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数字孪生数据库调研汇报
数字孪生 数据库调研 汇报 摘要：数字孪生的关键是模型和数据，没有多元融合数据，数字孪生应用就失去了动力源泉。为深入推进数字孪生理论与技术的研究，针对分布式数据库系统，关系数据库系统，面向对象的数据模型三种不一样数据库措施进行调研，将数据与数字孪生相结合，研究关键数据的存储和计算，为数据分析提供支撑，以此来实现对物理世界的数字化模拟仿真。通过数据库对仿真成果的数据分析，形成成熟的数字孪生技术方案。

关键词：数字孪生，数据库 一、 数字孪生 数字孪生指在信息化平台内建立、模拟一种物理实体、流程或者系统。借助于数字孪生，可以在信息化平台上理解物理实体的状态，并对物理实体里面预定义的接口元件进行控制。理想状态下，数字孪生可以根据多重的反馈源数据进行自我学习，几乎实时地在数字世界里展现物理实体的真实状况。数字孪生可以通过传感器的反馈信息，和历史数据或者集成网络的数据进行自我学习 [1-5] 。数据孪生与数据有着亲密的 ___，因此调研三种不一样的数据库措施，数字孪生根据海量的信息反馈，进行迅速的深度学习和精确模拟。

二、 分布式数据库系统 分布式数据库系统包括分布式数据库管理系统和分布式数据库。在分布式数据库系统中，一种应用程序可以对数据库进行透明操作，数据库中的数据分别在不一样的局部数据库中存储、由不一样的分布式数据库管理系统进行管理、在不一样的机器上运行、由不一样的操作系统支持、被不一样的通信网络连接在一起。

对于分布式数据库系统而言，其重要包括两种不一样形式，其中一种为物理分布逻辑集成，这种形式所指的就是在物理方面体现出分布形式，然而在逻辑上仍体现为统一整体，对于这种形式数据库系统而言，一般在作用较单一而具有较强专业性机构中比较合用。此外一种形式为在物理及逻辑方面均体现出分布形式，这种形式数据库重要在大量数据集成方面进行应用，因而这种数据库系统的构成重要包括数据库差异较明显及不一样用途有关系统。对于分布式逻辑数据库，其逻辑集中性的体现重要就是，无论顾客在哪种状况下对数据进行应用，均可通过应

用系统对有关数据实行操作。然而，在实际应用过程中也有一定缺陷存在，也就是顾客对数据库详细分布位置无法得知，即相似数据在本机中存储，而所存储有关数据由本机中有关数据库管理系统实行有关管理操作 [6-7] 。

2.1 分布式数据库具有四大特点 （1）可扩展：

分布式存储系统可以通过增长 PC 机的方式，使系统整体性能体现为线性增长。

（2）低成本：分布式存储系统的自动容错、自动负载均衡机制都构建在 PC机上。

（3）高性能：大数据时代对分布式存储系统的整体规定。

（4）易用：分布式存储系统需要能提供易用的对外接口，还要具有完善的监控、运维工具，并且能以便与其他系统集成。

分布式存储与目前常见的集中式存储技术不一样，分布式存储技术并不是将数据存储在某个或多种特定的节点上，而是通过网络使用企业中的每台机器上的磁盘空间，并将这些分散的存储资源构成一种虚拟的存储设备，数据分散的存储在企业的各个角落 2.2 分布式数 据库的详细技术及应用 海量的数据按照构造化程度来分，可以大体分为构造化数据，非构造化数据，半构造化数据。

（1）构造化数据：模型构造和内容是分开的，数据模式需要预先定义，一般存储在关系数据库中，可用二维关系表构造表达。

（2）非构造化数据：如声频、图像、文档、视频。

（3）半构造化数据：一般是自描述的，如 HTML 文档，模型构造和内容混在一起的数据，数据模式不需要预先定义。

分布式数据库系统在目前已经成为应用十分广泛的一种数据库系统类型，并且体现出比较明显的应用优势。为可以使分布式数据库系统得以更好应用，有关人员需要系统合理进行设计，并且对其实行优化实现，从而使系统功能可以得以更好发挥，使其更好为人们服务，体现其重要价值。

三、 关系数据库系统 关系数据库是指对应于一种关系模型的所有关系的 ___。关系数据库分为两

种构造：单一的数据构造和数据的逻辑构造。单一的数据构造是指一种关系即：现实世界的实体以及实体间的多种 ___均用关系来表达。数据的逻辑构造从顾客角度，关系模型中数据的逻辑构造是一张二维表。

3.1 关系数据库的型 关系数据库的型称为关系数据库模式，是对关系数据库的描述，若干域的定义，在这些域上定义的若干关系模式。关系数据库是在一种给定的应用领域中，所有实体及实体之间 ___的关系的 ___构成一种关系数据库。

3.2 关系数据库的值 关系数据库的值是这些关系模式在某一时刻对应的关系的 ___，一般简称为关系数据库。

3.3 关系数据库的功能 关系数据库技术发展的初期应用方式是做某些数据表格和模型，伴随网络应用的不停发展，关系数据库技术的内容和形式也在发展和演变过程中逐渐丰富，并逐渐形成新的数据库。但初期的关系数据库系统并不完善，人们在进行数据搜集的过程中需要对搜集的数据进行重组和改造才可以应用。

关系数据库技术的重要作用就是在计算机网络设计的整个过程中起到辅助功能，为计算机网络设计提供辅助服务而诞生的，当整个关系数据库承载的数据形式各异且容量较大时，其中包括了诸多计算机网络设计所需要的内容，这在一定程度上为计算机网络设计提供了便利，使计算机网络设计形式得以完善。

由于关系数据库技术的数据模型较为科学，通过运用 C 语言技术对处理复杂的数据非常简朴便利，因此，目前关系数据库技术是应用最为普遍的计算机网络技术数据库。关系数据库在计算机数据库的软件系统构造中分别有两个数据访问系统，但两系统均是 ___面对客户群体的，当客户访问的数据连接为开放式时，数据库管理系统便采用输入语言程序提供访问 [8] 。

四、 面向对象的数据模型 面向对象数据模型是捕捉在面向对象程序设计中所支持的对象语义的逻辑数据模型，它是持久的和共享的对象 ___，具有模拟整个处理方案的能力。面向对象数据模型把实体表达为类，一种类描述了对象属性和实体行为。

面向对象数据库把数据和与对象有关的代码封装成单一组件，外面不能看到

其里面的内容。因此，面向对象数据模型强调对象（由数据和代码构成）而不是单独的数据。

4.1 面向对象的数据模型特性 （1）唯一性。各个对象所具有的标识都是独特、唯一的，且在其整个生命期中都不会出现变化，不一样对象所具有的标识不会相似。故而，在对对象进行查找时借助这种标识便能完毕。

（2）抽象性。将数据行为(操作)和构造(属性)一致的对象抽象成类，每一种类便是一种抽象，能将有有关应用的重要性质反应，将与应用无关的内容忽视。所有类都是以主观划分的，不过必须有有关详细的应用。

（3）多态性。该特性指的是相似过程、函数或操作能在多种类型的对象上发生作用且所获得的成果会有所不一样。各个对象所受到的信息相似也会有不一样的成果产生，这便是多态性。多态性能使软件具有更强的重要性和灵活性。

（4）继承性。该特性是子类对父类数据构造与措施自动共享的机制，存在类之间的关系。在对一种类进行定义或将其实现时，能以既有的类为基础开展，将既有的类所顶堤的内容定义为自己的内容，并将若干新内容融入其中。类的继承性使得各类软件的设计存在可扩充和开放性，这也是一种有效的 ___、分类信息的措施，能将对象、类的创立工作量简化，使代码的可重用性增强。通过类的继承关系，能共享公共特性，进而将软件重用性增强 [9-10] 。

4.2 面向对象的数据模型的长处 适合处理多种各样的数据类型：与老式的数据库（如层次、网状或关系）不一样，面向对象数据库适合存储不一样类型的数据，例如， ___、声音、视频，包括文本、数字等。

面向对象程序设计与数据库技术相结合：面向对象数据模型结合了面向对象程序设计与数据库技术，因而提供了一种集成应用 ___系统。

提高 ___效率：面向对象数据模型提供强大的特性，例如继承、多态和动态绑定，这样容许顾客不用编写特定对象的代码就可以构成对象并提供处理方案。这些特性能有效地提高数据库应用程序 ___人员的 ___效率。

改善数据访问：面向对象数据模型明确地表达 ___，支持导航式和关联式两种方式的信息访问。它比基于关系值的 ___更能提高数据访问性能。

4.3 面向对象的数据模型的缺陷 没有精确的定义：很难提供一种精确的定义来阐明面向对象应建成什么样。

维护困难：伴随 ___信息需求的变化，对象的定义也规定变化并且需移植既有数据库，以完毕新对象的定义。当变化对象的定义和移植数据库时，它也许面临真正的挑战。

不适合所有的应用：面向对象数据模型用于需要管理数据对象之间存在的复杂关系的应用，它们尤其适合于特定的应用，例如工程、电子商务、医疗等，但并不适合所有应用。当用于一般应用时，其性能会减少并规定很高的处理能力。

目前，全世界计算机技术领域中，面向对象技术这一内容的研究极其热门，而伴随数据库领域的不停发展，也逐渐提高了对数据库及面向对象两个技术结合的承认程度。数据库、面向对象技术的结合不仅能使数据库管理系统深入支撑数据库模式，同步还能使其支撑面向对象数据模型。以面向对象数据技术为根据，所面临的对象较为复杂时，不仅规定建模、体现能力较强，也规定一定的管理、存储能力，这也正是面向对象数据库的独有优势。

五、 总结 通过构造数字孪生体，可以通过数据和物理的融合实现深层次、多尺度、概率性的动态状态评估、寿命预测以及任务完毕率分析。数字孪生体以虚拟的形式存在，不仅可以高度真实地反应实体对象的特性、行为过程和性能，如装备的生产制造、运行及维修等，还可以以超现实的形式实现实时的监测评估和健康管理。数字孪生的实现重要依赖于如下几方面技术的支撑:高性能计算、先进传感采集、数字仿真、智能数据分析。

数据保障层是整个数字孪生技术体系的基础，支撑着整个上层体系的运作，先进传感器技术及分布式传感技术使整个数字孪生体系可以获得愈加精确、充足的数据源支撑，数据是整个数字孪生体系的基础，海量复杂系统运行数据包括用于提取和构建系统特性的最重要信息，相比于专家经验知识和系统，系统实时传感信息更精确、更能反应系统的实时物理特性，对多运行阶段系统更具合用性 [5] 。数据作为整个体系的最前沿部分，其重要性毋庸置疑。分布式存储技术的发展为全寿命周期数据的存储和管理提供了平台保障，高效率存储构造和数据检索构造为海量历史运行数据存储和迅速提取提供了重要保障，为基于云存储和云计算的

系统体系提供了历史数据基础，使大数据分析和计算的数据查询和检索阶段可以迅速可靠完毕。

___：

[1] 陶飞，刘蔚然，刘检华，等． 数字孪生及其应用探索［J］． 计算机集成制造系统，，24(1):1-18． [2] 刘大同，郭 凯，王本宽,等. 仪器仪表学报［J］．，39(11) [3] 张龙.从智能制造发展看数字孪生［J］．软件和集成电路， (9):59-62 [4] 赵敏．探求数字孪生的本源与深入应用［J］．软件和集成电路， (9):50-58 [5] 陶飞，刘蔚然，刘检华等. 数字孪生及其应用探索[J]. 计算机集成制造系统，，24（01）：1-18. [6] 陈华 . 浅谈分布式数据库系统的设计与优化 [J]. 电脑知识与技术 ,xx,13(06):1. [7] 左翔 , 姜文彪 . 分布式数据库系统的设计与优化 [J]. 赤峰学院学报 ( 自然科学版 ),xx,28(20):20-21 [8] 王昊欣.基于计算机网络设计中关系数据库技术的应用［J］.电子世界，xx，13（13）：78 [9] 朱阳，凌卫青． 面向对象数据库技术在试验数据管理系统设计 ___中的应用［J］． 机电产品 ___与创新，xx，25(2):77-79 [10] 许惠强 朱颂仪. 面向对象的数据库软件设计分析［J］．电子信息..2

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