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(yùn)用這些模型來仿真模擬現(xiàn)實(shí)世界中從道路交通到自然災(zāi)害的各類城市壓力源。據(jù)聯(lián)合國(guó)預(yù)測(cè)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(gè)特大城市（城市地域的居民超過1000萬）。人類活動(dòng)的這種聚集呈現(xiàn)出嚴(yán)重影響運(yùn)輸、公用事業(yè)和通信系統(tǒng)的潛力。再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)，城市居民將面臨著極大規(guī)模的不確定性。
在城市人口激增的同時(shí)，傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備也在激增。到2025年，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）預(yù)期將拓展到將近420億個(gè)互聯(lián)設(shè)備，形成79兆字節(jié)以上的數(shù)據(jù)。（1ZB為1萬億GB。）如果進(jìn)行周密的應(yīng)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(yīng)對(duì)機(jī)制的優(yōu)先級(jí)。通過更清晰明了地可視化數(shù)據(jù)并將其與實(shí)際挑戰(zhàn)相對(duì)應(yīng)，我們可以塑造未來。
1、歡迎來到數(shù)字孿生（DT）時(shí)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。該工具使城市管理者可以模擬支持短期和長(zhǎng)期計(jì)劃與響應(yīng)的方案。通過整合有關(guān)現(xiàn)實(shí)世界對(duì)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(shí)處理的動(dòng)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(jì)數(shù)、車輛行駛等），城市規(guī)劃人員可以實(shí)時(shí)勾畫出城市的運(yùn)行情況。這種虛擬環(huán)境可以實(shí)時(shí)反映現(xiàn)實(shí)，并測(cè)試和預(yù)測(cè)分析潛在性的可能結(jié)果。
DT解決方案已在先進(jìn)制造業(yè)中運(yùn)用了將近20年，但如今僅在某些大小的城市級(jí)別上運(yùn)用。直至近期，在許多城市范疇內(nèi)壓根還沒有實(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)采集、優(yōu)化和分析，這需要海量的計(jì)算能力和帶寬。既然5G網(wǎng)絡(luò)正在全球各國(guó)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。
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(gè)新的水準(zhǔn)并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模邊緣計(jì)算，進(jìn)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)可以解決城市運(yùn)營(yíng)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(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(huì)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(shí)地處理、傳輸和分析海量數(shù)據(jù)。實(shí)際用例可以包含事前準(zhǔn)備，實(shí)時(shí)協(xié)作和對(duì)自然災(zāi)害的響應(yīng)以及優(yōu)化城市運(yùn)營(yíng)。
3、災(zāi)害應(yīng)對(duì)
災(zāi)難響應(yīng)全都在于了解當(dāng)前狀況，掌握未知因素以及清晰，迅速地進(jìn)行溝通?？紤]到錯(cuò)綜復(fù)雜的行政層級(jí)關(guān)系，醫(yī)療保健提供者和物流公司，應(yīng)對(duì)工作通常比起協(xié)調(diào)工作更像是爭(zhēng)奪戰(zhàn)。通過在颶風(fēng)等危險(xiǎn)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(yīng)策略。比如，模擬海浪和大風(fēng)對(duì)現(xiàn)有土地和基礎(chǔ)設(shè)施的影響可以幫助預(yù)測(cè)分析核心要素，比如電網(wǎng)強(qiáng)度、必要的疏散工作以及對(duì)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(shí)別可能的問題，明確行動(dòng)計(jì)劃的優(yōu)先級(jí)并潛在地避免生命損失。
DT也可以作為核心支持機(jī)制來繪制核心資產(chǎn)并在出現(xiàn)災(zāi)難性事件時(shí)實(shí)時(shí)跟蹤它們。由于已經(jīng)設(shè)計(jì)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(guān)者，并且可以更輕松地就運(yùn)輸食物、明確輸電線和挽救生命做出決策。
4、出行和運(yùn)輸
證明啟用5G的DT的價(jià)值并不會(huì)形成災(zāi)難。自動(dòng)駕駛汽車的興起為在無風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)字城市環(huán)境中測(cè)試這一新興技術(shù)提供了一個(gè)很好的場(chǎng)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(xué)習(xí)?？梢栽趲追昼妰?nèi)引入、實(shí)施和審核各類方案，而不會(huì)形成不利的人類影響。DT允許城市重新構(gòu)建出行夢(mèng)，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(yàn)新方法和新技術(shù)。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(shí)開始達(dá)到頂峰？比如，拼車的引入使許多城市領(lǐng)導(dǎo)人猝不及防，騎手的便捷有時(shí)候會(huì)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(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。借助于實(shí)時(shí)信息，送貨司機(jī)可以優(yōu)化路線并預(yù)測(cè)分析各類包裹送貨選項(xiàng)，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(jì)劃方案。
5、可持續(xù)的城市景觀
DT技術(shù)還可以加強(qiáng)人們對(duì)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(yù)測(cè)分析的交通流量和空氣質(zhì)量對(duì)城市街道設(shè)計(jì)進(jìn)行建模，城市可以優(yōu)化其模型并更精確地預(yù)測(cè)分析特定響應(yīng)的結(jié)果，比如封閉街道或降低速度限制，以及增加關(guān)鍵的綠色基礎(chǔ)設(shè)施（如電動(dòng)汽車充電站）。房地產(chǎn)開發(fā)商和設(shè)計(jì)師可以在規(guī)劃過程中使用DT，以幫助確認(rèn)如何提高能源效率。通過對(duì)建筑設(shè)計(jì)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(dòng)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可以支撐對(duì)經(jīng)濟(jì)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(duì)可持續(xù)性措施進(jìn)行建模。
6、DigitalTwins和5G的下一步是什么？
很明顯，DT可以在確認(rèn)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(duì)該功能強(qiáng)大工具的認(rèn)識(shí)。與此同時(shí)，尤為重要的是，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(jiǎn)化政策來支撐這項(xiàng)工作，以便于運(yùn)營(yíng)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(dá)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(yīng)用于城市挑戰(zhàn)，比如災(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，進(jìn)而在極大程度上幫助城市發(fā)展。可視化未來會(huì)限制基于過時(shí)信息或錯(cuò)誤假設(shè)進(jìn)行難忘投資的風(fēng)險(xiǎn)。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(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。
