أصبحت التوائم الرقمية الآن راسخة في دعم الإدارة الحضرية. تعمل مدينة سنغافورة على إنشاء توأم رقمي لدولتها بأكملها. في عام 2011، بدأت هيئة الأراضي في سنغافورة (SLA) في تطوير خرائط ثلاثية الأبعاد للأمة.
اقتربت شركة GPS Lands Singapore، التي تقدم خدمات لإنشاء محتوى للتوائم الرقمية، من SLA، واقترحت العمل على توأم رقمي للأمة بأكملها: “يعرض التوأم الرقمي كل سنغافورة في تمثيل ثلاثي الأبعاد مفصل للغاية…للمساعدة في إدارة الأصول واتخاذ القرار، بما في ذلك إدارة مفصلة للأشجار والمساحات الخضراء“.
ونظراً لحجم البلاد المحدود، فإن المناطق الحضرية أصبحت في أعلى مستوياتها، وبالتالي فقد تم نقل العديد من شبكات البنية التحتية والأصول تحت الأرض. ولهذا السبب، “يعمل SLA الآن على المرحلة التالية من المشروع، وهو توأم رقمي وطني تحت السطح لسنغافورة”. تمتد فوائد هذا التمثيل الرقمي إلى تحسينات السلامة وتقليل انقطاع الخدمة عند صيانة الأصول تحت الأرض أو إصلاحها أو بنائها.
وفي الوقت نفسه، تعتبر سنغافورة الافتراضية “نسخة رقمية ثلاثية الأبعاد لسنغافورة مبنية على البيانات الطبوغرافية وكذلك البيانات الديناميكية في الوقت الحقيقي. وستكون المنصة الرسمية للبلاد التي يمكن استخدامها فيها المحاكاة والاختبارات الافتراضية للحلول الجديدة للتخطيط الحضري مشاكل.”
وتتعاون المؤسسة الوطنية للبحوث في البلاد، وهيئة الأراضي السنغافورية، ووكالة التكنولوجيا الحكومية في هذا الجهد. ستكون سنغافورة الافتراضية بمثابة لبنة أساسية في عمل الحكومة السنغافورية في مشروع الأمة الذكية. الأمة الذكية هي مبادرة الدولة لإنشاء حكومة واقتصاد ومجتمع رقمي.
وسنغافورة ليست وحدها في جهودها. في عام 2020، اكتشف الباحثون في مركز الحوسبة عالية الأداء في شتوتغارت، HLRS، من جامعة شتوتغارت بألمانيا، العمل مع متعاونين من جمعية فراونهوفر على تطوير توأم رقمي لمدينة هيرينبرج الألمانية. يريد الباحثون الحصول على فهم أفضل للديناميكيات الحضرية والتفاعلات مع البيئة هدف تحسين تخطيط المدن وتصميمها.
يضيف باحثو HLRS: “يمكن للتمثيلات المرئية أن تكشف بسرعة وبشكل حدسي عن الأنماط في بيانات المحاكاة وتسهل فهم كيفية تمثيلها الظواهر التي من المستحيل رؤيتها في العالم المادي“. ينظر الباحثون إلى أدوات الدعم لعلوم الأرض والغلاف الجوي بما في ذلك التخطيط للتأهب للكوارث الطبيعية.
دخلت مدينة شتوتغارت في ألمانيا في شراكة مع Hexagon وFujitsu إنشاء توأم رقمي للمدينة. يوضح ينس شوماخر، رئيس قسم تكنولوجيا المعلومات في مكتب الهندسة المدنية في شتوتغارت، فوائد المشروع: “سيوفر مشروع التوأم الرقمي الحضري في شتوتغارت لمكتبنا كمية هائلة من بيانات التنقل والبيانات البيئية، وإنترنت الأشياء”. [internet of things] منصة التحليل من Hexagon وFujitsu ستمنحنا القدرة على ذلك استخدم هذه البيانات لاتخاذ قرارات أكثر ذكاءً لصالح مدينتنا“.
الجهود المبذولة لإنشاء توائم رقمية للبيئات الحضرية
تدرس العديد من المدن فكرة التوائم الرقمية لدعم احتياجات الإدارة الحضرية. برشلونة، إسبانيا، يستخدم الكمبيوتر العملاق MareNostrum لمعالجة البيانات الحضرية ل عمليات تخطيط المدينة. أبرمت المدينة الإسبانية اتفاقية مع مدينة بولونيا الإيطالية للتعاون في مجال التوائم الرقمية لكلتا المدينتين، حيث تعتزم كلتا المدينتين “أن تصبحا رائدتين في مجال الإدارة الحضرية الرقمية“.
في المملكة المتحدة، المحور المزدوج الرقمي يهدف إلى الاستفادة من التوائم الرقمية التي تبنيها الشركات والمنظمات في الدولة. يقوم البرنامج بإنشاء اللبنات الأساسية للسماح للتوائم المعزولة حاليًا بالاتصال وتشكيل نظام بيئي من التوائم الرقمية المترابطة.
تستضيف جامعة كامبريدج هذا الجهد بعد أن أكملته مركز بريطانيا الرقمية المبنية الشراكة مع وزارة الأعمال والطاقة والاستراتيجية الصناعية. بحثت الشراكة في كيفية دعم النهج الرقمي وتحسين البناء وتطوير البنية التحتية.
أنشأ المطورون عرضًا توضيحيًا للمنطقة الخيالية سانفورد سيتي. وقاموا بملء المنصة ببيانات خاصة بشبكات الطاقة والمياه والاتصالات توضيح التأثير الذي قد يسببه الطقس القاسي.
وليس من المستغرب أن تشهد التوائم الرقمية استخدامًا خاصًا في بلدان الشمال الأوروبي. تعتزم فنلندا أن تصبح دولة محايدة للكربون بحلول عام 2035 وأن تقوم بإعادة تدوير النفايات بالكامل بحلول عام 2050. ويُنظر إلى التوائم الرقمية على أنها قادرة على دعم صناع القرار من خلال محاكاة نتائج وديناميكيات السياسات المختلفة للوصول إلى هذه الأهداف – ويمكن تصور المفاضلات بين النهج.
في جوتنبرج، السويد، مركز مدينة التوأم الرقمي تعمل على العديد من قطع الألغاز التي ستجعل التوائم الرقمية المستقبلية للبيئات الحضرية أكثر قوة. يبحث أحد المشاريع، على سبيل المثال، في الطرق التي يمكن أن تتأثر بها حركة الأشخاص لفهم التأثير الذي ستحدثه تحركات الحشود المختلفة على البيئات الحضرية والأنشطة التجارية.
وفي الولايات المتحدة هناك مشاريع في تشاتانوغاتينيسي; لاس فيجاسنيفادا; نيويورك، نيويورك؛ أورلاندو فلوريدا؛ و فينيكس، أريزونا تعمل على إصداراتها من التوائم الرقمية لمجموعة واسعة من الأغراض.
وفي أستراليا، يقوم المطورون بإنشاء توائم رقمية لولايات بأكملها. فيكتوريا – بما في ذلك مدينة ملبورن – نيو ساوث ويلز، و كوينزلاند يقومون بتطوير تمثيلات رقمية لمناطقهم. ال مدينة اديلايد في جنوب أستراليا و كانبيرا في إقليم العاصمة الأسترالية يعملون أيضًا على التوائم الرقمية.
رقمنة الميزات للمدن الذكية
تفتح التوائم الرقمية فرصًا تجارية للمطورين ومقدمي الخدمات بالإضافة إلى الشركاء والمستخدمين. نطاق المعلومات التي يتم أخذها في الاعتبار للتصور لا حدود له عمليًا.
جوجل مختبرات الرصيف تقدم الحلول التي تدعم مخططي المدن والمطورين. Delve هي أداة تصميم مرئي لتمكين فرق العقارات من التعاون في المشاريع، وMesa عبارة عن منصة لإدارة الطاقة في المباني.
يعد Tree Canopy Lab جزءًا من Google مستكشف الرؤى البيئية منصة تهدف إلى مساعدة المدن على معالجة تلوث الهواء وتغير المناخ. تعد Environmental Insights Explorer (EIE) أداة “لمساعدة المدن والمناطق في قياس مصادر الانبعاثات وإجراء التحليلات وتحديد الاستراتيجيات لتقليل الانبعاثات”.
لقد كان باحثون من جامعة ستانفورد باستخدام صور الأقمار الصناعية والخوارزميات المتقدمة لتحديد المناطق المعرضة لخطر حرائق الغابات. يستخدم الباحثون صور سطح الأرض من الأقمار الصناعية لوكالة الفضاء الأوروبية وبيانات محتوى أوراق الشجر من الماء من خدمة الغابات الأمريكية. يمكن للنموذج بعد ذلك ربط الصور بالبيانات لإجراء تنبؤات حول مستويات المخاطر في مناطق الغابات في مواسم حرائق الغابات القادمة.
وفي البرازيل، استخدم الباحثون في جامعة بيرنامبوكو خوارزمية التعلم الآلي لتجميع الخرائط التاريخية لريسيفي بالبرازيل، وتحويلها إلى صور تبدو مثل صور الأقمار الصناعية الحديثة. يمكن أن يوفر هذا النهج رؤى حول استخدام الأراضي في البيئات الحضرية مع مرور الوقت.
مميزات هيئة المسح الجيولوجي البريطانية مشروع جبل الجليد لملء المعلومات حول السمات الحضرية تحت الأرض وتمكين أساليب أكثر فعالية لإدارة المساحات الجوفية “للمساعدة في زيادة صلاحية الأراضي للتنمية وإزالة مخاطر الاستثمار المستقبلي من خلال إدارة أفضل للبيانات تحت السطح”.
تستخدم هيئة المرافق البلدية لنهر تومز في نيوجيرسي منصة التصور تم تطويره بواسطة مزود برمجيات الواقع المختلط Meemim. يمكن لموظفي المدينة وعمال البناء استخدام هذه المنصة مع سماعة الرأس HoloLens من Microsoft لتسليط الضوء على الأنابيب والقنوات وأجزاء أخرى من البنية التحتية للمرافق تحت الأرض في بيئة الواقع المعزز.
تتكاثر تطبيقات الإدارة الذكية
تبحث المنظمات الحكومية أيضًا في مجموعة واسعة من حالات الاستخدام التي تشمل تقريبًا كل جانب من جوانب الحياة الحضرية. هيئة النقل في لندن (TfL) هي المسؤولة عن معظم شبكة النقل في لندن، إنجلترا، بما في ذلك نظام مترو الأنفاق في لندن. تعمل TfL على التوأم الرقمي لمراقبة القضبان والأنفاق تحت الأرض وجمع المعلومات عن انبعاثات الكربون والحرارة والضوضاء.
سيول في كوريا الجنوبية و شنغهاي في الصين تعمل على تطوير توائم افتراضية شاملة لإدارة حركة المرور والخدمات اللوجستية لتشغيل الخدمات الحضرية بشكل أكثر فعالية وكفاءة.
قام فريق من الباحثين من ETH Zurich، وتحالف سنغافورة-MIT للأبحاث والتكنولوجيا، وجامعة سنغافورة الوطنية، وجامعة ميونيخ التقنية، وغيرها. تطوير التوأم المناخي – توأم المناخ الحضري الرقمي – لدراسة الاستدامة وقابلية العيش. وسوف تهدف إلى معالجة مشاكل الحرارة في المناطق الحضرية في دولة المدينة.
وفي الصين، تم دمج نهر هوانغبو في شنغهاي والموانئ والمطارات والموانئ ومواقع البناء في التوأم الرقمي لنظام النقل في المدينة.
توجد تحديات إمكانية التشغيل البيني والمخاوف الأمنية
ومع تطورها، فإن قابلية التشغيل البيني بين التوائم الرقمية المنعزلة في البداية سوف تصبح الجانب الحاسم لإنشاء أنظمة حيث يكون الكل أكثر من مجموع أجزائه – كما ستكون قابلية التشغيل البيني هي التحدي الذي يتطلب اعتبارات قضائية في وقت مبكر. التصنيع والمرافق والنقل والخدمات اللوجستية والإدارة الحضرية والعديد من الصناعات الأخرى سوف تخلق توائم رقمية لتلبية احتياجات كل منها.
إن توسيع مثل هذه التوائم الرقمية عبر سلاسل التوريد أو أنواع البنية التحتية (المياه والغاز والاتصالات، على سبيل المثال) سيتطلب تخطيطًا دقيقًا. سيكون ضمان قابلية التشغيل البيني لمثل هذه التوائم الرقمية المتنوعة مشكلة، ولكن هناك مخاوف أخرى موجودة أيضًا.
فمن ناحية، ستمكن المشاركة من اتباع نهج تكافلي وشامل في مواجهة التحديات التجارية والمجتمعية. ومن ناحية أخرى، سيتطلب أمن البيانات والملكية الفكرية إدارة متطورة للوصول إلى المعلومات وتوفير البيانات.
مارتن شويرن هو مؤلف كتاب بيانات صغيرة واضطرابات كبيرة: كيفية اكتشاف إشارات التغيير وإدارة عدم اليقينذ (ردمك 9781632651921). وهو أيضًا مستشار أول للاستشراف الاستراتيجي في Business Finland، حيث يساعد الشركات الناشئة والشركات القائمة على العثور على مواقعها في سوق الغد.
