數(shù)字雙胞胎，或稱為數(shù)字孿生(Digital twins，DT)是具有數(shù)據(jù)功能的城市模型，城市領(lǐng)導(dǎo)者可使用這些模型來模擬現(xiàn)實(shí)世界中從道路交通到自然災(zāi)害的各種城市壓力源。

據(jù)聯(lián)合國預(yù)測(https://www.un.org/development/desa/en/news/population/2018-world-urbanization-prospects.html)，到2050年，世界三分之二的人口將生活在城市地區(qū)，這將導(dǎo)致全球?qū)⒊霈F(xiàn)43個特大城市(城市地區(qū)的居民超過1000萬)。人類活動的這種集中呈現(xiàn)出嚴(yán)重影響運(yùn)輸、公用事業(yè)和通信系統(tǒng)的潛力。加上與氣候變化和全球大流行相關(guān)的迫在眉睫的挑戰(zhàn)，城市居民將面臨巨大規(guī)模的不確定性。

在城市人口激增的同時，傳感器和數(shù)據(jù)收集設(shè)備也在激增。到2025年，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)預(yù)計(https://www.idc.com/getdoc.jsp?containerId=prAP46737220)將擴(kuò)展到將近420億個互聯(lián)設(shè)備，生成79兆字節(jié)以上的數(shù)據(jù)。 (1 ZB為1萬億GB。)

如果進(jìn)行周密的應(yīng)用，這些大量的信息可以用來更好地理解、規(guī)劃和確定城市應(yīng)對機(jī)制的優(yōu)先級。通過更清晰地可視化數(shù)據(jù)并將其與實(shí)際挑戰(zhàn)相匹配，我們可以塑造未來。

歡迎來到數(shù)字孿生(DT)時代!

DT是城市中心及其復(fù)雜系統(tǒng)的數(shù)字圖片或3D可視化。該工具使城市領(lǐng)導(dǎo)者可以模擬支持短期和長期計劃與響應(yīng)的方案。通過整合有關(guān)現(xiàn)實(shí)世界對象(如建筑物、樹木、人行道)和基礎(chǔ)設(shè)施要素(如水管、下水道系統(tǒng)、連接管道)的數(shù)據(jù)，以及相關(guān)靜態(tài)數(shù)據(jù)(如許可法規(guī)、建筑法規(guī))和在處理時處理的動態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)收集(也稱為邊緣數(shù)據(jù)，如天氣狀況、行人交通計數(shù)、車輛行駛等)，城市規(guī)劃人員可以即時描繪出城市的運(yùn)行狀況。這種虛擬環(huán)境可以實(shí)時反映現(xiàn)實(shí)，并測試和預(yù)測潛在可能結(jié)果。

DT解決方案已在先進(jìn)制造業(yè)中使用了將近20年，但現(xiàn)在僅在某些大小的城市級別上使用。直到最近，在許多城市范圍內(nèi)根本還沒有實(shí)現(xiàn)所有這些功能所需的技術(shù)能力。這種先進(jìn)的數(shù)據(jù)可視化工具依賴于先進(jìn)的傳感器技術(shù)以及高水平的數(shù)據(jù)收集、優(yōu)化和分析，這需要大量的計算能力和帶寬。既然5G網(wǎng)絡(luò)正在全球各國各地的城市中推廣，我們最終應(yīng)該有能力實(shí)現(xiàn)DT解決方案的真正潛力。

5G助力DT

隨著下一代互聯(lián)網(wǎng)連接5G的普及，網(wǎng)絡(luò)速度和容量將迅速提高。 5G可以將IoT提升到一個新的水平并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模邊緣計算，從而使DT解決方案變得可行，這是智慧城市的基礎(chǔ)構(gòu)建塊，在這些城市中，互聯(lián)的技術(shù)和數(shù)據(jù)可以改善城市運(yùn)營并改善居民的生活質(zhì)量。

在5G之前的世界中，城市可以收集有關(guān)行人流量、車輛流量或水流量的數(shù)據(jù)，但是處理和傳輸會因網(wǎng)絡(luò)容量而變慢。由于5G的速度、帶寬和可支持的連接設(shè)備數(shù)量的顯著增加，因此可以近乎實(shí)時地處理、傳輸和分析大量數(shù)據(jù)。實(shí)際用例可以包括事前準(zhǔn)備，實(shí)時協(xié)作和對自然災(zāi)害的響應(yīng)以及優(yōu)化城市運(yùn)營。

災(zāi)害應(yīng)對

災(zāi)難響應(yīng)全都在于了解當(dāng)前情況，控制未知因素以及清晰，快速地進(jìn)行溝通。考慮到復(fù)雜的行政層級關(guān)系，醫(yī)療保健提供者和物流公司，應(yīng)對工作通常比起協(xié)調(diào)工作更像是爭奪戰(zhàn)。

通過在颶風(fēng)等危險事件發(fā)生之前創(chuàng)建虛擬副本，DT可以幫助減輕這種混亂并支持響應(yīng)策略。例如，模擬海浪和大風(fēng)對現(xiàn)有土地和基礎(chǔ)設(shè)施的影響可以幫助預(yù)測關(guān)鍵要素，例如電網(wǎng)強(qiáng)度、必要的疏散工作以及對建筑物的潛在破壞。匯總這些分析數(shù)據(jù)有助于領(lǐng)導(dǎo)者識別可能的問題，確定行動計劃的優(yōu)先級并潛在地防止生命損失。

DT也可以作為核心支持機(jī)制來繪制關(guān)鍵資產(chǎn)并在發(fā)生災(zāi)難性事件時實(shí)時跟蹤它們。由于已經(jīng)設(shè)計了框架，并且已經(jīng)合并了數(shù)據(jù)集，因此可以快速告知各種利益相關(guān)者，并且可以更輕松地就運(yùn)送食物、確定輸電線和挽救生命做出決策。

出行和運(yùn)輸

證明啟用5G的DT的價值并不會造成災(zāi)難。自動駕駛汽車的興起為在無風(fēng)險的數(shù)字城市環(huán)境中測試這一新興技術(shù)提供了一個極好的場景。虛擬環(huán)境比城市街道更適合于幫助規(guī)劃人員從快速變化的參數(shù)中學(xué)習(xí)。可以在幾分鐘內(nèi)引入、實(shí)施和審核各種方案，而不會造成不利的人類影響。

DT允許城市重新創(chuàng)建出行夢，并嘗試新方法來改善交通擁堵。想象一下，城市能夠避免由于建筑或天氣條件而導(dǎo)致的車道停車，或者使急救人員能夠快速安全地處理交通事故。

DT也有助于試驗新方法和新技術(shù)。還記得共享自行車和拼車公司之類的替代交通方式何時開始達(dá)到頂峰?例如，拼車的引入使許多城市領(lǐng)導(dǎo)人措手不及，騎手的便利有時會給駕駛員帶來極大的干擾。 DT可能揭示了潛在的情況并創(chuàng)建了更成功的實(shí)施方案。

預(yù)先考慮與停車、包裹遞送等相關(guān)的新進(jìn)展。借助實(shí)時信息，送貨司機(jī)可以優(yōu)化路線并預(yù)測各種包裹送貨選項，可以幫助物流公司模擬最佳和次優(yōu)方案。更好的信息將帶來更好的計劃。

可持續(xù)的城市景觀

DT技術(shù)還可以增進(jìn)人們對在特定城市地區(qū)投資，在哪里投資以及投資多少以減輕環(huán)境問題的普遍了解。通過使用預(yù)測的交通流量和空氣質(zhì)量對城市街道設(shè)計進(jìn)行建模，城市可以優(yōu)化其模型并更準(zhǔn)確地預(yù)測特定響應(yīng)的結(jié)果，例如封閉街道或降低速度限制，以及添加關(guān)鍵的綠色基礎(chǔ)設(shè)施(如電動汽車充電站)。

房地產(chǎn)開發(fā)商和設(shè)計師可以在規(guī)劃過程中使用DT，以幫助確定如何提高能源效率。通過對建筑設(shè)計元素(例如太陽能電池板或屋頂花園)或可持續(xù)建筑材料(例如自動調(diào)光玻璃或增加照明系統(tǒng)的照明系統(tǒng))進(jìn)行建模，DT可以支持對經(jīng)濟(jì)沒有不利影響的環(huán)保決策。在建立昂貴的系統(tǒng)之前，可以對可持續(xù)性措施進(jìn)行建模。

Digital Twins和5G的下一步是什么?

很明顯，DT可以在確定城市的下一步發(fā)展中發(fā)揮重要作用。通過共享信息、案例研究和早期成果，我們可以提高對該功能強(qiáng)大工具的認(rèn)識。

同時，至關(guān)重要的是，繼續(xù)構(gòu)建DT所依賴的5G基礎(chǔ)設(shè)施。市領(lǐng)導(dǎo)可以通過標(biāo)準(zhǔn)化許可流程和簡化政策來支持這項工作，以便運(yùn)營商可以清楚地知道如何投資和加速部署。

隨著全球城市化，越來越多的城市將達(dá)到需要新解決方案的能力。迫切需要并且將繼續(xù)需要收集數(shù)據(jù)，優(yōu)化其有用性并可視化如何將其應(yīng)用于城市挑戰(zhàn)，例如災(zāi)難響應(yīng)、交通運(yùn)輸和可持續(xù)性。

DT可以通過為社區(qū)領(lǐng)導(dǎo)人提供數(shù)據(jù)和分析手段來改善跨部門的決策和規(guī)劃，從而在很大程度上幫助城市發(fā)展。可視化未來會限制基于過時信息或錯誤假設(shè)進(jìn)行難忘投資的風(fēng)險。 最重要的是，它可以幫助提高人們想象人口行為和參與的效率和新方法，并防止災(zāi)難性破壞和生命損失。 因此，DT解決方案可以真正實(shí)現(xiàn)美好的未來。