Проектирование умных городов. Информационное моделирование и цифровые двойники

Города – это сложная и динамичная среда, состоящая из систем с подсистемами и множеством услуг, от электричества и водоснабжения до обеспечения безопасности и общественного транспорта. С внедрением новых технологий по сбору, хранению и анализу данных, становится возможным улучшение качества жизни, городских услуг и устойчивости.

Развитие умных городов является сложным процессом, включающим множество различных систем, типов данных и наборов информации, а также взаимодействие между городскими системами и заинтересованными сторонами. Городское информационное моделирование (CIM) и цифровые двойники городов (UDT) – это два вида технологических практик, которые могут быть использованы для оказания помощи градостроителям в разработке умных городов, которые являются устойчивыми, безопасными и пригодными для жизни.

В целях лучшего понимания таких технологий и их потребности в стандартизации, IEC опубликовала новый отчет о технологиях «Городское информационное моделирование и цифровые двойники городов». Отчет был составлен по итогам конференции, совместно организованной Системным комитетом IEC SyC «Умные города – Электротехнические аспекты умных городов» и совместным техническим подкомитетом ISO/IEC JTC 1/SC 41 «Интернет вещей и цифровые двойники», которая состоялась 22 – 23 июня 2021 г.

Определение CIM и UDT

CIM (городское информационное моделирование) определяется как практика использования интерактивных цифровых технологий в рамках процесса городского планирования. Концепция CIM возникла как эволюция информационного моделирования зданий (BIM), в котором используют технологию для создания цифровой модели здания, что требует сбора, анализа и визуализации данных для принятия обоснованных решений.

UDT (цифровые двойники городов) объединяют 3D-модели городов с динамическими данными, собранными с помощью датчиков и геопространственных технологий, чтобы помочь лучше понять устройство городов. Такой подход основан на концепции правдоподобия для разработки статической структуры с динамическими свойствами. Несмотря на то, что истоки этой технологии следует искать в промышленности и машиностроении, впервые она была использована НАСА в 1960-х годах в качестве средства физического дублирования систем на уровне земли для соответствия системам в космосе.

Как CIM, так и UDT преследуют одинаковые цели по улучшению городского планирования и управления городом за счет использования данных и умных технологий, предоставляя решения для обработки данных, анализа, проектирования и моделирования.

CIM включает технологию для создания цифровой модели зданий и строительных работ, в то время как применение цифровых двойников обеспечивает точное представление сложных объектов и взаимодействие между ними. CIM фокусируется на городе в целом, а UDT – на преобразовании физической среды в виртуальную.

Тематические исследования: Нанкин (Китай) и Новый Южный Уэльс (Австралия)

Технологии CIM и UDT были использованы для улучшения городского ландшафта в Китае и Австралии.

Нанкин – инновационный умный город в Китае. В нем создали и продолжают расширять комплексную платформу CIM для более простого управления быстрым развитием города. Платформа объединяет различные источники информации, которые затем отображаются и анализируются на разных уровнях пространства и времени, в том числе внутри и снаружи зданий, а также над и под землей. Она в основном ориентирована на планирование и управление новыми постройками в городе, но также может получать информацию о потоке движения людей по городу практически в режиме реального времени.

В Новом Южном Уэльсе разрабатывается пространственный цифровой двойник для использования данных для привязки объектов и систем реального мира к определенным местоположениям, позволяя не только визуализировать данные, но и контекстуализировать их. Например, данные датчика качества воздуха могут быть связаны с тем фактором, что датчик расположен рядом с оживленной дорогой.

Австралийские эксперты уже применяют цифровые двойники в региональном проекте, который обладает потенциалом для создания цифровой инфраструктуры, необходимой для максимальной выгоды и устранения препятствий при разработке важной инфраструктурной программы.

Роль стандартов

CIM и UDT находятся на ранних стадиях внедрения, в связи с чем на данный момент возникают проблемы их будущего развития. Например, в отношении хранилищ данных, удобства пользования и пригодности приложений для заинтересованных сторон, а также совместимости и открытости. Поскольку модели, данные и программное обеспечение являются важными компонентами для CIM и UDT, необходимо также решить проблемы, связанные со сбором и управлением данными и общим безопасным доступом.

В данном случае важную роль играет стандартизация, способствующая обеспечению свободного циркулирования данных между различными системами, составляющими город. Совместимость между программными интерфейсами, контрольные показатели качества данных, облачные вычисления, защита конфиденциальности и безопасность данных – все это области, в которых международные стандарты содействуют развитию CIM и UDT.

ISO и IEC разработали несколько совместных стандартов. Это ISO/IEC 30182 «Понятийная модель умного города. Руководство по созданию модели для взаимодействия данных», который содержит рекомендации по созданию модели взаимодействия данных в умных городах, и ISO/IEC 19941 «Информационные технологии. Облачные вычисления. Интероперабельность и переносимость» по взаимодействию и переносимости для облачных вычислений.

В настоящее время системный комитет IEC находится в процессе сбора данных и анализа сценариев использования для определения требований стандартов по информационному моделированию городов (IEC SRD 63273).

В опубликованном отчете IEC содержится обзор областей, в которых необходимы дальнейшие работы по стандартизации, а также рекомендуется уделить приоритетное внимание следующим видам деятельности:

– разработка интегрированной эталонной архитектуры для CIM и UDT;

– обеспечение взаимодействия различных типов городских данных, необходимых для CIM и UDT;

– сбор всех сценариев использования для различных приложений CIM/UDT с целью определения требований к стандартизации;

– разработка стандартов на платформы CIM и UDT, определяющие их функции, интерфейсы и сервисы.

Для разработки эффективных стандартов для CIM и UDT важную роль играет сотрудничество с другими организациями в области стандартизации. Каждая организация обладает своим определенным опытом, поэтому лучшие решения будут приняты при совместной работе. Конференция по CIM/UDT стала началом диалога по данному вопросу, отправной точкой для дальнейших действий.

iec.ch