Изучив свою презентацию программного обеспечения SIMO на выставке Smart Cities World Expo в Барселоне, а также после многочисленных обменов мнениями с клиентами, заказчиками, дизайнерами и менеджерами, Даррел пришел к выводу, что необходимо дать четкое определение цифровым двойникам городов.

На схеме выше представлена классификация городских цифровых двойников на основе их базовой функциональности (вариант использования), а далее определены технологические платформы, пример продуктов и формат цифрового двойника. Данная классификация применима к городам и проектам развития городской среды, но также она может быть полезна в других направлениях, к примеру, в архитектуре или производстве.

По функциональности цифровые двойники можно сгруппировать в следующие виды:

• вычислительные;
• моделирующие;
• сценарные;
• операционные;
• экспериментальные.

По типу используемых платформ цифровые двойники можно сгруппировать следующим образом:

• компьютерное проектирование (САПР);
• веб-ГИС;
• географическая информационная система (ГИС);
• игровые платформы.

Автор исследования Даррел Рональд не включил в данный список BIM, так как подобная среда не имеет модели данных для проектирования широкого спектра городских систем.

Вычислительные цифровые двойники

Вычислительные цифровые двойники самые редкие, но при этом содержат в себе полноценную информацию о городе. Двойник позволяет отслеживать действия с элементами городской экосистемы и инфраструктурой. Благодаря чему операторы понимают происходящие процессы в режиме реального времени. Помимо мониторинга данных, вычислительный двойник прогнозирует дальнейшие сценарии развития ситуации и предлагает решения.

Преимущества:

• полный контроль над процессом проектирования;
• возможность проанализировать различные сценарии, провести анализ данных;
• возможность интегрировать дополнительные технические инструменты и плагины в платформу для оптимизации двойника;
• высокая точность геометрии и данных.

Недостатки:

• сложность в проектировании вычислительных цифровых двойников;
• сложность в создании постоянного набора данных, так как вычислительное проектирование постоянно совершенствуется.

Моделирующий цифровой двойник

Это самый распространенный тип двойников, позволяющий воспроизводить базовую функциональность и рабочие процессы для последующего анализа. Они могут быть разработаны на базе САПР или веб-ГИС технологиях.

С помощью программ возможно в основном ручное проектирование. В некоторых случаях используются параметрические исходные данные и алгоритмы генерации форм, чтобы достичь интерактивности.

Преимущества САПР:

• высокая точность данных и модели;
• простой в освоении распространенный процесс проектирования;
• доступны мощные ПО для подобного проектирования.

Недостатки САПР:

• сложности при интегрировании внешних слоев геопространственных данных;
• в основном технология ограничивается настольным проектированием;
• трудности при совместной работе в режиме реального времени.

Преимущества веб-ГИС:

• возможность интегрирования внешних слоев геопространственных данных;
• простой в освоении процесс проектирования;
• доступ к двойнику для нескольких пользователей (не значит, что есть возможность для совместной работы в режиме реального времени).

Недостатки веб-ГИС:

• низкая точность данных у модели и внешних слоев;
• требует постоянного подключения к интернету;
• существует риск высоких эксплуатационных расходов.

Сценарный цифровой двойник

Сценарные цифровые двойники необходимы для разработки сценариев развития города с целью устойчивого развития. Они создаются на базе ГИС и веб-ГИС технологиях. Источниками данных для проектирования являются 2D геометрия, некоторые продукты совершенствуются 3D интеграцией.

Преимущества:

• возможность проведения сценарных тестов на развитие объекта в зависимости от свойств самого двойника;
• существует потенциал для интеграции многих слоев геопространственных данных;
• простой в освоении процесс проектирования;
• доступ к двойнику для нескольких пользователей (не значит, что есть возможность для совместной работы в режиме реального времени).

Недостатки:

• ограничения в виде определенного географического региона;
• ограничения в источниках геопространственных данных;
• ограничения в детализации и точности;
• существует риск высоких эксплуатационных расходов;
• может возникнуть иллюзия контроля, точности в данных, что может привести к риску принятия неверных решений в развитии города.

Операционный цифровой двойник

Операционные (эксплуатационные) цифровые двойники, как правило, создаются на базе ГИС технологий, либо на игровых платформах. Их основная задача заключается в отслеживании городских объектов в режиме реального времени с использованием датчиков Интернета вещей (IoT). С помощью двойника осуществляется операционное управление уже построенных объектов: производственные предприятия, стадионы, транспортные узлы и т.д. Однако, такие модели менее приспособлены для городских условий, так как содержат большой объем информации. Также операционные двойники не предназначены для вычислений и сценарного планирования.

Преимущества

• высокое качество представления модели;
• возможность погрузиться в модель с помощью технологий виртуальной и дополненной реальности;
• ГИС — стандартные рабочие процессы, проверенные десятилетиями.

Недостатки игровых платформ:

• технология сложна и не предназначена для использования в общих целях;
• технология предназначена для представления информации, а не для ее создания — двойники не поддерживают проектирование и управление данными для обычных пользователей. Доступ к разработке двойника могут получить только квалифицированные технические команды для последующего его представления в общественное пользование;
• отсутствует система управления данными и администрирования пользователей.

Недостатки ГИС-технологий:

• устаревшие системы, которые сложно модернизировать под текущие потребности;
• не позволяют создавать модели для общего назначения и управления данными. Создать цифровой двойник могут квалифицированные специалисты для последующего его общественного пользования;
• ограниченное количество поставщиков ПО, разработчик Esri обладает монополией на коммерческие инструменты и не спешит с инновациями;
• сложность в масштабировании до городских районов с сохранением детализации и точности. Также возникает сложность в сочетании различных источников данных, форматов и технологических стандартов.

Экспериментальный цифровой двойник

С недавним внедрением игровых технологий в другие сферы стало возможным создавать экспериментальные двойники, которые воссоздают реалистичное восприятие городской среды. Такое решение позволяет вести более тесное взаимодействие с заинтересованными сторонами, например, с сообществом, которое будет взаимодействовать с проектом, но не погружено в технические его детали.

С помощью экспериментальных двойников можно оценивать ландшафт, предложения по плотности застройки и т.д.
Преимущества:

• воссоздает детализированную окружающую среду;
• упрощает взаимодействие с заинтересованными сторонами;
• игровые технологии совершенствуются, со временем двойники станут более реалистичными.

Недостатки:

• сложность в создании моделей, требуется соответствующая квалификация;
• ограниченные возможности интеграции данных и пользовательского интерфейса для технического анализа;
• дорогостоящая технология;
• двойники носят чисто репрезентативный характер, они не предназначены для моделирования, анализа и сценарного планирования.