陆研人代表王明孝建言强军——加快数字孪生技术的军事应用

加快数字孪生技术的军事应用

——访全国人大代表、陆军研究院正高级工程师王明孝

■解放军报记者 钱晓虎  王凌硕
人物档案

王明孝,男,中共党员,全国人大代表,专业技术少将,技术二级,现为陆军研究院科技创新研究中心科技委主任、正高级工程师。入伍近40年来,他带领测绘导航创新团队成员长年奋战在高原高寒、沙漠戈壁科研生产一线,完成了青藏铁路数字化建设等30多项国家和军队重大测绘导航和大数据工程的科研生产任务。

“数字孪生,按字面意思,就是为真实的物理世界搭建一个高度镜像化的数字世界。一个系统、一台机器,运转状况如何,可以通过数字世界清晰感知,就像照镜子一样。”

谈起自己的调研课题,全国人大代表、陆军研究院高级工程师王明孝一下打开了话匣子:“对于装备而言,这意味着设备维护的透明性大大增加,全寿命周期管理将成为可能;对于训练来说,建设数字化的虚拟训练场,可助力实战化训练水平大幅提升。”
数字孪生是一种前沿技术。近年来,世界各国出现的飞机事故,引发人们对这一技术的高度关注:如果能为物理世界找到一个数字映射,让飞机故障能被及时察觉,甚至被预测到,让维修变得更精准,将有效避免事故的发生。
“实际上,这一技术的原理并不复杂,和建筑行业做‘模子’有点类似,只不过,这个‘模子’是数字化。”王明孝代表笑着告诉记者,数字孪生的发展,得益于近些年来大数据、云计算、人工智能等一系列技术的广泛应用和综合集成,这才使得这种数字“镜像”复制具有了运行层面的实际意义。
王明孝代表介绍说:“这项技术可以绕过现实实物,直接通过操控数字孪生体进行模拟、仿真和预测,具有非常广泛的应用前景。”
近年来,国内一些城市已把数字孪生运用到城市管理之中,由智能机器接管路口信号灯和各条道路的交通视频。把路况信息传入“城市数据大脑”,就可模拟出整个城市的交通变化情况,借助人工智能算法,实现交通信号灯的智能配置,从而有效减少市民的通行时间,也使得救护、应急、消防等车辆的出勤时间大大缩短。
王明孝代表在调研中发现,数字孪生可以推动军事装备向智能化方向发展,是当前军事装备领域应用研究的一项关键技术。
“我们可以建立装备运行数据库,用数字孪生模型记录实体装备整个寿命周期的所有数据和参数。有了这些数据的支持,再通过既定算法的人工智能分析,便能掌握装备在实际过程中的使用和管理情况,指导部队科学管装、合理用装,避免不规范使用带来的问题,提高装备配置的合理性。”王明孝代表说。
“数字孪生还可用于军事训练场的建设,让‘虚景实训’成为可能。”作为地理信息研究领域的知名专家,王明孝对于数字孪生在作战仿真实验、沉浸式模拟训练等课题研究中的应用前景尤为关注。
“数字孪生与实景三维战场环境,是对真实战场环境的映射,是现代战争的新型实验场,是战场环境数字化的高级阶段,有助于实现战场态势感知与筹划能力的战略转型。”王明孝代表在调研中发现,利用信息技术提升训练效益大有可为。
在王明孝的构想中,加快构建战场环境数字孪生平台,将现实和虚拟空间中的人、装备、环境有机结合,综合运用大数据技术、3R技术、实景三维建模技术等,构建动态虚拟的战场环境,可为部队训练提供环境支撑。同时,依据平台所采集的武器装备射击数据,通过数据映射,在虚拟战场环境中模拟显示战斗景况,从而实现室内或小场地全流程、全要素战斗训练。
王明孝告诉记者,建造基于数字孪生的实景三维模拟训练场,能够“把大的战场缩小来训、把远的战场拉近来训、让少数人训变成大多数人训、把境外战场放到境内来训”,让每名指战员尽早熟悉和适应作战任务区的环境,为打赢创造条件。
“数字孪生以其巨大的科技优势、广阔的应用前景、深厚的发展潜力,在未来大有用武之地。”王明孝代表说。
本文刊于2021年2月19日 《解放军报》 01

作为全国人大代表,近年来的“两会”上,王明孝曾多次为地理信息导航领域的发展建言献策,而他本人从军30余载走南闯北,也积累了大量的测绘经验,让我们一起来看看王明孝的测绘人生。


一个人能走多远?

32次奔赴青藏高原测绘;
翻越海拔5000米以上的高山200多座;
涉过冰河1000余条;

行走路程相当于绕地球12圈半。

一个人会经历多少生死考验?
怒江流域的原始森林中,雪崩、泥石流、雷电、洪水频发,棕熊、毒蛇出没,他几次险些掉进万丈悬崖;
昆仑山腹地的喀拉喀什河,车陷河滩,下车去推,严重的高原反应让他两眼一黑、一头栽倒在泥沙里;
藏北高原的索县江达乡,山坡上碎石突然滚落,他差一点儿被砸下万丈深渊;

中蒙边境的老爷庙,烈日让戈壁滩地表温度高达60多摄氏度,他们迷失方向,导航设备失灵,汽车轮胎被晒爆……

一个人本该有很多种选择!
但王明孝说:“既然在党旗下宣了誓,就要坚守到底。”

资料图

首测友谊峰:中国军人,有自己的测绘实力

1983年,王明孝以优异的成绩考入解放军测绘学院。毕业后,他走入了祖国的大西北。

走上工作岗位后的第2年,王明孝执行了我国首测友谊峰海拔高度的任务,奉命进入新疆阿勒泰山脉进行测绘作业。

攀登友谊峰的路又窄又险。一匹马失足滑倒从前面滚下来,正好撞在王明孝身上。他连栽了几个跟头,朝山下滚去,幸亏被一块大石挡住,才没有掉入悬崖。

测绘队走到第7天,给养没了,9匹马也摔死了2匹。翻译和向导说什么也不肯再往前走。

面对险恶的无人区,是进是退?

党小组会上,王明孝第一个站起来说:“后退就是逃兵!党交给的任务,再苦再难也要坚决完成!”

此后的14天,他们靠着森林中的野果、野菜果腹,鞋帮和鞋底脱开了就用铁丝进行缝补……

无人区用铁丝修补鞋

走出那片茫茫大山时,他们衣衫褴褛,成了“野人”,还被警惕的边民当作间谍关了起来。

友谊峰!你身高4374米!中国军人,有自己的测绘实力!”

最终,王明孝和战友们成功完成了测量任务。他们以准确的测量数据,为我国在外交谈判中争取主权归属提供了有力支持。

资料图

中国的第一条高原数字化铁路,必须由中国人来测量!

2003年10月,我国决定修建高原数字化铁路——青藏铁路。

按照设计要求,铁路的动态测绘绝对精度误差必须小于1米,而我国的动态测绘最高绝对精度误差却远远大于这个数值。

如果请西方发达国家测绘人员进入青藏线实地测绘,不仅费用高,青藏高原地理信息机密也将泄露。

“国家地理信息安全,事关国家核心利益!”王明孝坚定地说,“中国的第一条高原数字化铁路,必须由中国人来测量!”

背着氧气瓶,裹着皮大衣,2005年春节前夕,王明孝带着测绘分队踏进了冰封雪裹的青藏高原。

测绘现场海拔四五千米,气温零下三四十摄氏度,测量仪器反复出现黑屏,一上午竟然没有测出一组完整的数据……

王明孝不服输。经过上百次反复试验,王明孝带领技术攻关小组研究出保温避风的卫星测绘轨道车,实现了青藏铁路沿线经度、纬度、海拔高度的实时动态测量,测量精度绝对误差仅有0.3米,相对误差仅有5厘米。

一个又一个测绘奇迹,被中国军人刻在了“世界屋脊”上:攻克50多个技术难题,创新12种作业方法,完成高精度数据近百万组,提高工效20倍,以低于1米的动态测量精度改写了世界纪录。

而这一切,仅仅用了150天。

资料图

150多天攻关探索,为新型制导武器安上“眼睛”

那一年,我军某新型制导武器装备研制期间,命中精度成为急需突破的“瓶颈”问题。王明孝临危受命,开展攻关。

时值盛夏,王明孝和战友们背着沉重的器材,在气温高达40多摄氏度的数十万平方公里沙漠戈壁展开测量。

烈日当头,王明孝天天流鼻血,两个月瘦了30多斤。

测绘途中,卫星定位仪被晒坏了,他迷失了方向。所带的干粮也吃完了,他只能靠吃草根维系生命。

最终,他用刀片把卫星定位仪修好才走出了沙漠,使宝贵的试验数据派上用场。

经过150多天的攻关探索,晒得黑瘦的王明孝圆满完成高精度数字高程模型研制,成功为这一新型武器装上“眼睛”。  

国家权威部门对该型武器进行不同距离、不同环境、不同气象条件下的试验,结果全部命中目标,精度达到100%。

为了使地图“像电视一样”形象逼真地显示出来,王明孝还将卫星遥感技术、地理信息数据、三维仿真技术和多媒体等技术相融合,实现了二维平面图与三维立体图的有机联动。

近年来,王明孝的军事测绘信息科研成果在部队训练、演习、执勤等工作中也得到了广泛的应用。

资料图

“他的足迹总和奇迹相伴,与第一相连”

这是“科学中国人第七届年度人物”

评委会给予王明孝的颁奖辞

也是他漫漫测绘人生路的真实写照

从藏北高原到昆仑山下

从友谊峰顶到怒江流域

……

作为陆研人的代表

王明孝

一直行进在强军兴军的征程中

本稿综合解放军报、陆军新闻、央广军事

主     办 | 陆军研究院政治工作处

刊     期 | 第010期

监     制 | 李    伟

主     编 | 白明亮

编     辑 | 浪万鹏

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