欧洲的数字孪生海洋项目介绍 - 海洋物理测绘工具

广州老梁

作为一种分析复杂系统的方法，数字孪生体在德国受到广泛的关注。GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心针对地球系统的海洋研究，提出了“数字孪生还想”（DTO，Digital Twin Ocean）。GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心认为，数字孪生体由一个虚拟实体（海洋模拟）组成，该实体代表一个物理实体（真正的海洋），两者都通过允许相互作用的连接双向连接。这些连接包括虚拟或物理实体中的观察（即测量）和观察结果的实现，作为对相应实体的影响。虚拟和物理实体都存在于各自的虚拟和物理环境中，并受制于虚拟和物理过程。

数字孪生海洋的虚拟实体很可能是一个模型（例如基于物理，基于人工智能），可以在虚拟过程中执行以运行模拟。它在由计算基础设施组成的虚拟环境中运行（例如高性能计算）和数据源（例如PANGAEA等数据湖）和接口。物理实体是模型所代表的海洋隔间或过程。数字孪生海洋的物理与虚拟连接通常基于海洋观测（即测量学），这些观测使用传感器（例如来自研究巡航、遥感、有线观测站、公民科学）提供真实但可能容易出错的地面真相数据。根据数字孪生海洋的类型，这种连接的虚拟实现可能是管理数字数据，但更重要的是影响模型本身的行为（例如模型优化、过程挖掘）或影响模拟过程的行为（例如参数优化、对象跟踪）或其他。这些实现都可以手动或自动进行。

虚拟实体中的手动观测最有可能依赖于交互式可视化的虚拟过程（例如数据绘图、地理确认系统、虚拟/人工现实），而自动观测可能需要虚拟过程（例如数据挖掘、API）。数字孪生海洋虚拟到物理连接的物理实现步骤可以通过人类干预（例如渔业管理、采样战略制定、海洋治理、利益相关者参与、指定保护区、巡航规划）来促进。GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心认为数字孪生体是“拥抱数字工具并允许它们影响我们科学的方式”的一种手段，即一种数字研究文化形式，以连接学科并结合各种信息来源（模型、观测数据、实时数据、离线数据、假设）。数字孪生体是一种科学方法，因此它们必须满足在某个科学领域获得知识的需求。考虑到现有的方法，它们需要更高效、更可靠地做到这一点，或者理想地代表着评估问题的唯一可用方法。

因此，从所需输出的角度设计数字孪生体很重要，理想情况下，这种输出应该是定量、客观和可重复的：即使用数字孪生体必须产生一些具体的产品。数字孪生体将扩大研究能力，提高研究产出，并提高GEOMAR团队卓越的知名度。不仅如此，数字孪生体依赖于数字文化变革，并可以作为其催化剂。很可能没有一个单一的数字孪生海洋体系，包含所有当前的知识。GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心表示，数字孪生化（Digital Twinning）是一个需要根据特定规模量身定制的工具。为此，GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心设定了四个量表和多个用例，具体如下：全球规模（>103平方公里）：例如小叶洋流数字孪生区域规模（101-103平方公里）：例如佛得角地区数字孪生，波罗的海数字孪生当地规模（10平方米-101平方公里）：例如弹药倾倒点，单个海山微规模（<10平方米）：例如微生物学、共生体、微生境参考阅读：

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