دوقلوی دیجیتال در شهرهای هوشمند: ایجاد مدلی مجازی از شهر

قبل از اینکه مفهوم «دوقلوی دیجیتال» ایجاد و گسترده شود، سازمان‌هایی مانند ناسا و نیز برنامه‌ریزان شهری از CAD (Computer Aided Design) و نقشه‌های دیجیتال برای تحلیل شرایط و نیز تصمیم‌گیری‌ها خود براساس تجزیه و تحلیل‌های مکانی استفاده می‌کردند. اما با شروع رشد اینترنت اشیاء (IoT)، به دلایلی چون مقرون به صرفه بودن و سهولت استفاده، شاهد استقبال و محبوبیت دوقلوی دیجیتال در صنایع مختلف و نیز مدیریت شهرها هستیم. دوقلوی دیجیتال، باعث شده است تا مفهوم شهر هوشمند بیشتر مشهود شود. این فناوری در فرآیندهایی چون برنامه‌ریزی شهری تا بهینه‌سازی کاربری اراضی، کاربرد داشته و این قدرت را دارد که شهرها به روش مؤثرتری اداره کند. یکی از امکاناتی که دوقلوی دیجیتال فراهم می‌کند، امکان شبیه‌سازی برنامه‌ها، قبل از اجرای آنهاست که باعث می‌شود مشکلات و چالش‌های آنها قبل از عملیاتی شدن آشکار شود.

دو قلوی دیجیتالی چیست و چگونه کار می‌کند؟

به زبان ساده، دوقلوی دیجیتال، یک مدل مجازی از یک فرآیند، محصول یا خدمات است. در واقع، دوقلوی دیجیتال را پلی میان جهان واقعی و دیجیتال می‌دانند. جفت شدن بین دنیای مجازی و فیزیکی این امکان را فراهم می‌کند تا با استفاده از داده‌ها، نظارت بر سیستم صورت گرفته و از بروز مشکلات جلوگیری می‌کند. دوقلوی دیجیتال، فرصت‌های جدیدی را در صنایع فراهم کرده و می‌توان از آن برای برنامه‌ریزی آینده استفاده کرد. براساس اعلام نظرهای انجام شده، دوقلوی دیجیتال در حال تبدیل شدن به یک ضرورت تجاری است که کل چرخه عمر یک دارایی یا فرآیند را پوشش داده و پایه و اساس محصولات و خدمات متصل به اینترنت را تشکیل می‌دهد. شرکت‌هایی که نتوانند این فناوری را پیاده‌سازی نمایند، از سایر رقبا عقب می‌مانند.

اولین جزء در فناوری دوقلوی دیجیتال، سنسورها هستند که وظیفه جمع‌آوری داده‌های وضعیت زمان واقعی، وضعیت کار یا موقعیت را بر عهده داشته و به یک سیستم مبتنی بر ابر متصل است. سیستم مبتنی بر ابر، کلیه داده‌های سنسورها را جمع‌آوری و پردازش می‌کند و مدل مجازی از سیستم مورد استفاده از سنسورها، ایجاد می‌کند. در مدل مجازی ایجاد شده، داده‌ها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و باعث ایجاد درس‌آموخته‌هایی می‌شود که در مدل واقعی قابل استفاده است و به ایجاد تحول در کسب و کار منتهی می‌شود.

دوقلوهای دیجیتال به عنوان یک مغز متفکر قدرتمند در پیش‌برد نوآوری و عملکرد شناخته می‌شوند. این فناوری به صنایع کمک می‌کند تا درک بهتری از نیاز مشتریان خود داشته باشند و تجربه آنها را بهبود بخشند. همچنین، باعث توسعه محصولات، خدمات و عملیات صنایع شده و می‌تواند نوآوری را به همراه داشته باشد. پیش‌بینی شده است تا سال 2025، رشد بازار دوقلوی دیجیتال به 1/30 میلیارد دلار برسد.

دو قلوی دیجیتال شهری

در قلمرو شهرهای هوشمند، یک دو قلوی دیجیتال، مدلی مجازی از شهر است، یک کپی از دنیای واقعی. دو قلوی دیجیتالی به سرعت در حال تبدیل شدن به ابزاری ضروری برای تجسم بهتر از شهر در زمان واقعی با استفاده از منابع داده‌ای از ساختمان‌ها، زیرساخت‌های شهری، تأسیسات، مشاغل، جابه‌جایی افراد و وسایل نقلیه هستند.

اگر ما بتوانیم همه چیز را در یک مدل مجازی، قبل از اجرا، آزمایش کنیم، هم هزینه‌ها و هم احتمال شکست در دنیای واقعی را کاهش داده‌ایم. آزمایش و نمونه‌سازی می‌تواند مقاومت شهری را به طرز چشم‌گیری بهبود بخشد. با داشتن اطلاعات در زمان واقعی، از هر وضعیت اضطراری، برنامه‌ریزان شهری را قادر می‌سازد تا بتوانند منابع لازم را به آن اختصاص دهند. همچنین، برنامه‌ریزی عملیاتی و بهینه‌سازی ترافیک بهبود بخشیده می‌شود. یک مثال مناسب برای استفاده از دو قلوی دیجیتالی، استفاده از آن در سازمان آتش‌نشانی است. در صورت بروز آتش در یک منطقه شهری، آتش‌نشانان می‌توانند با استفاده از مدل‌های سه بعدی ایجاد شده توسط دو قلوی دیجیتال از محل آتش‌سوزی، تجمع ساکنان محل را شناسایی نموده و رفتارهای آتش را پیش‌بینی کنند. دو قلوی دیجیتال شهری، فراتر از استفاده از سنسور در محیط شهری است و می‌تواند به ذی‌نفعان مختلف، سرویس‌های مختلفی را ارائه دهد. با استفاده از دوقلوی دیجیتال، می‌توان کمبودها را شناسایی و محیط و خدمات را بهبود بخشید. لازمه پیاده‌سازی دو قلوی دیجیتال، داشتن سیاست‌های داده باز و توسعه API در بخش‌های مختلف شهری است تا هر کسی که مجوز لازم برای دسترسی را دارد، بتواند به برنامه‌های این سیستم دسترسی پیدا کرده و راه‌حل‌های لازم را ارائه نماید.

لایه‌های مختلف مؤثر در دو قلوی دیجیتال شهری

یک دو قلوی دیجیتال شهر هوشمند، به تعدادی لایه داده‌ای متکی است که به بر روی یکدیگر ایجاد می‌‎شوند و اطلاعات مربوط به زمین‌، ساختمان‌ها، زیرساخت‌ها، حمل و نقل و تجهیزات اینترنت اشیاء را به صورت لایه به لایه در می‌آورند. دو قلوی دیجیتال از داده‌های تولید شده در لایه‌های مختلف شهر هوشمند مجازی جهت شبیه‌سازی شهری استفاده می‌کند.

دو قلوی دیجیتال، شهرهای هوشمند را هوشمندتر می‌سازد

هوشمندی در شهرها به معنی استفاده از فناوری در حل چالش‌های شهری است. یکی از نکات مهم در هوشمندسازی شهرها، شناسایی دقیق این چالش‌ها است. در بحث هوشمندسازی شهرها، نمی‌توان یک روش هوشمندسازی را برای همه شهرها پیاده‌سازی نمود. اما آنچه مسلم است این نکته است که سیستم ترافیکی کارآمد و مدیریت ساختمان‌های شهری در مصرف انرژی یکی از مزایای اصلی در توسعه شهرهای هوشمند است.

همزمان با بلوغ فناوری‌هایی مانند اینترنت اشیا، هوش مصنوعی، واقعیت جازی و واقعیت افزوده، برنامه‌ریزان شهری می‌توانند نسخه‌های مجازی زیرساخت‌های شهری را برای پاسخ بهتر به نیازهای انرژی و تغییرات محیطی ساخته و از دوقلوی دیجیتال در مدیریت شهری استفاده نمایند. در حال حاضر، مدیران شهری از این فناوری برای برنامه‌ریزی سیستم‌های حمل و نقل، آمادگی برای مقابله با بحران‌ها و پایش و مدیریت شهری استفاده می‌کنند.

سرمایه‌گذاری در ایجاد دوقلوی دیجیتالی شهری در سرتاسر جهان در حال افزایش است و هر شهر بنا به نیاز خود به دنبال ایجاد نمونه مجازی از شهر است. به عنوان مثال، در ایالت آندرا پرادش (هند) هدف از ایجاد دوقلوی دیجیتال، کمک به مدیران شهری در ارائه مجوزهای ساخت و ساز است. این سیستم به مقامات محلی ایالت آندرا پرادش، این امکان را می‌دهد تا روند مجوزدهی را کنترل، پیشرفت ساخت و ساز را پایش و طراحی‌های صورت گرفته را ارزیابی کنند.

نمونه دیگر، سرمایه‌گذاری 73 میلیون دلاری سنگاپور در پروژه مجازی‌سازی این شهر است. یک مدل سه بعدی دیجیتال از شهر که می‌تواند به عنوان بستر آزمایش توسط سازمان‌های دولتی، مشاغل و محققان برای ساختن شهر با مقاومت بیشتر استفاده شود. این مدل دیجیتالی به شرکت‌های مخابراتی این امکان را می‌دهد تا مدل‌های مختلف استقرار شبکه‌های بی‌سیم را برای بهینه‌سازی پوشش شبکه آزمایش کنند و همچنین کمک می‌کند تا بهترین مکان‌ها را برای نصب صفحات خورشیدی شناسایی شود. برنامه‌ریزیان شهری از این مدل برای تحلیل رفتار شهروندان استفاده می‌کنند. مدیران شهری با استفاده از دو قلوی دیجیتال می‌توانند به طور مؤثر از داده در مدیریت شهری استفاده کنند، زندگی شهروندان را بهبود بخشید، فرصت‌های جدید اقتصادی ایجاد کرد و جامعه را احیا نمود.

شهرها باید در جستجوی نحوه استفاده از فناوری دوقلوی دیجیتال باشند تا جوامع خود را هوشمندتر، ایمن‌تر و کارآمدتر کنند. سرمایه‌گذاری در قابلیت‌های فنی به ویژه زیرساخت‌های هوشمند و سایر فناوری‌های شهر هوشمند، در دسترس بودن داده‌های لازم برای شهرها به منظور بهره‌مندی از فناوری دوقلوی دیجیتال را افزایش می‌دهد.

شکی نیست که شهرهایی که توانایی استفاده از این فناوری را دارند و از مزایای آن استفاده می‌کنند، رونق بیشتری نسبت به سایر شهرها دارند. جدا از موفقیت‌هایی که در زمینه فناوری حاصل می‌شود، از نظر محیطی، اقتصادی و اجتماعی نیز پایدارتر خواهند بود. در خصوص تفاوت این فناوری در مقایسه با روش‌های سنتی باید به این نکته اشاره کرد که با اینکه Computer Aided Design می‌تواند در طراحی شهری کمک کند، اما این دو قلوی دیجیتال است که می‌تواند ارتباطی بین محیط فیزیکی و مجازی فراهم کند و مدیران شهری را قادر می‌سازد تا بتوانند هر گونه مشکل احتمالی را پیش‌بینی کنند. مقایسه فناوری مجازی‌سازی با استفاده از نقشه‌های هوشمند و تجزیه و تحلیلی فضایی، نمونه بارزی از چگونگی بهتر بودن این فناوری نسبت به روش‌های سنتی است. هدف این نقشه‌ها، ایجاد تجسم، پردازش و تجزیه و تحلیل داده‌های چندگانه، بزرگ و پیچیده است.

این مفهوم، هنوز برای بسیاری از شهرها جدید است اما پیش‌بینی می‌شود طی 5 تا 10 آینده به جریان اصلی در شهرها تبدیل شود. برای کوتاه‌تر کردن این بازه زمانی، استفاده از تجربیات شهرهای دیگر و نیز مشاوره‌های لازم در زمینه شناسایی چالش‌های شهری جهت پیاده‌سازی دو قلوی دیجیتال لازم است.

همکاری در ایجاد دو قلوی دیجیتال

همانگونه که اشاره شد، دوقلوهای دیجیتال نمایشی دیجیتالی از یک دارایی، فرآیند یا سیستم فیزیکی است. تحقیقات ABI پیش‌بینی می‌کند تا سال 2025 بیش از 500 دوقلوی دیجیتال شهری مستقر شوند. این در حالی است که تعداد انگشت شماری از این فناوری در سال 2019 وجود داشته است.

در ایجاد دوقلوی دیجیتالی، همکاری بین سازمان‌ها و شرکت‌های مختلف امری اجتناب ناپذیر است. به عنوان نمونه، باید به همکاری شرکت مایکروسافت و Bentley Systems در ایجاد دوقلوی دیجیتال به منظور استفاده در برنامه‌ریزی شهری و تعامل با شهروندان اشاره کرد. در توافق انجام شده بین این دو شرکت، Azure IoT Digital Twins وAzure Maps مایکروسافت با پلتفرمiTwins Bentley Systems ترکیب شده و این امکان را برای مهندسان، طراحان و برنامه‌ریزان شهری ایجاد می‌کند که بتوانند با هزینه کمتر و اطمینان بیشتر، در خصوص مسائل شهری تصمیم‌گیری نمایند.

از سویی دیگر، شرکت Bentley Systems به دنبال ایجاد یک دوقلوی دیجیتال در مقیاس بزرگ در شهر دوبلین (در کشور ایرلند)، است. مدیر برنامه شهر هوشمند دوبلین اعلام کرده است که «همه‌گیری کرونا، باعث شد تا شهرها با سرعت بیشتری به سمت تحول دیجیتالی حرکت کنند. به همین دلیل این شهر با همکاری شرکت مایکروسافت و Bentley Systemsبه دنبال ایجاد محیط‌های مجازی تعاملی و دوقلوهای دیجیتال است تا با استفاده از آن بتواند ضمن حمایت از شهروندان، به توسعه پروژه‌ها و محله‌ها نیز کمک نماید». در این همکاری، هدف یافتن راه‌حل سازگار و مقیاس‌پذیر بر اساس راه‌حل‌های ارائه شده از سوی این دو شرکت است که استاندارد آینده برنامه‌ریزی و مشارکت عمومی در شهرها را تعیین می‌کند.

نمونه دیگر از همکاری در ایجاد دو قلوی دیجیتال، همکاری بین شهرهای مختلف در ایجاد نمونه مجازی از شهر است. به عنوان مثال، در جنوب شرقی آسیا، مجمعی شامل شهرهای سنگاپور، جاکارتا، اندونزی و شهر کاوایان فیلیپین برای ساخت شبکه‌ای آزمایشی از شهرهای هوشمند دوقلوی دیجیتالی است. هدف این است که شهرهای شرکت‌کننده از منابع و توانایی‌های مشترک خود برای همکاری در ارائه راه‌حل‌های مربوط به چالش‌های اساسی شهری استفاده کنند. در این همکاری، کاهش هزینه‌ها درنهایت فناوری دوقلوی دیجیتال را برای همه شهرها عملی می‌کند.

مراجع:

https://www.challenge.org/insights/digital-twins-and-smart-cities/

https://tomorrow.city/a/smarter-cities-are-born-with-digital-twins

https://www.planning.org/planning/2021/spring/smart-city-digital-twins-are-a-new-tool-for-scenario-planning/

https://www.govtech.com/smart-cities/digital-twin-technology-can-make-smart-cities-even-smarter.html

https://www.itu.int/en/myitu/News/2020/10/21/14/15/Digital-twin-cities-Microsoft-Bentley-Systems

1- این مطلب در شماره 222 هفته نامه شنبه منتشر شده است.