В мире наблюдается стремительный рост урбанизации. По прогнозам Организации Объединённых Наций, к 2050 году доля городского населения в общей численности населения планеты увеличится почти до 70 %, что неизбежно окажет значительное давление на городскую инфраструктуру.
В условиях сложившейся реальности правительства по всему миру обращаются к технологии цифрового двойника с целью переосмысления и трансформации городов будущего в «умные города», способные обеспечивать устойчивые и экологически безопасные условия жизни для своих жителей.
«Цифровой двойник представляет собой технологическую концепцию, основанную на интеграции различных секторов в единую цифровую систему, обеспечивающую сбор, обмен и анализ разнородных данных в режиме реального времени», - поясняет Алханнаш Ахмад старший преподаватель кафедры бизнес-информатики Финансового университета при Правительстве Российской Федерации.
Опыт Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) в рамках миссии «Аполлон-13» считается одним из ранних прообразов концепции цифрового двойника. Взрыв кислородных баков на борту космического корабля, запущенного в апреле 1970 года, едва не привёл к катастрофе. Однако наличие функционального аналога космического аппарата на наземной станции позволило инженерам тестировать возможные сценарии и находить оптимальные решения на расстоянии более 300 000 километров.
Несмотря на то что данная модель не являлась цифровой в современном понимании, именно она заложила основу идеи создания высокоточной цифровой модели физического объекта для диагностики неисправностей и поддержки процессов ремонта.
Чёткое теоретическое определение данная концепция получила лишь в отчёте «Дорожная карта» 2010 года, подготовленном исследователем НАСА Джоном Викерсом, где был использован термин «цифровой двойник». Впервые данная концепция была представлена в 2002 году американским учёным Майклом Грейвсом.
Как отмечает Брозгунова Надежда Петровна, к.э.н., доцент кафедры бизнес-информатики Финансового университета при Правительстве Российской Федерации, современные технологические возможности позволяют создавать цифровые двойники практически любых физических объектов, сервисов или систем. Цифровые двойники могут быть разработаны для отдельных устройств, транспортных средств, промышленных предприятий, организаций, городов, государственных структур, а также для отдельных людей и даже человеческих органов.
Объединённые Арабские Эмираты представили проект «Цифровой двойник Абу-Даби» в рамках выставки GITEX 2022. Данный проект стал значительным шагом вперёд в области поддержки и оптимизации процессов принятия управленческих решений с использованием технологий дополненной реальности (AR).
Реализация проекта соответствует стратегии эмирата по развитию географических и цифровых информационных систем с применением передовых технологий, включая аэрофотосъёмку, лазерное сканирование LiDAR и цифровые игровые движки. Эти технологии поддерживают принципы концепции «умных городов» и направлены на внедрение решений дополненной реальности и элементов метавселенной в соответствии с международными стандартами.
Проект, являющийся первым в своём роде в Абу-Даби, ориентирован на формирование всестороннего и детализированного цифрового представления эмирата. Он включает визуализацию внешнего облика зданий и сооружений, а также детализированные модели интерьеров, отражающие архитектурные и культурные особенности региона. Дополнительно проект поддерживает функции внутренней навигации внутри зданий, предоставляя подробные планировки, что способствует развитию рынка недвижимости, повышению эффективности реагирования на чрезвычайные ситуации и совершенствованию процессов территориального планирования и управления.
Создаваемая виртуальная среда предназначена для имитации реальных событий и пространств. Особое внимание уделяется включению секторов образования и здравоохранения с целью преодоления ограничений, связанных с фактором времени и физического пространства. Технология цифровых двойников является ключевым элементом данного проекта, обеспечивая комплексную цифровую трансформацию беспроводных сетей и повышая экономическую эффективность, гибкость и качество пользовательского опыта в среде метавселенной.
Умные города, построенные на основе цифровых двойников, обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с традиционными городскими моделями. Прежде всего, они обеспечивают более высокий уровень стратегического и оперативного планирования за счёт использования комплексных цифровых моделей городской инфраструктуры, включая дорожные сети, мосты, системы освещения, здания и инженерные сооружения.
Размещение датчиков на различных уровнях — в воздушной среде, на поверхности земли, в подземных коммуникациях и водных объектах — позволяет осуществлять непрерывный мониторинг функционирования города. Получаемые данные формируют динамическую цифровую карту, отражающую реальное состояние городской среды в информационном измерении.
Дополнительным преимуществом является возможность анализа городской активности в виртуальной среде. Перемещения людей, логистические потоки и движение транспортных средств, зафиксированные в физическом пространстве, могут быть детально исследованы в цифровом аналоге города.
Наиболее значимым аспектом является способность цифровых двойников моделировать чрезвычайные ситуации, риски и катастрофы, что существенно повышает эффективность реагирования на кризисы и минимизирует потенциальный ущерб. Использование цифровых двойников для моделирования городской инфраструктуры позволяет органам управления разрабатывать сценарные симуляции, служащие ориентиром для долгосрочного развития.
В результате города получают возможность осуществлять дистанционный мониторинг в режиме реального времени, принимать более обоснованные управленческие решения и формировать более устойчивую, эффективную и ориентированную на человека городскую среду. Кроме того, умные города, основанные на цифровых двойниках, создают предпосылки для экономической трансформации, интеллектуального управления и развития цифровых государственных услуг, способствуя скоординированному развитию человеческого потенциала.
Для реализации данной модели требуется формирование комплексной пространственной информационной инфраструктуры, обеспечивающей эффективное и экономически целесообразное использование широкого спектра приложений для умных городов.