數(shù)字雙胞胎，或稱為數(shù)字孿生（Digitaltwins，DT）是具備數(shù)據(jù)功能的城市模型，城市管理者可運用這些模型來仿真模擬現(xiàn)實世界中從道路交通到自然災害的各類城市壓力源。據(jù)聯(lián)合國預測分析，到2050年，全球三分之二的人口將生活在城市地域，這將致使全球?qū)⒊霈F(xiàn)43個特大城市（城市地域的居民超過1000萬）。人類活動的這種聚集呈現(xiàn)出嚴重影響運輸、公用事業(yè)和通信系統(tǒng)的潛力。再加上與氣候變化和全球大流行相關的迫在眉睫的挑戰(zhàn)，城市居民將面臨著極大規(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)采集設備也在激增。到2025年，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）預期將拓展到將近420億個互聯(lián)設備，形成79兆字節(jié)以上的數(shù)據(jù)。（1ZB為1萬億GB。）如果進行周密的應用，這些海量的信息可以用于更好的理解、規(guī)劃和確定城市應對機制的優(yōu)先級。通過更清晰明了地可視化數(shù)據(jù)并將其與實際挑戰(zhàn)相對應，我們可以塑造未來。
1、歡迎來到數(shù)字孿生（DT）時代！
DT是城市中心及其復雜系統(tǒng)的數(shù)字圖片或3D可視化。該工具使城市管理者可以模擬支持短期和長期計劃與響應的方案。通過整合有關現(xiàn)實世界對象（如建筑物、樹木、人行道）和基礎設施要素（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)采集（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)劃人員可以實時勾畫出城市的運行情況。這種虛擬環(huán)境可以實時反映現(xiàn)實，并測試和預測分析潛在性的可能結(jié)果。
DT解決方案已在先進制造業(yè)中運用了將近20年，但如今僅在某些大小的城市級別上運用。直至近期，在許多城市范疇內(nèi)壓根還沒有實現(xiàn)所有這些功能所需的技術能力。這種先進的數(shù)據(jù)可視化工具依賴于先進的傳感器技術以及高水平的數(shù)據(jù)采集、優(yōu)化和分析，這需要海量的計算能力和帶寬。既然5G網(wǎng)絡正在全球各國各地的城市中推廣，我們最終應該有能力實現(xiàn)DT解決方案的真正潛力。
2、5G助力DT
伴隨著新一代互聯(lián)網(wǎng)連接5G的普及，網(wǎng)速和容量將迅速提升。5G可以將IoT提升到一個新的水準并實現(xiàn)大規(guī)模邊緣計算，進而使DT解決方案變得可行，這是智慧城市的基礎構(gòu)建塊，在這些城市中，互聯(lián)的技術和數(shù)據(jù)可以解決城市運營并解決居民的生活品質(zhì)。在5G之前的世界中，城市可以采集有關行人流量、車輛流量或水流量的數(shù)據(jù)，但是處理和傳輸會因網(wǎng)絡容量而變慢。由于5G的速度、帶寬和可支持的連接設備數(shù)量的顯著增加，因此可以近乎實時地處理、傳輸和分析海量數(shù)據(jù)。實際用例可以包含事前準備，實時協(xié)作和對自然災害的響應以及優(yōu)化城市運營。
3、災害應對
災難響應全都在于了解當前狀況，掌握未知因素以及清晰，迅速地進行溝通。考慮到錯綜復雜的行政層級關系，醫(yī)療保健提供者和物流公司，應對工作通常比起協(xié)調(diào)工作更像是爭奪戰(zhàn)。通過在颶風等危險事件出現(xiàn)之前構(gòu)建虛擬副本，DT可以幫助緩解這種混亂并支持響應策略。比如，模擬海浪和大風對現(xiàn)有土地和基礎設施的影響可以幫助預測分析核心要素，比如電網(wǎng)強度、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)有助于領導者識別可能的問題，明確行動計劃的優(yōu)先級并潛在地避免生命損失。
DT也可以作為核心支持機制來繪制核心資產(chǎn)并在出現(xiàn)災難性事件時實時跟蹤它們。由于已經(jīng)設計了框架，并且已經(jīng)合并了數(shù)據(jù)集，因此可以迅速通知各類利益相關者，并且可以更輕松地就運輸食物、明確輸電線和挽救生命做出決策。
4、出行和運輸
證明啟用5G的DT的價值并不會形成災難。自動駕駛汽車的興起為在無風險的數(shù)字城市環(huán)境中測試這一新興技術提供了一個很好的場景。虛擬環(huán)境比城市街道更適用于幫助規(guī)劃人員從迅速變化的參數(shù)中學習?？梢栽趲追昼妰?nèi)引入、實施和審核各類方案，而不會形成不利的人類影響。DT允許城市重新構(gòu)建出行夢，并嘗試新的辦法來解決交通擁擠。想象一下，城市可以避免由于建筑或天氣條件而造成的車道停車，或者使急救人員可以迅速安全地處理交通事故。
DT也有利于檢驗新方法和新技術。是否還記得共享單車和拼車公司之類的替換交通方式何時開始達到頂峰？比如，拼車的引入使許多城市領導人猝不及防，騎手的便捷有時候會給駕駛者帶來極大的干擾。DT可能揭示了潛在性的情況并構(gòu)建了更成功的實施方案。預先考慮與停車、包裹遞送等相關的新進展。借助于實時信息，送貨司機可以優(yōu)化路線并預測分析各類包裹送貨選項，可以幫助物流公司仿真模擬最佳和次優(yōu)方案。更好的信息將帶來更好的計劃方案。
5、可持續(xù)的城市景觀
DT技術還可以加強人們對在特定城市區(qū)域投資，在哪投資以及投資多少以緩解環(huán)境問題的普遍了解。通過使用預測分析的交通流量和空氣質(zhì)量對城市街道設計進行建模，城市可以優(yōu)化其模型并更精確地預測分析特定響應的結(jié)果，比如封閉街道或降低速度限制，以及增加關鍵的綠色基礎設施（如電動汽車充電站）。房地產(chǎn)開發(fā)商和設計師可以在規(guī)劃過程中使用DT，以幫助確認如何提高能源效率。通過對建筑設計元素（比如太陽能電池板或屋頂花園）或可持續(xù)建筑材料（比如自動調(diào)光玻璃或增加照明系統(tǒng)的照明系統(tǒng)）進行建模，DT可以支撐對經(jīng)濟沒有不利影響的環(huán)保決策。在構(gòu)建昂貴的系統(tǒng)之前，可以對可持續(xù)性措施進行建模。
6、DigitalTwins和5G的下一步是什么？
很明顯，DT可以在確認城市的下一步發(fā)展中發(fā)揮出重要作用。通過共享信息、案例研究和早期成果，我們可以提升對該功能強大工具的認識。與此同時，尤為重要的是，繼續(xù)構(gòu)建DT所依賴的5G基礎設施。市領導可以通過標準化許可流程和簡化政策來支撐這項工作，以便于運營商可以清晰地知道如何投資和加速部署。
伴隨著全球城市化，愈來愈多的城市將達到需要新解決方案的能力。迫切需要并且將繼續(xù)需要采集數(shù)據(jù)，優(yōu)化其有用性并可視化如何將其應用于城市挑戰(zhàn)，比如災難響應、交通運輸和可持續(xù)性。DT可以通過為社區(qū)領導人提供數(shù)據(jù)和分析手段來改善跨部門的決策和規(guī)劃，進而在極大程度上幫助城市發(fā)展?？梢暬磥頃拗苹谶^時信息或錯誤假設進行難忘投資的風險。最重要的是，它可以幫助提升人們想象人口行為和參與的效率和新方法，并避免災難性破壞和生命損失。因此，DT解決方案可以真正實現(xiàn)美好的未來。
