Когда вы в последний раз посещали общественные консультации по развитию нового кондоминиума в вашем районе?
Хотя не все могут быть заинтересованы в гражданских делах, факт заключается в том, что они влияют на многие аспекты домашней жизни и поездок на работу. Новое здание может закрыть вид на тех, кто живет там уже 20 лет.
Автобусные остановки, которые были удобно близко, можно было переместить. Меньше парковочных мест может быть доступно, когда больше людей переедет в этот район. Список можно продолжать. Градостроительство пытается оптимизировать все заинтересованные стороны: застройщиков, горожан, администрацию дорог, школ, медицинских учреждений,Управление отходами и т.д. Цифровые решения могут преодолеть разрыв между обычными гражданами, которые могут не иметь времени или возможности присутствовать на общественных консультациях.
ЦИФРОВОЙ БЛИЗНЕЦ: ПРЕДЫСТОРИЯ
Несмотря на то, что концепция цифрового близнеца существует с 2002 года , она была официально оформлена только в 2017 году [1], став экономически эффективной для реализации только благодаря Интернету вещей (IoT). Центральными элементами концепции цифрового близнеца являются (i) физические объекты, представляющие реальное пространство, (ii) виртуальные объекты, характеризующие виртуальное пространство, и (iii) связь для потока данных между этими двумя областями.
Проще говоря, Цифровой Близнец (digital twin) – это виртуальная модель процесса, продукта, услуги или даже системы, и что более важно, это мост между физическим и цифровым мирами. Это сочетание виртуального и физического миров позволяет нам анализировать данные, контролировать системы и управлять сетями, прогнозировать проблемы, предотвращать их возникновение, а также предотвращать простои систем, а также разрабатывать новые возможности с помощью моделирования. Например, при проектировании машин для связанного мира традиционных инструментов может оказаться недостаточно. Здесь Digital Twin прокладывает путь к новым реалиям будущих приложений и систем.
Подводя итог, можно сказать, что виртуальная среда открывает возможности для физического мира.
ТЕХНОЛОГИИ, ПОЗВОЛЯЮЩИЕ СОЗДАВАТЬ ЦИФРОВЫХ БЛИЗНЕЦОВ В УМНЫХ ГОРОДАХ
Цифровые близнецы создаются и управляются различными технологиями, которые собирают, вычисляют, обрабатывают и визуализируют данные. Среди этого разнообразия технологий, в этом блоге мы представляем только набор реализованных, которые позволяют цифровым Близнецам реализовать свой истинный потенциал.
Мобильная сеть 5-го поколения (5G) позволяет нам подключать практически все и вся, включая машины, объекты, устройства и т. д., со сверхвысокими скоростями, низкой задержкой и возможностью поддержки устройств высокой плотности. 5G становится необходимым цифровым двойным ускорителем, поскольку непрерывный поток данных в реальном времени между физическими и виртуальными объектами имеет решающее значение для цифровых близнецов. В таких сценариях распределенная обработка на границе облака становится критической.
Интернет вещей (IoT) представляет собой сеть физических объектов (вещей). IoT является одним из столпов цифровых близнецов, поскольку датчики и платформы постоянно собирают и организуют наборы данных из физических активов.
Пограничные вычисления относятся к парадигме распределенных вычислений, которая приближает вычисления и данные к конечному пользователю. Эта распределенная обработка на краю становится первостепенной в сценариях цифровых близнецов. Edge Computing обеспечивает поток данных в реальном времени, когда цифровые близнецы применяются для оптимизации процессов, скорости и точности.
Цифровые платформы облегчают обмен данными между несколькими объектами в системе. Таким образом, цифровой близнец умного города становится городской платформой для разработки приложений. В свою очередь, города могут получить представление о том, чего не хватает в каждой общине, и улучшить окружающую среду и услуги.
Искусственный интеллект (ИИ) и большие данные (БД) дополняют друг друга, а также являются цифровыми Близнецами. Чем больше у нас данных, тем лучше становится искусственный интеллект. С другой стороны, BD просто бесполезен без программного обеспечения для его анализа. Эти технологии поддерживают принятие решений городскими операторами и позволяют им автоматизировать оперативные задачи.
Технологии визуализации, такие как технологии расширенной реальности (XR), включая технологии дополненной, виртуальной и смешанной реальности (AR/VR/MR), могут вывести цифровых близнецов на новый уровень, повышая их производительность, эффективность и точность и главным образом влияя на операции, обучение, проектирование и моделирование.
ЦИФРОВЫЕ БЛИЗНЕЦЫ В КОНТЕКСТЕ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ
С точки зрения умного города, цифровой близнец представляет собой копию физического мира, а именно виртуальную модель города. Они быстро становятся незаменимыми инструментами для визуализации пульсаций города в режиме реального времени с использованием многоуровневых источников данных о зданиях и сооружениях, городской инфраструктуре и системах, коммунальных службах и услугах, предприятиях и учреждениях и даже движении людей и интеллектуальных объектов.
Городские районы состоят из множества заинтересованных сторон: государственных дорог, тротуаров и парков, общественного транспорта, компаний, управляющих водоснабжением, канализацией, газовыми трубами, линиями электропередач, а также частных односемейных домов, жилых зданий и офисных зданий. Физически окружающая среда постоянно меняется из-за людей, диких животных, транспортных средств, погоды и загрязнения окружающей среды. Как цифровой близнец, обмены между заинтересованными сторонами и существующей инфраструктурой могут быть смоделированы, чтобы помочь в понимании этой сложной системы. Цифровые карты могут быть использованы в качестве средства коммуникации между всеми сторонами. В настоящее время ГИС (геоинформационные системы) предоставляет инструменты для построения интерактивных карт в режиме онлайн. Представление области в реальном мире может быть улучшено с помощью дополнительных изображений, анимации, видео и ссылок. Этот опыт может быть дополнительно улучшен в 3D-картах Дополнительное измерение высоты, пропорций и внешнего вида зданий позволяет лучше визуализировать местность. Это может быть полезно, чтобы помочь вспомнить, как выглядит район, какие высокие здания потенциально препятствуют солнечному свету или спутниковому сигналу, и увидеть, как потенциальный проект выглядит по отношению к остальной части района.
Цифровой близнец Умного города может быть использован в качестве инструмента для представления и вовлечения всех заинтересованных сторон в проект. Цифровые 2D или 3D карты также могут иметь инструменты, которые включают обратную связь через разделы комментариев, опросы и инструменты для демаркации области для справки. С помощью цифровых двойников людям не нужно физически присутствовать на публичных слушаниях, и они могут получить доступ к ним в любое удобное для них время. Еще одно преимущество заключается в том, что цифровой Близнец может быть обновлен в любой момент, поэтому последние изменения всегда могут быть отображены. Заинтересованные стороны также могут быть уведомлены об обновлениях или важных событиях по электронной почте.
ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ ЦИФРОВЫХ БЛИЗНЕЦОВ В УМНЫХ ГОРОДАХ
Digital Twin работает параллельно с рядом технологий, которые провоцируют, в то же время, общие проблемы. Проблемы, связанные с IoT, пограничными вычислениями, аналитикой данных и т. д., заключаются в следующем: данные, конфиденциальность, безопасность, доверие и ожидания. В этих областях все еще существуют проблемы, связанные с ИТ-инфраструктурой и бесшовным подключением.
Другая проблема заключается в том, что создание и поддержание цифрового близнеца требует больших инвестиций, и хотя кажется, что это должно быть сделано местными и региональными правительствами, факт заключается в том, что эти учреждения часто испытывают нехватку денежных средств. Получение данных также может быть сложной задачей, поскольку некоторые карты создаются и принадлежат частным инвесторам и недоступны для общественности. Поэтому некоторые исследователи [2] считают, что цифровой Близнец должен быть питаем людьми с помощью наборов данных открытого доступа и программного обеспечения с открытым исходным кодом. Openstreetmap [3] это отличный пример предоставляемых Пользователем географических объектов и деталей. Данные краудсорсинга от общественности также были использованы для помощи в создании внутренних карт [4], а также в попытке смоделировать 3D-здания только с помощью смартфонов. Эти решения могли бы помочь минимизировать затраты, хотя эти научные разработки находятся на ранних стадиях.
Однако мы подчеркиваем, что существуют проблемы, которые в первую очередь связаны с цифровыми Близнецами. Среди них мы выделяем наиболее важные проблемы, а именно стандартизацию, администрирование и сотрудничество. Первая отражает глобальную проблему. Аспекты стандартизации особенно важны, когда цифровой инструмент должен масштабироваться по городам в разных странах. Последний, напротив, связан с местным уровнем. В этом случае для эффективной работы цифрового городского Близнеца жизненно важны инструменты государственного управления, сотрудничества и сотворчества.
Рекомендации
[1] Grieves, M., & Vickers, J. (2017). Цифровой близнец: смягчение непредсказуемого, нежелательного эмерджентного поведения в сложных системах. В трансдисциплинарных взглядах на сложные системы (стр. 85-113). Спрингер, Чам.
[2] Dembski, F., Wössner, U., Letzgus, M., et al. (2020) Urban Digital Twins for Smart Cities and Citizens: Пример из Херренберга, Германия. Устойчивое развитие 2020, 12, 2307;
[3] OpenStreetMap® – это открытые данные, лицензированные Open Data Commons Open Database License (ODbL) ФондомOpenStreetMap Foundation (OSMF). https://www.openstreetmap.org/
[4] Lines, T. and Basiri, A. (2019) моделирование и моделирование ослабления сигнала беспроводной локальной сети для внутреннего позиционирования. In: GeoSim ’19: Proceedings of the 2nd ACM SIGSPATIAL International Workshop on GeoSpatial Simulation, Chicago, IL, USA, 05 Nov 2019, PP.9-15. ISBN 9781450369565 (doi:10.1145/3356470.3365527)
Сильвия Хольцер и Ольга Чухно
Источник:
https://projects.tuni.fi/a-wear/news/digital-twin-concept-in-urban-scenarios-smart-cities/
