本文敘述達(dá)梭系統(tǒng)專案團(tuán)隊(duì)如何與Airbus防務(wù)、航空公司合作打造「地球數(shù)位分身」，透過結(jié)合衛(wèi)星成像、3D建模和地球上人類活動(dòng)模擬的數(shù)位分身體驗(yàn)，以應(yīng)對(duì)未來的氣候問題和環(huán)境挑戰(zhàn)。

如何讓產(chǎn)品給消費(fèi)者帶來最佳體驗(yàn)？如何建造一條安全舒適、綠色環(huán)保的高鐵？如何讓城市的居民生活更便利？如何解決全球的氣候問題？為了給最終消費(fèi)者帶來最佳體驗(yàn)的產(chǎn)品，達(dá)梭系統(tǒng)的製造業(yè)客戶在3DEXPERIENCE平臺(tái)上創(chuàng)造虛擬世界，通過創(chuàng)建產(chǎn)品的數(shù)位分身來解決產(chǎn)品問題。

達(dá)梭系統(tǒng)專案團(tuán)隊(duì)與空中客車防務(wù)、航空公司合作創(chuàng)建「地球數(shù)位分身」：結(jié)合衛(wèi)星成像、3D建模和地球上人類活動(dòng)模擬的數(shù)位分身體驗(yàn)，應(yīng)對(duì)未來的氣候問題和環(huán)境挑戰(zhàn)。

對(duì)人類活動(dòng)進(jìn)行建模是瞭解其對(duì)地球的影響並尋找改善生活條件方法的關(guān)鍵。這就是為什麼建模和模擬專家達(dá)梭系統(tǒng)以及衛(wèi)星圖像專家空中客車防務(wù)與航空公司等先進(jìn)企業(yè)決定共同創(chuàng)建地球數(shù)位分身的原因所在。

通過數(shù)位分身的地球，我們?cè)谔摂M世界中理解人類的行為將如何影響環(huán)境。地球的數(shù)位分身類比具有大規(guī)模的陸地應(yīng)用，可以產(chǎn)生真正的社會(huì)影響，從而應(yīng)對(duì)未來的氣候和環(huán)境挑戰(zhàn)，例如提前模擬水位上升有助於建設(shè)安全的基礎(chǔ)設(shè)施，並在緊急情況下快速做出反應(yīng)。

數(shù)位分身地球?qū)０傅那笆澜裆?/span>

數(shù)位分身地球?qū)０刚Q生於2020年，達(dá)梭系統(tǒng)的模擬專家Frederic Gille與法國(guó)國(guó)家太空研究中心（Centre National d'Etudes Spatiales；CNES） 聯(lián)繫，以確定在France Relance計(jì)畫下具有公共融資潛力的創(chuàng)新專案。人們很快就看到了地球數(shù)位分身的巨大潛力。CNES同意與空中客車防務(wù)與航空公司合作開展該專案，建立了由Frederic Gille等組成的達(dá)梭系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)。

數(shù)位分身地球?qū)０笜s獲3DS INNOVATION FORWARDS獎(jiǎng)，這是達(dá)梭系統(tǒng)的內(nèi)部競(jìng)賽獎(jiǎng)，旨在獎(jiǎng)勵(lì)年度最具創(chuàng)新性的團(tuán)隊(duì)專案。作為 France Relance（法國(guó)復(fù)甦計(jì)畫）計(jì)畫的一部分，該專案由政府提供資助。

France Relance是法國(guó)政府啟動(dòng)的一項(xiàng)1000億歐元的歷史性復(fù)甦計(jì)畫，主旨在可持續(xù)地恢復(fù)法國(guó)經(jīng)濟(jì)並創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)。France Relance的目標(biāo)是通過主要投資於最有前途的領(lǐng)域來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，並確保法國(guó)能夠在兩年內(nèi)恢復(fù)到新冠疫情前的經(jīng)濟(jì)水準(zhǔn)。

France Relance計(jì)畫圍繞生態(tài)、競(jìng)爭(zhēng)力和凝聚力三個(gè)優(yōu)先事項(xiàng)構(gòu)建。主旨在於加強(qiáng)政府自危機(jī)爆發(fā)以來立即、持續(xù)的動(dòng)員。這是自2020年3月以來已動(dòng)員的4700億歐元的延續(xù)，旨在為受到冠狀病毒COVID-19健康危機(jī)影響的公司和員工提供緊急資金支援。

圖一 : 衛(wèi)星圖像為使用者提供了制定準(zhǔn)確的資料驅(qū)動(dòng)型決策所需的資訊。（source：Dassault Systémes）

作為空中客車集團(tuán)（Airbus）的一個(gè)分支，空中客車集團(tuán)防務(wù)與航空公司是歐洲防務(wù)與航空業(yè)解決方案和服務(wù)供應(yīng)商。它是全球第二大航空企業(yè)以及全球排名前十位的防務(wù)企業(yè)。空中客車集團(tuán)防務(wù)與航空公司負(fù)責(zé)歸檔不斷從歐洲太空總署（ESA）Sentinel衛(wèi)星不斷採集的大量資料。

空中客車集團(tuán)防務(wù)與航空公司對(duì)採集自ESA Sentinel地球觀測(cè)衛(wèi)星的資料進(jìn)行歸檔以供商用。正如空中客車集團(tuán)防務(wù)與航空公司技術(shù)設(shè)計(jì)權(quán)威Mark Curtis所言：「企業(yè)可能要使用衛(wèi)星圖像來確定某一區(qū)域是否易於發(fā)生洪水或者識(shí)別適合建造手機(jī)基站的位置。在許多情況下，使用者要通過對(duì)比某一階段和另一階段的圖像來跟蹤一段時(shí)間的變化。衛(wèi)星圖像為他們提供了制定準(zhǔn)確的資料驅(qū)動(dòng)型決策所需的資訊。」

圖二 : 以數(shù)位分身融合來自衛(wèi)星的資料，所有這些模型和資料都被放入具有協(xié)作機(jī)制的人工智慧平臺(tái)。（source：Dassault Systémes）

在新的太空生態(tài)系統(tǒng)中，如何加速創(chuàng)新，讓地球生活更美好？衛(wèi)星數(shù)量預(yù)計(jì)在未來十年內(nèi)將增加十倍，將為地理空間資料和分析提供前所未有的途徑，徹底改變了地球監(jiān)測(cè)的各個(gè)方面，並促成新服務(wù)的出現(xiàn)。衛(wèi)星將繼續(xù)繞地球運(yùn)行並觀測(cè)地球的不同方面，並全天候（7×24小時(shí)）提供地球的所有監(jiān)測(cè)資料。

未來將會(huì)有更多的衛(wèi)星繞地球運(yùn)行，而我們頭頂?shù)目臻g資源是有限的。我們已經(jīng)看到超過4,000顆衛(wèi)星。這意味著新的服務(wù)將會(huì)出現(xiàn)，以改善地球上的生活。例如城市規(guī)劃、交通和出行、氣候變化預(yù)測(cè)等。

達(dá)梭系統(tǒng)解決方案改變了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、類比、生產(chǎn)、行銷和支援方式，利用虛擬世界改善現(xiàn)實(shí)世界，通過3D設(shè)計(jì)、3D數(shù)位模型（DMU）、3D產(chǎn)品生命週期管理（PLM）及3DEXPERIENCE，?明製造商顛覆了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方式。

雙方基於3DEXPERIENCE平臺(tái)，對(duì)不斷變化的複雜現(xiàn)象進(jìn)行建模。一方面，可以利用來自衛(wèi)星的所有資料，重建城市的數(shù)位分身，將模擬組合用於數(shù)位分身模型。另一方面，我們有數(shù)位分身，融合來自衛(wèi)星的資料，所有這些模型和資料都被放入具有協(xié)作機(jī)制的人工智慧平臺(tái)中。通過應(yīng)用3DEXPERIENCE平臺(tái)的模擬應(yīng)用，可以實(shí)踐非常有趣的用例。

擁有有效創(chuàng)建數(shù)位分身地球的能力

當(dāng)我們觀察一座城市時(shí)，我們可以決定如何更精確地佈置5G天線、監(jiān)測(cè)輻射，可以非常精確地監(jiān)測(cè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生中斷時(shí)可能產(chǎn)生的影響，污染對(duì)城市的影響。或者在城市內(nèi)進(jìn)行雜訊分析。如果我們擁有城市的數(shù)位分身，來自衛(wèi)星的資料可以使所有資料保持最新，並對(duì)環(huán)境進(jìn)行建模。一切皆有可能，借助3DEXPERIENCE平臺(tái)提供的協(xié)作和模擬能力，做出明智的決策。

使用哨兵衛(wèi)星資料構(gòu)建虛擬模型設(shè)計(jì)

空中客車公司和歐洲太空總署哨兵（Sentinel）衛(wèi)星通過使用衛(wèi)星星座提供覆蓋全球的衛(wèi)星圖像。這意味著有多個(gè)衛(wèi)星繞地球運(yùn)行，每顆衛(wèi)星分別負(fù)責(zé)採集地球特定部分的圖像。這些衛(wèi)星也被間隔開，以便每隔幾天就可以拍攝一次地球圖像。

哨兵衛(wèi)星使用各種感測(cè)器來識(shí)別、採集圖像。這些感測(cè)器包括在可見光和近紅外光下採集圖像的光學(xué)感測(cè)器，以及可以穿透雲(yún)層和黑暗來採集圖像的雷達(dá)感測(cè)器。

哨兵衛(wèi)星採集的圖像可用於多種目的，包括：

? 地球觀測(cè)：監(jiān)測(cè)地球環(huán)境，例如森林、海洋和冰川。

? 氣候變化研究：研究氣候變化對(duì)地球表面的影響。

? 自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害，如洪水、地震、火山爆發(fā)等。

? 安全和防禦：監(jiān)控邊界和追蹤非法活動(dòng)。

? 城市規(guī)劃：規(guī)劃和發(fā)展城市。

Sentinel衛(wèi)星是提供全球衛(wèi)星圖像覆蓋的寶貴資源重要天基設(shè)施。衛(wèi)星採集的圖像被用於支援從地球觀測(cè)到氣候變化研究的廣泛應(yīng)用。隨著衛(wèi)星繼續(xù)收集資料的持續(xù)在軌運(yùn)行，它們將提供更全面的地球及其環(huán)境視圖。

以下是如何使用哨兵衛(wèi)星提供全球衛(wèi)星圖像覆蓋的一些具體示例：

Sentinel-1A和Sentinel-1B衛(wèi)星用於採集地球表面的雷達(dá)圖像。這些圖像可用於穿透雲(yún)層和黑暗，使其成為監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害以及安全和防禦應(yīng)用的理想選擇。

Sentinel-2A和Sentinel-2B衛(wèi)星用於採集13個(gè)光譜帶的地球陸地表面圖像，用於監(jiān)測(cè)植被、水質(zhì)和土地利用；同時(shí)可用於採集地球海洋和大氣的圖像，用於監(jiān)測(cè)海面溫度、洋流和大氣成分。

圖三 : 使用Sentinel衛(wèi)星資料可以構(gòu)建虛擬模型設(shè)計(jì)，建立更詳細(xì)、更準(zhǔn)確的圖像。（source：France Relance；Dassault Syst é mes）

空中客車公司使用Sentinel衛(wèi)星資料通過以下幾種方式構(gòu)建虛擬模型設(shè)計(jì)：

? 圖像融合：空中客車公司結(jié)合來自不同哨兵衛(wèi)星的資料，建立更詳細(xì)、更準(zhǔn)確的圖像。例如他們可以將Sentinel-2（擷取植被資訊）的資料與Sentinel-1（擷取土地利用資訊）的資料結(jié)合起來，以創(chuàng)建更全面的地球表面視圖。

? 3D建模：空中客車公司使用Sentinel資料創(chuàng)建地球表面的3D模型。這些模型可用於視覺化土地覆蓋的變化、追蹤城市的發(fā)展並評(píng)估自然災(zāi)害的影響。

? 變化檢測(cè)：空中客車公司使用哨兵資料來識(shí)別地球表面隨時(shí)間的變化。這可用於跟蹤氣候變化的影響、監(jiān)測(cè)森林砍伐並識(shí)別非法採礦活動(dòng)。

? 機(jī)器學(xué)習(xí)：空中客車公司使用機(jī)器學(xué)習(xí)來分析Sentinel資料並識(shí)別模式和趨勢(shì)。 這可用於提高3D模型的準(zhǔn)確性、自動(dòng)檢測(cè)變化以及為Sentinel資料開發(fā)新的應(yīng)用程式。

那麼空中客車公司具體是如何使用Sentinel衛(wèi)星資料來構(gòu)建虛擬模型設(shè)計(jì)的呢？

空中客車公司正在使用Sentinel資料創(chuàng)建亞馬遜雨林的3D模型，該模型將用於追蹤森林砍伐的影響，並且監(jiān)測(cè)雨林的健康狀況。

空中客車公司正在利用Sentinel資料開發(fā)一套用於檢測(cè)非洲非法採礦活動(dòng)的系統(tǒng)。 該系統(tǒng)將使用機(jī)器學(xué)習(xí)來識(shí)別顯示採礦活動(dòng)的土地覆蓋變化。

空中客車公司正在使用Sentinel資料來追蹤東南亞城市的發(fā)展。這些資料將用於規(guī)劃這些不斷發(fā)展的城市的基礎(chǔ)設(shè)施需求。

空中客車公司不斷探索使用Sentinel衛(wèi)星資料構(gòu)建虛擬模型設(shè)計(jì)的新方法。隨著哨兵衛(wèi)星資料量的增加，空中客車公司將能夠創(chuàng)建更詳細(xì)、更準(zhǔn)確的地球表面模型。

達(dá)梭-空客3DEXPERIENCE地球資料中心

空中客車公司和達(dá)梭系統(tǒng)合作使用空中客車哨兵衛(wèi)星資料來構(gòu)建模擬模型，雙方共同開發(fā)一個(gè)名為3DEXPERIENCE地球資料中心（3DEXPERIENCE Earth Data Hub）的平臺(tái)，該平臺(tái)允許使用者造訪和視覺化Sentinel資料。該平臺(tái)還提供用於創(chuàng)建3D模型和地球表面類比的工具。

3DEXPERIENCE地球資料中心是一個(gè)強(qiáng)大的工具，可用於構(gòu)建多種狀況下的地表模擬模型。通過將Sentinel資料與3DEXPERIENCE平臺(tái)相結(jié)合，用戶可以創(chuàng)建詳細(xì)且準(zhǔn)確的地球表面模型，這些模型可用於類比各種場(chǎng)景，例如氣候變化的影響或自然災(zāi)害的影響。

以下是如何使用3DEXPERIENCE地球資料中心構(gòu)建模擬模型的一些具體示例，例如土木工程師可以使用該平臺(tái)模擬洪水對(duì)城市的影響；地質(zhì)學(xué)家可以使用該平臺(tái)模擬山體滑坡的運(yùn)動(dòng)；氣候科學(xué)家可以使用該平臺(tái)類比氣候變化對(duì)某個(gè)地區(qū)的影響；以及災(zāi)害管理機(jī)構(gòu)可以使用該平臺(tái)模擬對(duì)自然災(zāi)害的回應(yīng)。

對(duì)於任何需要?jiǎng)?chuàng)建詳細(xì)而準(zhǔn)確的地球表面模型的人來說，3DEXPERIENCE地球資料中心是一個(gè)寶貴的工具。該平臺(tái)易於使用，並提供多種用於視覺化和類比資料的工具。隨著Sentinel衛(wèi)星不斷收集資料，3DEXPERIENCE地球資料中心將成為構(gòu)建類比模型的更強(qiáng)大工具。

（本文作者馮升華為達(dá)梭系統(tǒng)大中華區(qū)技術(shù)總監(jiān)）

@刊頭圖（source：Dassault Systemes）