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地球数位分身:达梭系统与Airbus携手应对未来气候挑战
结合卫星成像、3D建模和人类活动模拟
[作者 馮升華]   2023年11月26日 星期日 浏览人次: [1718]

本文叙述达梭系统专案团队如何与Airbus防务、航空公司合作打造「地球数位分身」,透过结合卫星成像、3D建模和地球上人类活动模拟的数位分身体验,以应对未来的气候问题和环境挑战。


如何让产品给消费者带来最隹体验?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隹体验的产品,达梭系统的制造业客户在3DEXPERIENCE平台上创造虚拟世界,通过创建产品的数位分身来解决产品问题。


达梭系统专案团队与空中客车防务、航空公司合作创建「地球数位分身」:结合卫星成像、3D建模和地球上人类活动模拟的数位分身体验,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。这就是为什麽建模和模拟专家达梭系统以及卫星图像专家空中客车防务与航空公司等先进企业决定共同创建地球数位分身的原因所在。


通过数位分身的地球,我们在虚拟世界中理解人类的行为将如何影响环境。地球的数位分身类比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於建设安全的基础设施,并在紧急情况下快速做出反应。


数位分身地球专案的前世今生

数位分身地球专案诞生於2020年,达梭系统的模拟专家Frederic Gille与法国国家太空研究中心(Centre National d'Etudes Spatiales;CNES) 联系,以确定在France Relance计画下具有公共融资潜力的创新专案。人们很快就看到了地球数位分身的巨大潜力。CNES同意与空中客车防务与航空公司合作开展该专案,建立了由Frederic Gille等组成的达梭系统团队。


数位分身地球专案荣获3DS INNOVATION FORWARDS奖,这是达梭系统的内部竞赛奖,旨在奖励年度最具创新性的团队专案。作为 France Relance(法国复苏计画)计画的一部分,该专案由政府提供资助。


France Relance是法国政府启动的一项1000亿欧元的历史性复苏计画,主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於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准。


France Relance计画围绕生态、竞争力和凝聚力三个优先事项构建。主旨在於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,旨在为受到冠状病毒COVID-19健康危机影响的公司和员工提供紧急资金支援。



图一 : 卫星图像为使用者提供了制定准确的资料驱动型决策所需的资讯。(source:Dassault Systémes)
图一 : 卫星图像为使用者提供了制定准确的资料驱动型决策所需的资讯。(source:Dassault Systémes)

作为空中客车集团(Airbus)的一个分支,空中客车集团防务与航空公司是欧洲防务与航空业解决方案和服务供应商。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空公司负责归档不断从欧洲太空总署(ESA)Sentinel卫星不断采集的大量资料。


空中客车集团防务与航空公司对采集自ESA Sentinel地球观测卫星的资料进行归档以供商用。正如空中客车集团防务与航空公司技术设计权威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於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,使用者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资料驱动型决策所需的资讯。」



图二 : 以数位分身融合来自卫星的资料,所有这些模型和资料都被放入具有协作机制的人工智慧平台。(source:Dassault Systémes)
图二 : 以数位分身融合来自卫星的资料,所有这些模型和资料都被放入具有协作机制的人工智慧平台。(source:Dassault Systémes)

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,将为地理空间资料和分析提供前所未有的途径,彻底改变了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资料。


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。


达梭系统解决方案改变了产品的设计、类比、生产、行销和支援方式,利用虚拟世界改善现实世界,通过3D设计、3D数位模型(DMU)、3D产品生命周期管理(PLM)及3DEXPERIENCE,?明制造商颠覆了产品的设计和生产方式。


双方基於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资料,重建城市的数位分身,将模拟组合用於数位分身模型。另一方面,我们有数位分身,融合来自卫星的资料,所有这些模型和资料都被放入具有协作机制的人工智慧平台中。通过应用3DEXPERIENCE平台的模拟应用,可以实践非常有趣的用例。


拥有有效创建数位分身地球的能力

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。或者在城市内进行杂讯分析。如果我们拥有城市的数位分身,来自卫星的资料可以使所有资料保持最新,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。


使用哨兵卫星资料构建虚拟模型设计

空中客车公司和欧洲太空总署哨兵(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。


哨兵卫星使用各种感测器来识别、采集图像。这些感测器包括在可见光和近红外光下采集图像的光学感测器,以及可以穿透云层和黑暗来采集图像的雷达感测器。


哨兵卫星采集的图像可用於多种目的,包括:


· 地球观测:监测地球环境,例如森林、海洋和冰川。


· 气候变化研究:研究气候变化对地球表面的影响。


· 自然灾害监测:监测自然灾害,如洪水、地震、火山爆发等。


· 安全和防御:监控边界和追踪非法活动。


· 城市规划:规划和发展城市。


Sentinel卫星是提供全球卫星图像覆盖的宝贵资源重要天基设施。卫星采集的图像被用於支援从地球观测到气候变化研究的广泛应用。随着卫星继续收集资料的持续在轨运行,它们将提供更全面的地球及其环境视图。


以下是如何使用哨兵卫星提供全球卫星图像覆盖的一些具体示例:


Sentinel-1A和Sentinel-1B卫星用於采集地球表面的雷达图像。这些图像可用於穿透云层和黑暗,使其成为监测自然灾害以及安全和防御应用的理想选择。


Sentinel-2A和Sentinel-2B卫星用於采集13个光谱带的地球陆地表面图像,用於监测植被、水质和土地利用;同时可用於采集地球海洋和大气的图像,用於监测海面温度、洋流和大气成分。



图三 : 使用Sentinel卫星资料可以构建虚拟模型设计,建立更详细、更准确的图像。(source:France Relance;Dassault Syst é mes)
图三 : 使用Sentinel卫星资料可以构建虚拟模型设计,建立更详细、更准确的图像。(source:France Relance;Dassault Syst é mes)

空中客车公司使用Sentinel卫星资料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资料,建立更详细、更准确的图像。例如他们可以将Sentinel-2(撷取植被资讯)的资料与Sentinel-1(撷取土地利用资讯)的资料结合起来,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资料创建地球表面的3D模型。这些模型可用於视觉化土地覆盖的变化、追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资料来识别地球表面随时间的变化。这可用於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资料并识别模式和趋势。 这可用於提高3D模型的准确性、自动检测变化以及为Sentinel资料开发新的应用程式。


那麽空中客车公司具体是如何使用Sentinel卫星资料来构建虚拟模型设计的呢?


空中客车公司正在使用Sentinel资料创建亚马逊雨林的3D模型,该模型将用於追踪森林砍伐的影响,并且监测雨林的健康状况。


空中客车公司正在利用Sentinel资料开发一套用於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显示采矿活动的土地覆盖变化。


空中客车公司正在使用Sentinel资料来追踪东南亚城市的发展。这些资料将用於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卫星资料构建虚拟模型设计的新方法。随着哨兵卫星资料量的增加,空中客车公司将能够创建更详细、更准确的地球表面模型。


达梭-空客3DEXPERIENCE地球资料中心

空中客车公司和达梭系统合作使用空中客车哨兵卫星资料来构建模拟模型,双方共同开发一个名为3DEXPERIENCE地球资料中心(3DEXPERIENCE Earth Data Hub)的平台,该平台允许使用者造访和视觉化Sentinel资料。该平台还提供用於创建3D模型和地球表面类比的工具。


3DEXPERIENCE地球资料中心是一个强大的工具,可用於构建多种状况下的地表模拟模型。通过将Sentinel资料与3DEXPERIENCE平台相结合,用户可以创建详细且准确的地球表面模型,这些模型可用於类比各种场景,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地球资料中心构建模拟模型的一些具体示例,例如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类比气候变化对某个地区的影响;以及灾害管理机构可以使用该平台模拟对自然灾害的回应。


对於任何需要创建详细而准确的地球表面模型的人来说,3DEXPERIENCE地球资料中心是一个宝贵的工具。该平台易於使用,并提供多种用於视觉化和类比资料的工具。随着Sentinel卫星不断收集资料,3DEXPERIENCE地球资料中心将成为构建类比模型的更强大工具。


(本文作者冯升华为达梭系统大中华区技术总监)


@刊头图(source:Dassault Systémes)


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