數(shù)字雙胞胎，或稱為數(shù)字孿生(Digital twins，DT)是具有數(shù)據(jù)功能的城市模型，城市領(lǐng)導(dǎo)者可使用這些模型來模擬現(xiàn)實世界中從道路交通到自然災(zāi)害的各種城市壓力源。

據(jù)聯(lián)合國預(yù)測(https://www.un.org/development/desa/en/news/population/2018-world-urbanization-prospects.html)，到2050年，世界三分之二的人口將生活在城市地區(qū)，這將導(dǎo)致全球?qū)⒊霈F(xiàn)43個特大城市(城市地區(qū)的居民超過1000萬)。人類活動的這種集中呈現(xiàn)出嚴重影響運輸、公用事業(yè)和通信系統(tǒng)的潛力。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)，城市居民將面臨巨大規(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)收集設(shè)備也在激增。到2025年，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)預(yù)計(https://www.idc.com/getdoc.jsp?containerId=prAP46737220)將擴展到將近420億個互聯(lián)設(shè)備，生成79兆字節(jié)以上的數(shù)據(jù)。 (1 ZB為1萬億GB。)

如果進行周密的應(yīng)用，這些大量的信息可以用來更好地理解、規(guī)劃和確定城市應(yīng)對機制的優(yōu)先級。通過更清晰地可視化數(shù)據(jù)并將其與實際挑戰(zhàn)相匹配，我們可以塑造未來。

歡迎來到數(shù)字孿生(DT)時代!

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。該工具使城市領(lǐng)導(dǎo)者可以模擬支持短期和長期計劃與響應(yīng)的方案。通過整合有關(guān)現(xiàn)實世界對象(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))和在處理時處理的動態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)收集(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)劃人員可以即時描繪出城市的運行狀況。這種虛擬環(huán)境可以實時反映現(xiàn)實，并測試和預(yù)測潛在可能結(jié)果。

DT解決方案已在先進制造業(yè)中使用了將近20年，但現(xiàn)在僅在某些大小的城市級別上使用。直到最近，在許多城市范圍內(nèi)根本還沒有實現(xiàn)所有這些功能所需的技術(shù)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(shù)以及高水平的數(shù)據(jù)收集、優(yōu)化和分析，這需要大量的計算能力和帶寬。既然5G網(wǎng)絡(luò)正在全球各國各地的城市中推廣，我們最終應(yīng)該有能力實現(xiàn)DT解決方案的真正潛力。

5G助力DT

隨著下一代互聯(lián)網(wǎng)連接5G的普及，網(wǎng)絡(luò)速度和容量將迅速提高。 5G可以將IoT提升到一個新的水平并實現(xiàn)大規(guī)模邊緣計算，從而使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)可以改善城市運營并改善居民的生活質(zhì)量。

在5G之前的世界中，城市可以收集有關(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，因此可以近乎實時地處理、傳輸和分析大量數(shù)據(jù)。實際用例可以包括事前準備，實時協(xié)作和對自然災(zāi)害的響應(yīng)以及優(yōu)化城市運營。

災(zāi)害應(yīng)對

災(zāi)難響應(yīng)全都在于了解當(dāng)前情況，控制未知因素以及清晰，快速地進行溝通。考慮到復(fù)雜的行政層級關(guān)系，醫(yī)療保健提供者和物流公司，應(yīng)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(fēng)等危險事件發(fā)生之前創(chuàng)建虛擬副本，DT可以幫助減輕這種混亂并支持響應(yīng)策略。例如，模擬海浪和大風(fēng)對現(xiàn)有土地和基礎(chǔ)設(shè)施的影響可以幫助預(yù)測關(guān)鍵要素，例如電網(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(lǐng)導(dǎo)者識別可能的問題，確定行動計劃的優(yōu)先級并潛在地防止生命損失。

DT也可以作為核心支持機制來繪制關(guān)鍵資產(chǎn)并在發(fā)生災(zāi)難性事件時實時跟蹤它們。由于已經(jīng)設(shè)計了框架，并且已經(jīng)合并了數(shù)據(jù)集，因此可以快速告知各種利益相關(guān)者，并且可以更輕松地就運送食物、確定輸電線和挽救生命做出決策。

出行和運輸

證明啟用5G的DT的價值并不會造成災(zāi)難。自動駕駛汽車的興起為在無風(fēng)險的數(shù)字城市環(huán)境中測試這一新興技術(shù)提供了一個極好的場景。虛擬環(huán)境比城市街道更適合于幫助規(guī)劃人員從快速變化的參數(shù)中學(xué)習(xí)。可以在幾分鐘內(nèi)引入、實施和審核各種方案，而不會造成不利的人類影響。

DT允許城市重新創(chuàng)建出行夢，并嘗試新方法來改善交通擁堵。想象一下，城市能夠避免由于建筑或天氣條件而導(dǎo)致的車道停車，或者使急救人員能夠快速安全地處理交通事故。

DT也有助于試驗新方法和新技術(shù)。還記得共享自行車和拼車公司之類的替代交通方式何時開始達到頂峰?例如，拼車的引入使許多城市領(lǐng)導(dǎo)人措手不及，騎手的便利有時會給駕駛員帶來極大的干擾。 DT可能揭示了潛在的情況并創(chuàng)建了更成功的實施方案。

預(yù)先考慮與停車、包裹遞送等相關(guān)的新進展。借助實時信息，送貨司機可以優(yōu)化路線并預(yù)測各種包裹送貨選項，可以幫助物流公司模擬最佳和次優(yōu)方案。更好的信息將帶來更好的計劃。

可持續(xù)的城市景觀

DT技術(shù)還可以增進人們對在特定城市地區(qū)投資，在哪里投資以及投資多少以減輕環(huán)境問題的普遍了解。通過使用預(yù)測的交通流量和空氣質(zhì)量對城市街道設(shè)計進行建模，城市可以優(yōu)化其模型并更準確地預(yù)測特定響應(yīng)的結(jié)果，例如封閉街道或降低速度限制，以及添加關(guān)鍵的綠色基礎(chǔ)設(shè)施(如電動汽車充電站)。

房地產(chǎn)開發(fā)商和設(shè)計師可以在規(guī)劃過程中使用DT，以幫助確定如何提高能源效率。通過對建筑設(shè)計元素(例如太陽能電池板或屋頂花園)或可持續(xù)建筑材料(例如自動調(diào)光玻璃或增加照明系統(tǒng)的照明系統(tǒng))進行建模，DT可以支持對經(jīng)濟沒有不利影響的環(huán)保決策。在建立昂貴的系統(tǒng)之前，可以對可持續(xù)性措施進行建模。

Digital Twins和5G的下一步是什么?

很明顯，DT可以在確定城市的下一步發(fā)展中發(fā)揮重要作用。通過共享信息、案例研究和早期成果，我們可以提高對該功能強大工具的認識。

同時，至關(guān)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)可以通過標準化許可流程和簡化政策來支持這項工作，以便運營商可以清楚地知道如何投資和加速部署。

隨著全球城市化，越來越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)需要收集數(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)，例如災(zāi)難響應(yīng)、交通運輸和可持續(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，從而在很大程度上幫助城市發(fā)展。可視化未來會限制基于過時信息或錯誤假設(shè)進行難忘投資的風(fēng)險。 最重要的是，它可以幫助提高人們想象人口行為和參與的效率和新方法，并防止災(zāi)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。