数字孪生赋能自主系统远程操控：基于架构的综述

《IEEE Sensors Reviews》：Digital Twin-Enabled Remote Operation of Autonomous Systems: An Architecture-Driven Survey

　　

摘要：

数字孪生正作为自主系统远程操作的关键使能技术而兴起，通过物理系统及其环境的同步虚拟表示，提供更强的态势感知、预测性洞察和决策支持。然而，跨越多种运行设计域（ODDs）的互联系统的快速增长，在控制环路的及时感知、可靠通信、有效人机监督和可信决策制定方面提出了重大挑战。本文提出了一种架构驱动的综述，引入了一个通用架构，将物理孪生、通信网络、数字孪生和操作员连接在一个单一的远程操作环路中，围绕该架构综合了现有文献。基于此架构，我们分类了不同类型的数字副本如何支持远程驾驶、远程辅助和远程监控；综合了各领域报告的通信技术、需求及所达到的性能；并考察了AI/ML、人机交互、网络数字孪生、语义通信、安全性和可靠性在环路中的作用。研究发现，通信仍然是主要制约因素，尽管端到端响应性也会受到感知、处理、重构、渲染及由移动性引发的事件所产生的延迟影响。与此同时，数字孪生本身可以通过用紧凑的同步状态更新替代带宽密集的原始传感器数据流，从而减轻通信需求，揭示了一种互惠关系：孪生系统既依赖通信系统，也缓解了通信系统的负担。研究进一步表明，故障和威胁会在远程操作环路的各组件之间传播，而文献中相应的缓解手段在很大程度上仍是孤立开发和评估的。为指导未来工作，我们提出了一个最小化……

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