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本文敘述達(dá)梭系統(tǒng)專案團(tuán)隊如何與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模擬的數(shù)位分身體驗，以應(yīng)對未來的氣候問題和環(huán)境挑戰(zhàn)。

如何讓產(chǎn)品給消費者帶來最佳體驗？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？為了給最終消費者帶來最佳體驗的產(chǎn)品，達(dá)梭系統(tǒng)的製造業(yè)客戶在3DEXPERIENCE平臺上創(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模擬的數(shù)位分身體驗，應(yīng)對未來的氣候問題和環(huán)境挑戰(zhàn)。

對人類活動進(jìn)行建模是瞭解其對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，我們在虛擬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)生真正的社會影響，從而應(yīng)對未來的氣候和環(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與法國國家太空研究中心（Centre National d'Etudes Spatiales；CNES） 聯(lián)繫，以確定在France Relance計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。

數(shù)位分身地球?qū)０笜s獲3DS INNOVATION FORWARDS獎，這是達(dá)梭系統(tǒng)的內(nèi)部競賽獎，旨在獎勵年度最具創(chuàng)新性的團(tuán)隊專案。作為 France Relance（法國復(fù)甦計畫）計畫的一部分，該專案由政府提供資助。

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

France Relance計畫圍繞生態(tài)、競爭力和凝聚力三個優(yōu)先事項構(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)的動員。這是自2020年3月以來已動員的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)動型決策所需的資訊。（source：Dassault Systémes）

作為空中客車集團(tuán)（Airbus）的一個分支，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)與航空公司對採集自ESA Sentinel地球觀測衛(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，使用者要通過對比某一階段和另一階段的圖像來跟蹤一段時間的變化。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。（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)測的各個方面，並促成新服務(wù)的出現(xiàn)。衛(wèi)星將繼續(xù)繞地球運(yùn)行並觀測地球的不同方面，並全天候（7×24小時）提供地球的所有監(jiān)測資料。

未來將會有更多的衛(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)測等。

達(dá)梭系統(tǒng)解決方案改變了產(chǎn)品的設(shè)計、類比、生產(chǎn)、行銷和支援方式，利用虛擬世界改善現(xiàn)實世界，通過3D設(shè)計、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)計和生產(chǎn)方式。

雙方基於3DEXPERIENCE平臺，對不斷變化的複雜現(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)制的人工智慧平臺中。通過應(yīng)用3DEXPERIENCE平臺的模擬應(yīng)用，可以實踐非常有趣的用例。

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，我們可以決定如何更精確地佈置5G天線、監(jiān)測輻射，可以非常精確地監(jiān)測工業(yè)現(xiàn)場發(fā)生中斷時可能產(chǎn)生的影響，污染對城市的影響。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，並對環(huán)境進(jìn)行建模。一切皆有可能，借助3DEXPERIENCE平臺提供的協(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

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

哨兵衛(wèi)星採集的圖像可用於多種目的，包括：

? 地球觀測：監(jiān)測地球環(huán)境，例如森林、海洋和冰川。

? 氣候變化研究：研究氣候變化對地球表面的影響。

? 自然災(zāi)害監(jiān)測：監(jiān)測自然災(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。

? 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個光譜帶的地球陸地表面圖像，用於監(jiān)測植被、水質(zhì)和土地利用；同時可用於採集地球海洋和大氣的圖像，用於監(jiān)測海面溫度、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，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：

? 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)展並評估自然災(zāi)害的影響。

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

? 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資料並識別模式和趨勢。 這可用於提高3D模型的準(zhǔn)確性、自動檢測變化以及為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)一套用於檢測非洲非法採礦活動的系統(tǒng)。 該系統(tǒng)將使用機(jī)器學(xué)習(xí)來識別顯示採礦活動的土地覆蓋變化。

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)一個名為3DEXPERIENCE地球資料中心（3DEXPERIENCE Earth Data Hub）的平臺，該平臺允許使用者造訪和視覺化Sentinel資料。該平臺還提供用於創(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模擬洪水對城市的影響；地質(zhì)學(xué)家可以使用該平臺模擬山體滑坡的運(yùn)動；氣候科學(xué)家可以使用該平臺類比氣候變化對某個地區(qū)的影響；以及災(zāi)害管理機(jī)構(gòu)可以使用該平臺模擬對自然災(zāi)害的回應(yīng)。

對於任何需要創(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寶貴的工具。該平臺易於使用，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）