Цифровой двойник города: что это и зачем он нужен Москве

В начале марта 2019 года пресс-служба Минстроя сообщила утверждении стандарта «Умного города». Что поможет быстро и эффективно его реализовать объясняет Илья Попов, директор по развитию цифровой экономики МГТС, на примере Москвы.

В стандарт включены восемь приоритетных направлений: управление городом, системой ЖКХ, IoT для городской среды, «умный» общественный транспорт, городская и экологическая безопасность, доступная связь, сервис и туризм.

Сегодня среди всех российских городов первое место по уровню развития системы «умного города» по праву занимает Москва. Ее дальнейшее развитие, сформулированное в городской стратегии Москвы «Умный город 2030», предусматривает решение задач, соответствующих недавно утвержденным стандартам, которые должны быть реализованы через 11 лет.

Стратегия включает в себя несколько направлений:

Масштаб работ огромен, и справиться с ним в достаточно сжатые сроки можно только при помощи инновационных решений. Одно из них – «цифровой двойник» города.

С развитием интернета вещей и компьютерного моделирования появилась возможность создать цифровую версию любого физического объекта: книги, завода, здания или даже целого города с его инфраструктурой.

Цифровой двойник города – прототип города реального, на базе которого можно анализировать жизненные циклы объекта, его реакцию на возможные изменения и внешние воздействия. Это точное отображение реального города в цифровой реальности, информация к которому поступает с различного рода датчиков, систем мониторинга и счетчиков ресурсов.

Цифровой двойник позволяет проводить предиктивную аналитику, ставить виртуальные опыты, получать информацию и прогнозировать поведение объектов. Цифровой двойник поможет синхронизировать и связать воедино все внутренние структуры города: водоснабжение, электрификацию, подачу газа, загруженность дорог, услуги здравоохранения и образования, экологическое состояние. Станет проще увидеть общую картину города и ускорить процессы обмена информацией между различными структурами. Благодаря цифровой копии можно ставить виртуальные опыты, прогнозировать поведение всего города или его отдельных систем. Полученный опыт можно перевести в реальность, если он удачен, либо отказаться от него, если он негативен. Все это при минимальных затратах, экономии времени и без ущерба для реального города.

Есть и другой аспект: Андрей Чибис, например, считает, что цифровые копии городов помогут новым управленцам быстрее включиться в работу, избежав длительного погружения в нюансы жизни города.

Главные плюсы «цифрового двойника» города:

Выходит, чем скорее будет создан цифровой двойник города, Москвы в частности, тем быстрее и эффективнее город продолжит развиваться.

Первым идею цифровой копии предложил профессор Мичиганского университета Майкл Гривз в целях управления жизненным циклом промышленных изделий и систем. Сегодня цифровые близнецы городов есть в разных точках мира, и это направление только набирает обороты.

По данным MarketsandMarkets, рынок разработок в сфере цифровых копий городов ежегодно будет прирастать в среднем на 38%, а к 2023 году объем рынка может достигнуть $15,7 млрд.

Еще в 1980-е годы Бостон обзавелся деревянным двойником. Задачей макета было помочь в планировании строительства с минимальным затенением построенных зданий новыми. Сейчас правительство города совместно с производителем геосистем ESRI создало цифровую версию, но деревянная модель все еще не вышла из обращения.

Границы города Сингапур совпадают с границами одноименного острова, поэтому его можно по праву назвать первым «умным» островом. В сотрудничестве с компанией Dassault правительство Сингапура объединило разнородные модели систем города, выполненных на различном ПО. Копия функционирует благодаря IoT, который работает на сети SigFox, покрывающей 95% площади острова. Основная проблема этого цифрового двойника – отсутствие общего протокола данных, что усложняет их анализ.

Джайпур – один из тех городов, администрация которого выступила против создания карты города компанией Google. Вместо этого жители Джайпура самостоятельно занялись созданием цифрового близнеца. Особенность их метода – сбор данных при помощи систем LiDAR, ориентированных на высокоточную навигацию и трехмерную съемку внутри помещений и в узких проходах, где недоступны системы ГЛОНАСС и GPS. Одной из проблем города стала бюрократическая составляющая: для оцифровки эстакады пришлось выжидать несколько месяцев, прежде чем разработчики получили одобрение на составление карты.

Особенность этого города в том, что сначала была создана его цифровая версия, и лишь потом началась физическая реализация. В Индии остро стоит проблема перенаселенности городов, и чтобы ее решить, необходимо построить 100 новых. Их строительство планируют начинать с цифровой копии, как в случае с Амаравати. Так можно заранее спрогнозировать рост населения, учитывая его потребности, и на основании предиктивной аналитики определить оптимальные модели строительства, создания транспортной и других систем.

Такой подход – вначале была цифра – дает возможность тестировать нововведения с минимальными затратами, получать результаты тестов в кратчайшие сроки, влиять на весь процесс развития, делая его более устойчивым. Опыт, приобретенный при создании умных городов, поможет тем городам, которые вплотную подошли к реализации собственной концепции цифрового двойника, избежать ошибок.

Москва – признанный лидер страны по экономическим показателям, уровню безопасности и качеству жизни. Чтобы обеспечить его дальнейшее устойчивое развитие, предстоит пройти сложный путь повсеместного внедрения инновационных технологий, чему поможет создание цифровой копии города. Она поможет решить острые вопросы городской среды: кибербезопасность, качество предоставляемых ЖКХ-услуг и экономное расходование ресурсов, которые учтены в столичном плане развития «умного города».

Так, планируется осуществить переход от традиционных к интеллектуальным системам безопасности для противостояния киберугрозам, анализа кибератак, создания цифровой доверенной среды и защиты данных, в том числе персональных, для чего планируется использовать искусственный интеллект, технологии машинного обучения и квантовой криптографии.

Для повышения качества услуг в сфере ЖКХ и экономии энергопотребления помогут цифровые копий зданий и коммунальных сетей, объектов инфраструктуры и конструктивных элементов. Эти решения стоит вначале сначала опробовать на цифровом двойнике, и лишь после успешных виртуальных испытаний запустить в настоящий город.

Это лишь малая доля того, что предстоит сделать, чтобы Москва стала по-настоящему «умным» городом. Всего за 10 лет можно изменить город до неузнаваемости: поликлиники без очередей, экологически чистые парки, комфортная среда для жизни, автоматизированный общественный транспорт и саморегулируемые «умные» светофоры. Это не отдаленные фантазии, а реальность ближайшего будущего.