Чи сняться містам цифрові близнюки?

Чи сняться містам цифрові близнюки?

Виставка та семінар присвячені темі цифрових близнюків міст пройшли в Одесі з 24 червня по 8 липня 2021 року. У цій статті ми підсумовуємо результати проєкту та структуровано викладаємо матеріали, які лягли в основу виставки та були поширені на семінарі.

Якщо вам хотілося б розібратися у темі digital twins та найпоширеніших функціях, які застосовуються в цій технології стосовно міст – вам сюди.

Нині міста стикаються з новими та непередбачуваними завданнями: світове потепління, перенаселення, міграція, стихійні лиха, а останні кілька років ще й пандемія COVID-19. Важливою частиною комфортного життя в урбанізованому світі стає візія та стратегічне планування до яких залучаються жителі, влада, бізнес, громадські та професійні спільноти.

Ми більше не можемо собі дозволяти реагувати після настання проблем, і на зміну цьому приходить постійний віддалений моніторинг та ефективне прийняття рішень на основі даних. Технології дозволяють моделювати розвиток та створюють унікальну платформу дослідження міста – його цифрового близнюка.

Концепція цифрового близнюка вперше була запропонована професором Грівсом з Університету Мічигану ще у 2003 році. Цифровий близнюк складається з трьох важливих частин: фізичних продуктів, віртуальних продуктів та їх зв’язків.

Аби дослідити цей феномен та перспективи його застосування в Україні, ми заручилися підтримкою експертів з Digital Twins – компанії Virtual City Systems GMBH, що працює з Берліну над цифровими близнюками міст по всьому світу.

У цій статті ви зможете побачити інтерактивні 3D мапи, подивитися мініфільм з двох частин про Цифрових близнюків, технології, які зробили їх можливими та незвичайні сфери їх використання.

Проєкт організований ГО Pixelated Realities у партнерстві з Virtual city systems GMBH за підтримки БФ Баварський дім Одеса та Гете Інституту в Україні

Зміст:

  • Мініфільм про цифрових близнюків міст
    • Навіщо топовим розумним містам світу ці 3D мапи? 9:58 хв
    • Фотосканування та ігрові двигуни – які технології стоять за цифровими близнюками міст? 7:10 хв
  • Переказ змісту фільму у текстовому форматі
  • Виставка Чи сняться містам цифрові близнюки
  • Цифровий близнюк району Одеси
  • Матеріали семінару Цифрові близнюки міст: світовий досвід та перспективи в Україні
    • Цифрові близнюки, що це? Презентація від Antje Kunze (Virtual City Systems GMBH)
    • Реформи Фонду державного майна України. Презентація від Юлії Бєлової – Заступниці Голови Фонду державного майна України
    • Цифрове містопланування. Майстерка по роботі з 3D мапами на прикладі Берліну. Презентація від Tim Wendt (Virtual City Systems GMBH)
    • Міська симуляція – Вітер. Презентація від Roland Ruhdorfer (Virtual City Systems GMBH)
  • Проведіть виставку у своєму місті за три простих кроки

Навіщо топовим розумним містам світу ці 3D мапи? Мініфільм про цифрових близнюків міст

☂️ Наскільки чисте повітря, яким ми дихаємо і які райони міста є найбільш забрудненими? ⛑ Які об’єкти культурної спадщини знаходяться під ризиком знищення і який поточний стан архітектури історичного центру міста? 👙 Які дахи найкраще підходять для встановлення сонячних панелей?

На ці та інші питання ви зможете дізнатися з мініфільму “Чи сняться містам цифрові близнюки?”.

Це відео не про однаковісіньких сестер чи братів, воно навряд розповість про міста-побратими. Ми пояснимо простими словами навіщо топові розумні міста світу створюють просторові інформаційні системи Digital Twins.

  • Яким буде вітер взимку навколо новобудови?
  • Як виглядатиме старий аеропорт після ревіталізації?
  • Яка сторона даху нашої п’ятиповерхівки найкраще підходить для встановлення сонячних панелей? 

Нині міста стикаються з новими та непередбачуваними завданнями: світове потепління, перенаселення, міграція, стихійні лиха, а останні кілька років ще й пандемія COVID-19.

Важливою частиною комфортного життя в урбанізованому світі стає візія та стратегічне планування до яких залучаються жителі, влада, бізнес, громадські та професійні спільноти.

На зміну реакції на проблеми, що вже настали приходить постійний віддалений моніторинг, планування та ефективне прийняття рішень на основі даних.

Саме на цьому моменті варто поговорити про розумні міста.

Розумне місто – використовує технології збору та аналізу даних про себе аби краще відповідати потребам його жителів. Таке місто, або окрема його зона використовує електронні методи для збору даних. 

Сюди входять дані, зібрані від громадян, пристроїв, будівель та активів, які обробляються та аналізуються для управління основними міськими процесами:

Сюди входять

  • Транспортними системами
  • Електростанціями
  • Комунальними службами
  • Водопровідними мережами
  • Відходами
  • Виявленням злочинів
  • Інформаційними системами
  • Школами
  • Бібліотеками
  • Лікарнями
  • Культурною спадщиною
  • Та іншими громадськими послугами.

Технологія розумного міста дозволяє міській владі безпосередньо взаємодіяти як з громадою, так і з міською інфраструктурою, а також контролювати, що відбувається в місті та як воно розвивається. 

Розумне місто дозволяє підвищити якість, ефективність та інтерактивність міських послуг, зменшити витрати та споживання ресурсів та збільшити контактів між громадянами та урядом.

Одним з елементів розумного міста часто стає його цифровий близнюк – інформаційна система на основі 3D копії міста пов’язаної з різноманітними базами даних. Цифровий близнюк дозволяє візуалізувати містопланування, підсвітити проблеми та можливості, стати платформою для діалогу у суспільстві. 

Концепція цифрового близнюка вперше була запропонована професором Грівсом з Університету Мічигану ще у 2003 році. Цифровий близнюк складається з трьох важливих частин: фізичних продуктів, віртуальних продуктів та їх зв’язків.

Аби дослідити цей феномен та перспективи його застосування в Україні, ми заручилися підтримкою експертів з Digital Twins – компанії Virtual City Systems GMBH, що працює з Берліну над цифровими близнюками міст по всьому світу.

Virtual City Systems створили та імплементували цифрових близнюків Берліну, Гамбургу, Франкфурту, Ганноверу, Сінгапуру, Гельсінкі, та інших міст. Наразі ці інтерактивні моделі міст використовуються для міського планування та планування забудови, туризму та міського маркетингу, моделювання дорожнього руху, створення кадастрів енергетичного попиту, 3D аналізу сонячного потенціалу, імітації дисперсії шуму та забруднення повітря та багатьох інших потреб сучасного менеджменту міст.

Розгляньмо кілька прикладів найцікавіших функцій цифрових близнюків європейських міст.

Цифровий близнюк Берліну. Ревіталізація аеропорту Тегель TXL

Розпочнемо з Берліну та відомого на весь світ аеропорту Тегель Berlin TXL. Що в ньому цікавого? По-перше це 4й найзавантаженіший аеропорт Німеччини. Збудований ще у 1948 році він – визнаний символ Берліну наряду з іншими пам’ятками.

Цікаво й те, що не зважаючи на усю свою значущість та історію як аеропорт він вже досить давно перевантажений, втомлений та застарілий. Розмову про необхідність його закриття та переосмислення території у 495 гектарів розпочали ще у 2008 році. Аби визначитися з його подальшою долею проводилися дослідження, публічні обговорення та архітектурні конкурси. 

І ось нарешті місто презентувало план перетворення Тегелю на Urban Tech republic – інноваційний та креативний центр, територію для новітньої житлової забудови та індустріального кластера. Аби показати берлінцям на що перетвориться їх улюбленець майстер-план реконструкції презентували на 3D мапі Берліну.

Гуляти майбутнім техно районом можна вже з 2013 року.

Нарешті у 2020 році аеропорт закрили, хоч він ще встиг попрацювати навіть за карантинних обмежень. Завдяки цифровому близнюку місто змогло донести складну ідею та привернути до себе прихильників серед жителів та інвесторів серед бізнесу з усього світу. 

Партиципація в дії — як знайти спільну мову?

Навіщо створювати таку складну презентацію? Візуальне подання дозволяє підтримати спілкування та спростити прийняття рішень між політиками та відповідальними адміністративними особами, бізнесом, експертами та громадянами, і може включати групи людей, яких в інший спосіб було б важко залучити, такі як діти, підлітки, мешканці з міграційним походженням, мовними бар’єрами або з низьким рівнем освіти.

Така модель обговорень майбутніх планів розвитку дозволяє максимально залучити в процес визначення потреб та зробити дорогу та тривалу реконструкцію очікуваною та корисною.

Але 3D мапи дозволяють не лише це. Однією з новітніх функцій можна назвати можливість проводити симуляції та розробляти різноманітні просторові сценарії.

Цифровий близнюк Гельсінкі. Енергетичний атлас міста

Місто Гельсінкі створило цілий комплекс мап на основі цифрового близнюка, які дозволяють стимулювати населення та бізнес задуматися над змінами клімату та активно брати участь в зменшенні ресурсів, які використовує місто.

Зокрема у відкритому доступі можна побачити середні рівні сонячної радіації та визначити найкращі та райони, будівлі та навіть сторону даху для розміщення сонячних батарей та концентраторів. Достатньо обрати червонішу сторону будівлі, все просто. 

Мапа тепла дозволяє розглянути ефективність енергоощадження будинку. Тут можна визначити наскільки зміниться потреба в опаленні через зміни клімату в рамках всесвітнього потепління. Але це ще не все, завдяки розрахункам на мапі можна дізнатися наскільки зросте ефективність опалювання, якщо модернізувати вікна, двері, стіни чи дах. Кожну будівлю можна переглянути як окремий об’єкт та отримати інформацію щодо її показників. 

Симуляції вітру, затоплення, соляризації

Цікавою функцією є моделювання рози вітрів. Просунуті моделі дозволяють побачити рух та швидкість вітряних мас у різні сезони, що дозволяє, наприклад порівняти комфорт житла у новобудові чи старому районі міста. 

Завдяки можливості додавати власні моделі на мапу можна навіть дізнатися як буде поводитися вітер, сонце та тепло для будівлі, яку ще не збудували.

Цифровий близнюк може містити інформацію щодо топографії та висот, і Гельсінкі створили симуляцію підняття рівня моря, аби подивитися як місто поступово перетворюється на Венецію.

Культурна спадщина та туризм

Однією з очевидних функцій цифрового близнюка є туристичний та інвестиційний маркетинг. Завдяки таким мапам можна гуляти містом, роздивлятися розбудову районів в різні роки, знайти найцікавіший туристичний маршрут.

Але це також корисна інформація для дослідників – адже на мапі можна у кілька кліків дізнати вік забудови, її площу й висотність. Об’єкт може містити інформацію про тип власності, охоронний статус та призначення будівлі. Більшість налаштувань можна запам’ятати та переслати для перегляду звичайним посиланням, або ж вивантажити у вигляді pdf.

Список функцій насправді значно перевищує ті, що ми згадали. Найкращий спосіб – спробувати зайти на одну з мап самим. Як думаєте чи могли б ці можливості стати корисними для вашої роботи або полегшити ваше проживання у місті? Розкажіть нам у відгуках до виставки, а ми включимо ваші коментарі у фінальні матеріали. У наступному відео ми розповімо про те, які технології уможливили створення цифрових близнюків.

Фотосканування та ігрові двигуни – які технології стоять за цифровими близнюками міст? Мініфільм, частина друга

Друга частина нашого мініфільму буде присвячена технологіям, які стоять за цифровими близнюками міст.

Уявіть собі, що одна з технологій, яка стоїть за цифровими близнюками міст розвинулася завдяки відео іграм. 

Цифровий близнюк допомагає містам реалізовувати віддалений моніторинг у режимі реального часу та дозволяє більш ефективно приймати рішення.

3D-модель міста служить основою для відповідного цифрового близнюка. Чим більше модель міста збагачується і пов’язується з інформацією, тим більш функціональним та корисним стає його цифровий близнюк.

Створення таких міських моделей стало можливим завдяки цілому комплексу технологій, які у 2021 році досягли суттєвого рівня доступності. 

Технології, що зробили можливими створення інтерактивних просторових мап міст включають 3D сканування (фото та лазерні скани), безпілотні дрони, збільшення обчислювальних потужностей, хмарні технології, датчики, штучний інтелект та аналіз великих даних. 

Поговоримо про платформу Cesium, яка дозволяє показувати тривимірні просторові мапи навіть з мобільного. 

У 2020 році платформа та компанія Epic оголосили про співпрацю та випустили місток між Cesium та Unreal Engine.

Unreal Engine це ігровий двигун компанії Epic, який є середою для розробки ігор. Туди можна помістити 3д моделі, призначити їм функції та анімацію. Щось нагадує, так?

Якщо раніше усі тільки говорили про схожість сучасних ігор до віртуальних турів, а Assasin’s Creed показав на що здатна ігрова історична реконструкція, то тепер можна з упевненістю казати, що наступне майбутнє цифрових близнюків за розробниками ігор.

Unreal у поєднанні з Cesium дозволив завантажувати неймовірно деталізовані моделі та спокійно та без затримок переглядати їх навіть з не дуже потужних пристроїв. 

Звісно для того аби щось показувати спочатку необхідно зібрати дані. Публічні електронні реєстри, доступні сенсори різних фізичних станів дозволили суттєво просунути можливості до агрегації та аналізу біг дата. Великі дані поєднують з 3д мапою завдяки координатам GPS та призначенню даних до окремих об’єктів на мапі.

Але яким чином отримати самі 3D дані?

Тут на допомогу приходить 3D сканування та моделювання. Раніше усі подібні мапи виконувалися вручну, але з розвитком обчислюваної потужності комп’ютерів стало доступним нове рішення – переміщення реальних об’єктів у 3D. – зацифрування.

Способів сканувати є декілька. Тут можна згадати про лазерне сканування, світлове та фотосканування. Саме для великих просторів та мап найкраще підходить аерофотографування та фотограмметрія.

Фотограмметрія (або фотосканування) – це мистецтво, наука та технологія отримання точної інформації про фізичні об’єкти та навколишнє середовище за допомогою фотографічних знімків.

Фотограмметрія передбачає фотографування об’єктів, конструкцій або простору з різних ракурсів та перетворення їх у 3D моделі.

Основним принципом, що використовується є триангуляція. Роблячи фотографії щонайменше з двох різних місць, можна розробити так звані “лінії зору” від кожної камери до точок на об’єкті.

Фотограмметричний процес передбачає вимірювання координат, кількісне визначення відстаней, висот, площ та обсягів; підготовка топографічних карт; і створення цифрових моделей, ортофотографій та ортофотопланів з високою деталізацією зображення.Скан будівлі може мати сантиметрову точність, що дозволяє використовувати такі дані навіть для науково-проектної-документації.

Фотограмметрія майже така ж стара, як і сама фотографія. У 1849 році Еме Лосседат був першим, хто використав наземні фотографії для складання топографічних карт. Його називають “батьком фотограмметрії”

З часу свого розвитку приблизно 150 років тому фотограмметрія перейшла від суто аналогової оптико-механічної техніки до цифрової фотограмметрії на основі цифрових зображень та комп’ютерної обробки.

Отже підсумуємо

Розумні міста відкривають шлях для збору так званих “великих даних”, тобто просто, дешево та ефективно створюють бази даних або сенсорні мережі (Інтернет речей, IoT), які збирають інформацію з різних джерел для тестування та створення витончених моделей міських процесів.

Цифровий близнюк створює широкі можливості для розвитку креативних індустрій.

Модель міста можуть використовувати не тільки архітектори. Вона може стати корисною для створення кіно, відеоігр, виробництва макетів та сувенірів, наприклад частинку мапи німецьку Зосту можна вивантажити та видрукувати на 3D принтері.

Насправді розумне місто — це гігантський ринок. На основі аналізу Grand View Research Inc. (2019), загальна ринкова вартість для розумних міст перевищить 2376 млрд. Доларів до 2025 року.

Основним активом цих інвестицій є бізнес-моделі, засновані на технологіях, алгоритмах та даних, створюючи взаємодії муніципалітетів, адміністрацій, політики та суспільства. 

Сподіваємося вам сподобалася наша маленька екскурсія у світ цифрових близнюків, а цей мініфільм допоміг відповісти на ваші запитання. Віримо розумні міста вже досить скоро з’являться і в Україні, а отже цифровим близнюкам теж бути.