元宇宙与电力信息通信融合发展专题报告.pdf

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1、元宇宙与电力信息通信融合发展专题报告元宇宙与电力信息通信融合发展专题报告IEEEIEEE PESPES PSCCCPSCCC CCSCCCSC 电力信息通信区块链技术分委会电力信息通信区块链技术分委会二零二二年二零二二年八月八月目录目录第一章 元宇宙发展概述.11.1 元宇宙发展背景.11.2 元宇宙发展现状.11.2.1 各国政府纷纷布局.21.2.2 政策力度持续加强.21.2.3 供需水平显著提高.31.2.4 产业发展方兴未艾.41.2.5 融合应用不断深入.41.3 元宇宙内涵与外延.4第二章 元宇宙发展面临的挑战和机遇.52.1 认知挑战.52.2 技术挑战.52.3 应用挑战.6

2、2.4 产业挑战.62.5 标准化挑战.72.6 机遇.7第三章 元宇宙技术和应用解构.83.1 技术架构.83.1.1 元网络.93.1.2 元系统.93.1.3 元服务.103.1.4 元场景.103.1.5 元空间.103.2 主要技术.113.2.1 区块链技术.113.2.2 网络及运算技术.113.2.3 物联网技术.123.2.4 人工智能技术.123.2.5 交互技术.123.2.6 虚拟空间技术.133.3 应用解构.133.3.1 元宇宙的内容系统.133.3.2 元宇宙的协作系统.143.3.3 元宇宙的治理系统.143.3.4 元宇宙的经济系统.15第四章 元宇宙与电力

3、信息通信系统技术同源.154.1 数字孪生技术应用分析.154.1.1 数字孪生概述.154.1.2 数字孪生技术在元宇宙中的应用.174.1.3 数字孪生技术在电力信息通信系统中的应用.174.2 区块链技术应用分析.184.2.1 区块链概述.184.2.2 区块链技术在元宇宙中的应用.194.2.3 区块链技术在电力信息通信系统中的应用.204.3 人工智能技术应用分析.204.3.1 人工智能概述.204.3.2 人工智能技术在元宇宙中的应用.224.3.3 人工智能技术在电力信息通信系统中的应用.234.4 物联网技术应用分析.244.4.1 物联网概述.244.4.2 物联网技术在

4、元宇宙中的应用.254.4.3 物联网技术在电力信息通信系统中的应用.26第五章 元宇宙与能源电力数字化的融合应用.285.1 发电元宇宙.285.1.1 虚拟电厂.295.1.2 智慧燃料管理.305.1.3 光伏与储能可视化.315.2 电网元宇宙.325.3 能源消费元宇宙.35第六章 元宇宙与能源电力融合发展新趋势与挑战.366.1 元宇宙与能源电力融合发展新趋势.366.1.1 能源电力元宇宙数字信息技术深度融合.366.1.2 元宇宙在能源电力系统中的应用探索创新.396.2 元宇宙与能源电力融合发展挑战.41元宇宙与电力信息通信融合发展专题报告元宇宙与电力信息通信融合发展专题报告

5、编委会编委会（按姓名笔画排序）主编：王栋副主编：马万里、亓峰、王晨辉、玄佳兴、白敬强、段军红、梁志琴、蒋炜编委：卜思齐、马军伟、马志程、牛炜、邓超、毛超逸、龙承念、孙士欣、刘田秦、刘昊、吕佳宇、刘冕宸、张小东、劳卫伦、张驯、张驰、李海涛、张琪、李韶瑜、狄磊、姚驰、饶涵宇、保承家、赵金雄、姚影、殷志强、隗刚、麻海龙、梁籍云、韩旭杉、廉贵清、薛泓林1第一章第一章 元宇宙发展概述元宇宙发展概述1.11.1 元宇宙发展背景元宇宙发展背景元宇宙直译“Metaverse”，最早出现于 1992 年出版的科幻小说雪崩中，小说描绘了一个庞大的虚拟现实世界，人们可以用数字化身来竞争提高自己的地位，寻找自身的虚拟

6、价值和获取在虚拟世界中的物质或精神体验。由于元宇宙真正兴起时间尚短，国内外对其定义尚未达成共识。最早的说法是科幻小说雪崩中给出的“元宇宙是指脱胎于现实世界，又与现实世界平行、相互影响，并且始终在线的虚拟世界。”原 Facebook 创始人扎克伯格认为“元宇宙是移动互联网的升级版，是融合虚拟现实技术，用专属的硬件设备打造一个具有超强沉浸感的社交平台。”自 20 世纪 90 年代以来，大量开放性多人游戏和应用诞生，技术界和产业界对于元宇宙概念的描绘逐渐清晰起来。2003 年Second Life游戏发布，用户可以通过虚拟化身交互，社交，交易虚拟财产和服务；之后黑客帝国头号玩家等知名电影也曾生动描绘

7、过虚拟世界场景，让现实中的人们只要戴上可穿戴设备和体感设备，就可以进入数字化的虚拟世界，参与人在一个完全数字化的虚拟世界中生活、游玩，去获得超越现实的沉浸式体验。在这个数字化的虚拟世界中，玩家充满了自我实现的可能性，可以成为任何人、去任何地方、做任何想做的事情，只要能够想象就可以实现一切事情。所谓只要敢想，一切创造都可以在元宇宙中实现。随着互联网和新一代信息技术的发展，元宇宙概念也逐步从游戏领域延伸到社交、文化等领域。2021 年 10 月 28 日，Facebook 正式宣布转型为元宇宙公司，作为移动互联网时代的巨头，Facebook 这一决定或将影响未来新型社交模式，通过推出 Horizo

8、n 社交产品，力图打造 Horizon Workroom 办公社交平台，提供底层 Presence Platform 等 VR 技术支持其内容生态。另一方面，Roblox 作为大型多人在线游戏创作 UGC 平台，用户通过每一个数字身份进行社交，拥有双向经济系统，平台拥有货币 Robux 并可以与真实货币转换，因此 Roblox符合元宇宙的经济系统、社交、内容创造、开放的特性。2016 年 Roblox 接入 VR 设备，通过 Roblox 的双向经济系统极大地促进生态的活跃性和创作者的积极性，并更加贴近元宇宙概念。1.21.2 元宇宙发展现状元宇宙发展现状目前，元宇宙已成为全球各国政府关注的重

9、点领域，技术界和产业界纷纷加大元宇宙的相关布局，元宇宙的发展并不是一蹴而就，需要“政、产、学、研、金、服、用”等产业全2方位要素共同推动。1.2.11.2.1 各国政府纷纷布局各国政府纷纷布局元宇宙对于未来社会经济发展、各行业数字化转型具有重要意义，全球多个国家陆续制定了有关元宇宙的发展战略。2021 年 7 月，日本经济产业省发布了关于虚拟空间行业未来可能性与课题的调查报告，并计划完善有关元宇宙发展的法律与方针，来指导和规范元宇宙产业的发展，力求在全球虚拟空间产业占据主导地位。2021 年 11 月，韩国首尔市政府发布元宇宙首尔五年计划，宣布从 2022 年起分 3 个阶段在经济、文化、旅游

10、、教育、信访等业务领域打造元宇宙行政服务生态。目前，无论是科技类公司众多的美国，还是其他新兴发展国家，对待元宇宙的态度是一致的相同。元宇宙是未来的发展趋势，政府也大力推动相应的政策支持和服务，但是在拥抱元宇宙的同时，各国的监管机构重点数据安全和隐私保护问题，毕竟在元宇宙中，不论是用户直接提供的，还是间接产生的信息数据，如生物特征、位置和银行信息、消费习惯、游戏习惯等，都属于数据安全和隐私保护的范畴。为了让元宇宙发挥应有的价值，必须要这个“全新世界”的经济和社会关系规范。对法律学家来说，这是真正的挑战。个人在网络空间的安全，还有个人在元宇宙的虚拟替身的安全，也需要法律的保护。1.2.21.2.2

11、 政策力度持续加强政策力度持续加强目前，我国尚缺乏国家层面的元宇宙表述。2022 年 1 月 24 日，在工业和信息化部召开的中小企业发展情况发布会上，工业和信息化部中小企业局局长梁志峰表示，工信部将加大力度推进中小企业数字化发展，支持发展数字经济，抢抓国家推进新基建、大力发展数字经济的大好机遇，培育一批进军元宇宙、区块链等新兴领域的创新型中小企业。这也是国家部委层面首次提到“元宇宙”。在 2022 年第十三届全国人民代表大会第五次会议中，有多位政协委员、人大代表提交了元宇宙相关发展提案，并建议加强监管与鼓励创新二者并行，抓住元宇宙带来的机遇。近日，中央党校出版了元宇宙科技产业党政干部学习详解

12、书籍，全面讲解元宇宙科技产业的背景以及国内外互联网头部企业布局元宇宙科技产业的近况，介绍元宇宙的基本特点、技术架构、思维模式、行业应用等。自 2021 年底开始，在各地“十四五”产业规划中，多省市将元宇宙列为重点。2022 年初，在“北京城市副中心产业高质量发展推进大会”上，北京市通州区出台了一系列产业生态扶持发展政策其中包含 关于加快北京城市副中心元宇宙创新引领发展的八条措施；在北京市十五届人大五次会议“推动新时代首都发展”新闻发布会上，北京市经3济和信息化局宣布启动城市超级算力中心建设，推动组建元宇宙新型创新联合体，探索建设元宇宙产业聚集区。2021 年底，上海发布了上海市电子信息产业发展

13、“十四五”规划中提出，要前瞻部署量子计算、第三代半导体、6G 通信和元宇宙等领域。同时，支持满足元宇宙要求的图像引擎、区块链等技术的攻关；鼓励元宇宙在公共服务、商务办公、社交娱乐、工业制造、安全生产、电子游戏等领域的应用。2021 年 11 月，浙江省经信厅就组织召开元宇宙产业发展座谈会。12 月底，杭州宣布成立元宇宙专委会。随后印发的关于浙江省未来产业先导区建设的指导意见中，未来产业发展体系中已将元宇宙列为重点领域；2022 年 1 月，浙江省数字经济发展领导小组办公室发布了关于浙江省未来产业先导区建设的指导意见，元宇宙与人工智能、区块链、第三代半导体一并被列为重点未来产业先导区的布局领域。

14、2022 年 1 月，无锡市滨湖区发布太湖湾科创带引领区元宇宙生态产业发展规划，提出打造国内元宇宙生态产业示范区。2022 年 4 月，重庆市渝北区人民政府发布重庆市渝北区元宇宙产业创新发展行动计划（2022-2024），推动构建元宇宙新模式新服务新业态，建成元宇宙产业创新生态体系。此外，合肥、武汉同时把元宇宙写入政府工作报告中，瞄准元宇宙、超导技术前言领域打造一批领航企业和高端产品，对洞元宇宙、量子科技等余实体经济的融合发展。深圳成立了元宇宙创新实验室，已成功对接超过 26 个国家的用户和技术团队。1.2.31.2.3 供需水平显著提高供需水平显著提高元宇宙有望成为全球数字经济下一个新增长点

15、。从需求侧看，疫情加速了数字化迁徙的速度，随着疫情始终存在于人们生活，线上活动日益暴增，无论怎样评价线上活动效果不佳，线上的活动数量持续呈增长趋势，无论是线上活动还是数字化体验都增速了变革的脚步。从供给侧看，技术发展和用户增长成为元宇宙的基础，随着区块链、人工智能、大数据、云计算、可穿戴设备等新技术被越来越多的领域应用，这些技术随着迭代更新也变得愈发地成熟，元宇宙离不开每一种新科技的支持，它是科技的集合体也是科技展示的新舞台。另一方面，元宇宙可涉猎经济社会的众多领域。如金融场景下，元宇宙去中心化且高效自主的金融系统能够实现用户对自有链上资产各项金融活动的自由掌控。医疗场景下，元宇宙中可通过 X

16、R 技术扫描患者身体数据，并在虚拟空间实现与医生的深入交流。教育场景下，元宇宙课堂除能获得更沉浸的教育体验外，还有助于实现教育公平和提高教育效果。娱乐场景下，元宇宙中的游戏体验感会更好，电影、音乐会等娱乐项目也会带来全新体验。41.2.41.2.4 产业发展方兴未艾产业发展方兴未艾随着产业的发展和变化，元宇宙的质疑声音也时有出现，但是通过整体产业市场和资本市场的角度来看，“元宇宙”的产业发展已经在全球层面形成共识，所以在概念火热之初，资本会大量的涌入元宇宙概念股，也是任何新兴科技市场发展的初始阶段，业界已经达成共识的是元宇宙产业发展是一个科技实际进步的过程，是一个科技进行变革升级的过程，这个过

17、程需要相对较长的时间，所以在科技进步能够落地应用实现元宇宙形态的过程中，资本回归理性也是正常。但总体来看，元宇宙是时代趋势，是不可逆的潮流，所以科技类公司只有扎扎实实做元宇宙产业，一定会随着产业的发展和市场的繁荣逐渐增值。1.2.51.2.5 融合应用不断深入融合应用不断深入元宇宙是最新科技的综合体，它将物联网、区块链、人工智能、增强现实、虚拟现实等涵盖其中，它可能成为“下一代互联网”。现阶段，电力系统正处于转型升级的关键阶段，电网运行信息、电力企业运营信息都在从实体到数字化升级，电力系统的物理载体和运营主体都在发生着数字化的变革，为融入元宇宙奠定了基础。未来，元宇宙发展需要更加智慧的电力系统

18、利用大数据、云计算、边缘计算、人工智能等数字化技术，围绕能源供给、能源输配和能源消费等环节，伴随风电、光伏等新能源装机和电量占比的提升，其间歇性、波动性特点，要求系统配备智能化的电子设备，构建具备感知、分析、学习、应用等人工智能的能源中枢。电力系统应全面推动数字电网建设，全方面符合元宇宙技术发展，以新技术支撑元宇宙体系架构建设需要，用“电力+元宇宙”推动能源革命和新能源体系建设，构建涵盖政府、能源产业上下游、用户等相关方的能源产业新生态，使电网更加智能、安全、可靠、绿色、优质，在促进新能源消纳、维持能源供需稳定、保障国家能源安全方面发挥积极作用。元宇宙伴随着各类新型科技技术，不仅依靠足够电力支

19、撑还要实现“双碳”目标，数字电力发展将会成为元宇宙快速发展的助推剂，而不是绊脚石。1.31.3 元宇宙内涵与外延元宇宙内涵与外延目前，综合研究众多学术界和产业界的相关定义，我们认为元宇宙是平行于现实世界的虚拟世界，拥有完整运行的技术、内容、经济和协作系统，具有大规模协作、沉浸式、自组织、多样性、用户创造等特点。元宇宙也是数字经济创新发展的新机遇，将会在数字环境下催生大量创新商业模式，形成数字空间新范式。在外延方面，元宇宙是一种数字生态的集成逻辑表达，是以区块链技术为核心的可信数字化价值交互网络，是基于 Web3.0 技术体系和运作机制支撑下的数字新生态。元宇宙产业应以组织、身份、资产和活动为核

20、心要素，以技术、内容、经济、协作和治理系统为重点方5向，以元网络、元系统、元服务、元场景、元空间为支撑，以基础类、技术和平台类、数据和协议类、内容和资产类、应用和服务类、治理和监管类标准为，通过大量的理论研究、标准研制、技术研发、平台建设、应用培育、服务交付等工程实践来逐步构建完善的元宇宙生态体系。第二章第二章 元宇宙发展面临的挑战和机遇元宇宙发展面临的挑战和机遇元宇宙是一种技术系统、内容系统、经济系统、协作系统和治理系统的叠加。技术系统的核心是融合，其技术体系的表现形式应具有开源开放、可编程、互联互通、可扩展、可插拔等技术特点；内容系统的核心是传播，应具有多种内容生成方式、内容呈现模式和内容

21、运营管理等能力；经济系统的核心是交换，需要提供价值载体、交换机制、身份认证、激励机制、权益保障等能力；协作系统的核心是共识，需要支持多方协作、分布式、自组织等特性；治理系统的核心是规则，需要提供科技伦理、版权保护、内容监管和金融合规等保障。2.12.1 认知挑战认知挑战元宇宙技术和产业尚处于发展初期，在基本概念、关键核心技术和应用范围等方面未形成统一的共识。首先，对元宇宙的认知尚不明朗，往往将元宇宙与游戏、数字藏品等概念划等号，忽略了元宇宙的专业理论研究。其次，随着各种概念炒作、过度宣传等现象层出不穷，越发模糊了元宇宙的认知边界。元宇宙作为新一代信息技术的集成，以区块链为核心，涉及大数据、云计

22、算、人工智能等关键技术，理论体系极其庞大，现有研究成果无法支撑产业发展。盲目夸大元宇宙功能的现象造成将浪费大量社会资源，对统一产业共识带来消极影响，不利于产业长远发展。为规范元宇宙产业健康发展，一方面需要高校、研究机构积极参与元宇宙理论研究，力争与产业整体发展速率保持一致，尽快形成完善的理论体系；另一方面也要面向社会各界加强知识普及和政策引导，帮助人们正确认识元宇宙。2.22.2 技术挑战技术挑战当前元宇宙技术迅速发展，多为 AR/VR、人工智能、网络运算技术的融合技术应用，基本满足人类进入元宇宙的前提条件，但 5G、云计算、芯片等技术加持作用尚不明显，无法实现元宇宙低时延、随时便捷等关键特性

23、。元宇宙技术发展仍处于初期研究阶段，主要面临以下三点挑战：一是基础硬件技术有待提升。AR/VR 设备是未来人类进入元宇宙的第一入口，是虚实交互的实现终端。2021 年以来，尽管微软、Meta 等科技巨头纷纷发布旗下新一代 AR/VR 设备，6以 HoloLens、Oculus Quest 2 为首的硬件设备仍存在缺陷，无法完全满足用户需求。2021年美国一项针对 AR/VR 产品用户的调研显示，在使用市面现有虚拟现实设备的用户中，超过39%的用户感觉到头晕，超过 45%的用户表示沉浸感欠佳。硬件设备性能不过关，会导致用户体验感大打折扣，AR 和 VR 目前仍需要在软硬件上不断做出优化。二是基础

24、网络技术有待提升。元宇宙通过 VR 头显让用户体验到高视频分辨率、高帧率、低操作时延等，从而影响用户临场感、逼真度和眩晕感，这些参数与图像渲染和视频质量有关，现有网络带宽和低延时网络暂不能进行大规模投入应用。三是关键核心技术有待提升。元宇宙作为多项技术的融合集成，不仅涉及到 AR/VR、数字孪生，还涉及到区块链、物联网、人工智能、物联网等新一代信息技术。由于元宇宙尚处于发展初期，在金融、工业制造、社交娱乐、文化旅游等领域的融合应用对关键核心技术提出了更高的要求。2.32.3 应用挑战应用挑战元宇宙在电力领域中的应用主要通过模拟人类在实际电力系统运行中的操作和行为，分析特定行为对系统安全性、稳定

25、性和可靠性的影响，从而实现人与电力系统的沉浸式交互。元宇宙电力系统中，随着虚拟电力系统智能性的提高，人与电力系统关系则会演变为共生关系，人与元宇宙电力系统虚实交融，形成以人为中心的智能化电力系统形态，在稳定运行、智能优化、故障诊断等方面需要提供更精准的智慧化方案，这也对元宇宙技术在电力领域中的应用带来以下挑战。一是应用场景有待挖掘。元宇宙作为多项技术的融合集成，有助于进一步深化电力领域的数字化转型，只有持续开放应用场景，深入挖掘电力领域的重点应用需求，才能扩大元宇宙在电力领域的融合应用。二是应用规则有待完善。随着元宇宙在电力领域的深入应用，必将涉及到对现有业务系统的改造、优化，以及对现有业务流

26、程的改变，甚至将创造出全新应用场景和用户体验。因此，面对电力元宇宙发展带来的应用挑战，以标准为抓手，推动构建技术基线和产业规则，才能更好的推动元宇宙服务于电力领域。2.42.4 产业挑战产业挑战发展初期鱼龙混杂，繁荣景象真伪难辨。元宇宙概念的爆火，使得资本市场的追捧愈发狂热，吸引了大批产业参与者，产业内大量商家争先注册商标，催生出大量所谓的新型元宇宙业务形态。2021 年 3 月，Roblox 在其招股书中对元宇宙进行了重点阐述，后在纽交所顺利上市，估值水平从 40 亿美元跃升至 700 亿美元。资本的强势涌入助推了元宇宙产业的白7热化发展，尽管产业内相关方尚未准备充分，夸大炒作、虚假项目层出

27、不穷，但已然被卷入元宇宙的浪潮之中，各相关方需要甄别风险，理性看待元宇宙产业发展现状。内容创作成为关键，版权保护值得关注。元宇宙是一个集体共享空间，所有人都是创作者，这其中包括大量服务提供方，从而衍生出大量用户生成内容，这种协作关系存在一定的随机性和不稳定性，涉及知识产权认证、确权和追责问题，加剧了产业内产品管理的复杂性和混淆性。元宇宙中虚拟数字人、物品、场景均有可能来源于现实世界实体。2019 年，美国演员阿方索起诉 Epic Games,称其在未经本人授权的情况下擅自出售了演员专属的舞蹈动作，本案虽经法院驳回，但是类跨越虚实边界的元宇宙内容引发的产业纠纷近年来不断出现，主要集中在知识产权、

28、人物肖像权、音乐、著作版权等方面。产业内服务提供方需要及时注册知识产权，合法应用并出售相关元宇宙内容及产品。治理体系亟需完善，监管能力有待提升。一般来讲，产业规则的制定权属于主权国家。在元宇宙中，国家与科技巨头都会对产业规则制定产生影响，缺少绝对权威的监管方制定规则。元宇宙作为一种新兴技术和商业形态，涉及大量数据安全、道德伦理等风险，在法律法规和监管政策方面都不完善。同时，元宇宙产业参与者众多，业务形态多样，整体产业正处于初期发展阶段，需要监管方制定规则加以管控，通过明确细化网络安全法、数据安全法、个人信息保护法等网络治理领域法律的延伸运用，为元宇宙发展划清红线、指明方向，实现元宇宙合理合规发

29、展。未来，元宇宙将持续发展为依托软硬件技术形成的虚拟世界，应运而生的产业规则可以独立存在于元宇宙世界中，也可以适用于规范现实世界中的元宇宙产业，但各个发展阶段的规则应当是清晰有效且能规范虚实元宇宙产业行为的。2.52.5 标准化挑战标准化挑战元宇宙的发展必然是长期、循序渐进的过程，标准化需求日益迫切。当前，全球元宇宙产业处于起步阶段，相关标准化基础还停留在已开展的区块链、人工智能、5G 等相对离散的技术领域。已有技术领域标准化发展尚不健全，单一技术标准发展仍存在诸多问题，如区块链等技术自身还属新兴技术，标准体系规划出台时间较短。另一方面，融合技术标准缺失，相关技术标准缺乏标准化引导。此外，元宇

30、宙还涉及内容、资产、监管等众多方面，稍加疏忽就容易被经济犯罪等行为利用，亟需构建完善的元宇宙标准体系，发挥标准对产业的引导作用。2.62.6 机遇机遇顶层设计逐步完善，产业发展前景向好。顶层设计逐步完善，产业发展前景向好。政府作为政策统筹引领部门，高度重视元宇宙产业发展，且在近期对元宇宙态度逐渐明朗，整体呈积极态势。2022 年 1 月 12 日，国务8院印发“十四五”数字经济发展规划，规划中提出要“发展互动视频、沉浸式视频、云游戏等新业态，创新发展“云生活”服务，深化人工智能、虚拟现实、8K 高清视频等技术的融合，拓展社交、购物、娱乐、展览等领域的应用，促进生活消费品质升级。”，这一理念与元

31、宇宙概念较为相近；2022 年 2 月，上海、合肥、无锡等城市先后在政府工作报告中明确提出要瞄准元宇宙产业发展，因城施策，提供专项资金，着力建设一批以元宇宙、大数据、区块链为关键技术的专精尖企业，元宇宙产业受到政策支持，整体发展态势较好。数字转型需求强烈数字转型需求强烈，未来市场空间广阔未来市场空间广阔。疫情加速了社会整体数字化的升级改革速度，全方位的数字融合世界正在诞生，在线办公、教育、医疗、消费以及产业升级、社区服务、城市规划都将数字化成为常态体现，形成一批强交互、多层次、高增速的市场空间场景。有了数字经济快速发展的契机和推动，元宇宙未来市场空间将进一步发展并拓宽，逐渐形成崭新的产业赛道。

32、核心技术逐渐成熟，应用成效逐步显现。核心技术逐渐成熟，应用成效逐步显现。电力领域人与电力系统交互的纽带是信息，电力系统虽然可以从各种物理环境中获取并存储信息，但无法对信息进行主观评价。但人可以在更高层次感知信息，并提取有价值信息，从而在人与电力系统交互过程中利用主观信息对设备进行控制，使设备在安全稳定运行时体现人的真实意图和智能属性。目前，电力系统频率调节不稳定问题越来越突出，传统的人工参与电力系统巡检过程基本上取决于人的主动性，这种巡检方式存在工作人员记录方式、维护管理以及工作量等问题，并且不当操作可能对工作人员和电力系统造成巨大的破坏。因此，要对工人进行沉浸式培训。在新物联网技术高速发展的

33、背景下，虚拟电力系统所提出的虚实融生、沉浸式体验的特点有助于科研人员对电力系统进行重新认识，从而更好地实现电力系统运行与控制；并且可以使工人通过虚拟环境操作，间接完成现实中对实体设备的危险操作，既减轻了干扰，又增加了工作效率，同时保障了工人的安全。第三章第三章 元宇宙技术和应用解构元宇宙技术和应用解构3.13.1 技术架构技术架构元宇宙生态系统涉及技术系统、内容系统、经济系统、协作系统、治理系统五个类别。其中，技术系统体现为“融合”特性，即体现技术集成、兼容、开源开放、互联互通、可连接等内容。内容系统体现“传播”特性，内容自身具有开放性、创造性、多样性、实时性等诸多性质。经济系统主要体现“交换

34、”特性，要求元宇宙身份的唯一性，具备激励机制和权9益权属保障等。协作系统体现“共识”特性，要求元宇宙具有实时多方协作、分布式、自组织、扩张性等。在技术架构方面，形式化需要基于计算机科学建立逻辑框架，以呈现和运行本体论中的逻辑对象及相互关系。依据计算机领域常用的形式化分层方法，元宇宙可分为元网络、元系统、元服务、元场景和元空间五层，五层架构在运行逻辑上层层递进紧密联系，共同构成元宇宙的技术架构。3.1.13.1.1 元网络元网络元网络包含存储、通信、计算、网络等支撑性技术，为元宇宙的运行提供底层基础设施。其中分布式存储技术为多模态海量数据传输的安全性和隐私性提供保障，同时高速存储技术也为元宇宙中

35、场景快速加载、多场景快速切换等功能提供支撑；在通信方面基于新一代有线/无线通信技术满足了元宇宙对于数据传输的高吞吐和低延迟的要求；计算技术为元宇宙中物理计算、渲染、数据协调和同步、人工智能、投影、运动捕捉和翻译等多种复杂功能提供计算能力的支持和解决安全需求；网络技术为元宇宙实现对虚拟世界运行的高效处理，构建了虚实融合的元宇宙治理体系。元网络通过先进的通讯网络技术在现实世界与虚拟世界间实现高流量、高并发、低延迟、高可靠的完美交互。元宇宙与传统元互联网应用程序和游戏相比有着更大规模更加真实的场景，这些基于真实事物高质量扫描而产生的场景数据不可能全部存储在用户本地的硬盘空间内。只能在本地设备上存储核

36、心数据，当用户上线时再将大量数据流传输到本地设备，这就导致元宇宙对带宽要求比大多数互联网应用程序和游戏要高得多。元网络在为元宇宙应用带来大流量带宽的同时也兼顾低延迟的特性。在元宇宙中游戏是第一大应用，以游戏举例，低延时、沉浸渲染直接影响到用户体验。据 Subspace 统计，游戏延迟时间每增加（减少）10ms，用户的游戏时间就会减少（增加）6%，游戏延时过长会严重影响到游戏的用户体验。在元网络中先进通信技术和计算技术的应用可使游戏延迟小于 10ms 这一临界值，能够确保用户获得较高的游戏体验质量。3.1.23.1.2 元系统元系统元系统包含了实现元宇宙功能的大部分通用基础技术，它以区块链为核心

37、，集成大数据、物联网、云计算、人工智能、VR/AR/XR、人机交互、信息安全等技术，为元服务提供系统级的基础技术能力，是实现元宇宙各项功能的技术基础。其中区块链以其不可篡改、可追溯、公开透明等特点解决元宇宙系统中的信任问题，让数字虚拟世界可以实现大规模价值交换，是元宇宙中社会经济循环体系的基础；物联网、VR/AR/XR、人机交互等技术为元宇宙打通了10现实世界与虚拟世界之间的界限，结合大数据、云计算、人工智能等技术为元宇宙中的各项功能实现提供技术支撑，是实现元宇宙中功能多样性的关键环节；元宇宙是以区块链为核心的Web3.0 数字生态体系，从Web2.0 向Web3.0 演进的过程中，各单项技术

38、已基本完成体系构建。但在发展过程中许多技术独立发展，并没有形成闭环的数字生态。例如物联网的数据采集、人工智能的识别判断、5G的数据传输等，其技术特性都只覆盖了数字经济的一部分，无法单独完成数据要素的全生命周期，需要通过区块链技术对其进行技术集成，推动新一代信息技术进一步融合，构建面向数字化生态的系统级技术基础，以支撑元宇宙复杂的应用逻辑、业务创新和商业模式。通过区块链技术为元系统实现数据存储去中心化、网络传输去中心化、计算去中心化。去中心化的底层技术为元系统的安全运行提供了保障，避免沦为中心化控制的工具，最终构建一个去中心化的数字虚拟生态体系，成为构筑元宇宙的技术基石。3.1.33.1.3 元

39、服务元服务元服务是实现元宇宙中基于元系统开发的各类应用开发技术的集合。元服务主要由内容、用户、资产、环境、四大模块构成，其中内容服务包含内容运营、内容管理、UGC/AIGC等；用户服务包含身份认证、数字身份等；资产服务包含支付交易、数字凭证、资产管理、隐私计算等；环境服务包含环境渲染、3D 引擎、仿真模拟、外部接口等，为元场景搭建和应用功能实现提供技术支撑。3.1.43.1.4 元场景元场景元场景是现实世界中的生产生活在数字虚拟世界中映射，通过数字创作把物理世界的各种场景映射到虚拟数字世界中，为数字虚拟世界的社会生产生活提供具体的应用支持。将日常生产生活中的场景如工业制造、文化旅游生活等都可以

40、在元宇宙中形成元场景，模拟工业产品生产流程、各地建筑景物、日常生活起居场所等，形成包括制造、娱乐、社交、金融、能源等方面的场景应用。利用区块链技术可以实现各个元场景间的可信数据互联互通、价值转移等功能，元场景的多样性构成了元宇宙丰富多彩的内容。同时每一个元场景也可以形成次元宇宙，多个元场景可以组成元宇宙、多个元宇宙可以组成元宇宙系。每个元宇宙都有其各自与众不同的特点，通过区块链技术实现不同元宇宙之间的互联互通和价值交换，形成一个较为完整的数字虚拟世界。3.1.53.1.5 元空间元空间元空间是现实场景数字化后的虚拟空间，通过内容呈现、位置感知、人机互动、感官触达等技术来实现各种仿真体验。元空间

41、不仅仅是虚拟空间，它与物理世界是强交互，深度融11合的。通过在元空间中高度仿真的数字场景可以与真实场景进行信息交互，并具备现实世界中人、物的大部分特征，使元空间拥有可媲美真实空间特征的虚拟场景。3.23.2 主要技术主要技术3.2.13.2.1 区块链技术区块链技术区块链是元宇宙构建身份系统与价值系统的重要实现手段，是元宇宙最为核心的技术。从技术上来看，元宇宙是基于 Web3.0 技术体系和运作机制支撑下的可信数字化价值交互网络，是以区块链为核心的 Web3.0 数字新生态。区块链技术保证了元宇宙身份的唯一性，现实了物理世界到元宇宙的可信映射，也可以实现规则透明和确定性执行机制，保障价值归属与

42、流转，从而实现元宇宙经济体系的高效、稳定。区块链是用密码技术将共识确认的区块按顺序追加形成的分布式账本，具有“不可伪造”“可以追溯”“公开透明”等特点。从技术上来看，元宇宙是基于 Web3.0 技术体系和运作机制支撑下的可信数字化价值交互网络，是以区块链为核心的 Web3.0 数字新生态。区块链技术解决了元宇宙中存在的信任问题，构筑了合作的基础。在区块链技术中共识机制共识机制使得区块之间保持一致和解决问题，保障元宇宙用户的交易公平和安全。分布式存储分布式存储保障了元宇宙中虚拟资产，虚拟身份的记录和安全。智能合约智能合约具有自动化、可编程、公开透明、可验证等特性，将元宇宙中的事务逻辑构建于区块链

43、之上，将契约以程序化、非托管、可验证、可追溯、可信任的方式进行去中心化自动运转，实现了元宇宙中的价值交换，保障系统规则公开透明地执行。3.2.23.2.2 网络及运算技术网络及运算技术元宇宙是一个大规模的多媒体系统，要实现沉浸式、低时延、高分辨率的体验离不开包括云计算、边缘计算、5G/6G 等网络及运算技术的支撑。云计算技术云计算技术使得元宇宙应用的高负载运算和海量存储不必要在本地设备上进行，可以依据用户需求对云端的计算和存储资源进行动态分配，避免了 IT 资源的重复浪费。同时通过云计算技术的支持使得用户可以获得功能更强大、更轻便、更廉价的终端设备，有利于元宇宙的应用推广。虽然云计算可以很好地

44、满足元宇宙海量的运算和存储需求，但在此过程中大量的数据要在本地和云端之间进行交换，由此产生了延迟、卡顿等问题。随着 5G 技术的不断普及，移动网络在面对大吞吐量时的速度、并发性和延迟率都得到了按数量级的改善。通过 5G5G 技术实现低延迟的远程渲染，将繁重的处理任务交给云端，在设备小型化的同时使得元宇宙中的体验变得像流式传输电影一样流畅。同时有些对延迟更加敏感的任务可以通过边缘计算边缘计算，在靠近用户或设备的一侧放置边缘计算设备，在终端与云端之间起到中介的作用，可以对终端产生的各种需求进行实时12的回应，可以有效地降低反馈延迟，可以为元宇宙用户提供更加沉浸、真实、流畅的体验。云计算、边缘计算、

45、5G/6G 等网络及运算技术为底层的通信设施为元宇宙提供了高速运转、高速通讯的必备基础条件，保证元宇宙中的所有参与者的接入速度和稳定性，使得元宇宙中的体验更为真实。3.2.33.2.3 物联网技术物联网技术物联网技术是元宇宙连接物理世界的入口和通道，它可以通过各种信息传感器、射频识别等装置与技术，对现实世界中的各种信息进行感知和识别，通过控制设备对现实世界进行反馈和影响，通过物联网将现实世界的物品与元宇宙连接，进行信息的交换、处理与计算，达成物与物、人与物的互联，实现元宇宙与现实世界的交互和无缝连接。物联网技术中感知层感知层通过各类光学、温湿度、声学传感器实现对物体实时的识别和信息采集，向元宇

46、宙提供各种现实世界的真实信息。网络层网络层基于 NB、LORA、ZIGBEE 等物联网传输技术为元宇宙与物理世界之间实现低成本、全天候、全覆盖的数据传输。应用层应用层可通过感知层所获取的数据，结合人工智能、电子游戏技术和交互技术可在在元宇宙的虚拟空间中实时、准确地还原现实世界的状态。通过物联网技术可以使得元宇宙实现真正的沉浸式体验，打破元宇宙与现实世界之间的界限，在数字世界中跨越现实世界的限制，实现真正的“虚实结合”和“虚实共生”。3.2.43.2.4 人工智能技术人工智能技术人工智能技术是赋予元宇宙智能的大脑也是推动内容创作的引擎。AI 技术可以赋予元宇宙中的 NPC 沟通和决策的能力，能够

47、对复杂的事件进行判断并给出合理的响应，通过智能语音和自然语言处理技术用户与元宇宙系统之间可以顺畅地沟通交流，同时世界上使用着不同语言的用户也可以在元宇宙的虚拟空间中无障碍地交流，通过 AI 技术加深了用户在元宇宙中交流时沉浸感，赋予用户更加真实的体验。人工智能技术还可以支撑元宇宙中海量内容的生产。元宇宙的虚拟空间需要大量场景和物体区填充。这些工作如果由人工完成不但费时费力而且内容重复度高，通过人工智能技术赋能内容生产，能够降低用户内容创作门槛，大幅提高内容创作效率，实现所想即所得。由AI 自动生产元宇宙的内容，不但能提升内容呈现的质量，还可以依据需要生成实时变化内容，带来实时生成、实时体验、实

48、时反馈的丰富内容体验。3.2.53.2.5 交互技术交互技术交互技术是元宇宙提供沉浸式体验的重要载体，是连接现实世界与元宇宙世界的重要接口。通过佩戴设备从多个维度感知用户状态信息，并捕捉用户的输入动作，全面连接参与者13的感官，实时地将虚拟空间信息以视觉、听觉和触觉等方式反馈给使用者。VR/AR 技术是目前元宇宙中主流的交互技术。VR 设备通过模拟虚拟空间的视觉、听觉等信号欺骗使用者的感官，让其让其产生身临其境的临场感。AR 技术则是以现实世界为基础叠加来自数字世界的图像等虚拟信息，从而实现对物理世界的增强。在触觉方面体感技术可通过设备震动、温度和压力准确模拟各类场景的触觉体验。随着交互技术的

49、不断发展人们在网络空间或虚拟现实结合的空间内的真实感和沉浸感也在不断增强。在未来当脑机接口等新一代交互技术开始应用时，虚拟和现实两个世界将巧妙地融合，人们在网络上沟通互动的方式也将彻底改变。3.2.63.2.6 虚拟空间技术虚拟空间技术开放虚拟空间是元宇宙的一个重要应用场景。以开放世界游戏为例，它通过游戏引擎、3D 建模、实时渲染等技术构筑起一个虚拟世界，在其中常常还存在虚拟的社会关系与经济系统。游戏可以被看做是元宇宙的“初级形态”，从游戏进化到元宇宙需要依托 AR/VR、云计算、区块链等底层技术的融合，同时电子游戏自身的技术进步也为元宇宙的发展奠定了基础。今天新一代的电子游戏技术支持更加方便

50、快捷的建造出更真实、更具有沉浸感的虚拟世界。虚拟几何体技术虚拟几何体技术支持直接导入精细到人眼分辨极限 3D 建模，同时在不损失画面质量的前提下对模型精度进行实时动态调整以节约资源；高性能物理系统高性能物理系统可以模拟物体间的相互作用，并带来更加真实水面、布料和毛发的质感；动态全局光照和反射技术动态全局光照和反射技术能够对场景和光照变化做对场景中的光照反射出实时反应，带来更加动态、真实地视觉体验。电子游戏技术的进步对元宇宙的影响不止体现在视觉层面上，比如，过去由于运算和读取速度的限制，许多游戏在两个场景之间常常会安排一个通道或楼梯来为后续场景加载争取时间。这就限制了元宇宙中场景的自由制作，而现