复杂系统理论、全面认识数字孪生、全面把握数字治理方法具有重要意义。

    我相信，随着数字孪生等技术的不断成熟，随着元宇宙等新兴技术的飞速发展，随着数字中国实践的深入推进，通过团队持之以恒的不懈努力，航天数字孪生团队一定会

在技术创新与应用实践等领域取得更多成果。

书籍介绍

    航天数字孪生团队，以服务国家战略、服务国防建设、服务国计民生为使命，锚定创新超越，坚持前沿攻关，超前布局数字孪生技术体系研究，成功打造数字孪生操作系统（DTOS）数字底座产品体系，并在数字战场与装备数字化、智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展、现代化社会综合治理、低空经济产业发展等军民领域成功落地实践。本书重点就相关内容进行阐述，并期待联数字孪生与数字治理联合更多优势社会力量，共同创造开放的价值生态圈，为我国多领域数字治理贡献航天力量。     数字化技术发展日新月异，数字孪生技术方兴未艾，数字孪生技术与社会经济、军事等领域融合日益加深，本书综合整理了近年来数字孪生在社会上的发展进程和应用，具有重要的启示作用。