Виртуальные двойники помогают городским властям быстро реагировать на непредвиденные обстоятельства
Пандемия COVID-19 выявила особую необходимость в быстром, осмысленном и продуманном принятии решений органами государственного управления. Теперь, когда все города, регионы и народы с тревогой смотрят в будущее, они начинают использовать мощь интерактивного 3D-моделирования для планирования, разработки и тестирования стратегий восстановления и укрепления устойчивости к будущим кризисам.
Когда разразилась пандемия COVID-19, компании во всем мире поспешили переосмыслить свои бизнес-модели и внедрить цифровые технологии для поддержания своей деятельности. Но не только бизнес изменил методы своей работы. «Пандемия COVID-19 также фундаментально изменила подход органов государственного управления и других заинтересованных сторон к планированию и управлению городами», — говорит Доминик Бонте, управляющий директор и вице-президент по исследованию рынков сбыта технологической исследовательской фирмы ABI Research.
«Региональные и государственные органы управления также изучают, каким образом данные, собранные во многих городах, могут в целом улучшить эффективность ответных действий, — рассказывает он. — Мы говорили о необходимости создания «умных» городов в течение нескольких лет, но понадобился кризис, такой как пандемия COVID-19, чтобы подтолкнуть руководителей городского управления к осознанию того, что очень важно этим заняться. Большинство национальных и местных правительств оказались удручающе не готовы справляться с пандемией, и их беспорядочный импровизационный подход привел к сложным социально-экономическим, медицинским и другим последствиям. К несчастью, в будущем мы, вероятно, столкнемся с еще большим числом кризисов, поэтому во что бы и когда бы ни инвестировали города — в новые технологии, в развитие услуг для горожан, разработку транспортных сетей, строительство общественных зданий и жилья или во что-то еще, — в центре внимания должно находиться формирование устойчивости. Все должно быть взаимосвязано, обладать гибкостью, масштабируемостью и проектироваться с учетом различных сценариев использования, чтобы можно было быстро изменить назначение объектов для поддержания жизнедеятельности города в чрезвычайных обстоятельствах».
Сила виртуальных двойников
Даже в отсутствие пандемии управление городом требует взаимодействия многих заинтересованных сторон для решения сложных задач, включающих городскую среду, транспорт и передвижение, изменения климата, устойчивое развитие, действия в чрезвычайных ситуациях и многое другое. Но как можно извлечь смысл из миллионов точек данных, распределенных среди десятков правительственных организаций? И как можно использовать эту информацию совместно с каждым, кто заинтересован в принимаемых решениях, если различные функциональные подразделения собирают и преобразуют информацию настолько разными способами?
«Мы говорили о необходимости создания «умных» городов в течение нескольких лет, но понадобился кризис, такой как пандемия COVID-19, чтобы подтолкнуть руководителей городского управления к осознанию того, что очень важно этим заняться».Доминик Бонте, управляющий директор и вице-президент по исследованию рынков сбыта в ABI Research
Все в большей степени эти сложные задачи приводят к тому, что города начинают использовать возможности виртуальных двойников , называемых также цифровыми двойниками, которые задействуют технологии, включающие работу с большими данными, Интернет вещей, искусственный интеллект и облачные вычисления, для единообразного анализа и отображения информации. Виртуальные двойники наиболее эффективны в том случае, когда данные отображаются визуально в составе динамических и точных с научной точки зрения моделей, которые могут легко освоить все заинтересованные стороны.
Например, во Франции разрабатывается виртуальный 3D-двойник города Ренна, чтобы помочь городской общественной организации Rennes Métropole проводить преобразование города в соответствии с принципами устойчивого развития и улучшать качество жизни для более чем полумиллиона его жителей. Модель, объединяющая геометрические, топографические, демографические данные, данные здравоохранения, данные о перемещении населения и другие данные в единой визуальной модели, дает возможность лицам, имеющим отношение к управлению городом как внутри городского правительства, так и за его пределами, взаимодействуя между собой, планировать развитие инфраструктуры, транспортной системы, коммунальных сетей, мероприятий по охране окружающей среды и социально-экономическое развитие и управлять ими.
Цветными линиями на виртуальном двойнике, созданном международной архитектурной и инженерно-технической фирмой Arup Group, представлен анализ пешеходной доступности, отдельные цвета обозначают возможность пешеходного доступа, проезда на велосипеде, инвалидной коляске и т. п. (изображение © Arup Group)
«К сожалению, сегодня в городской среде мы часто думаем ограниченно, но город работает не так,— говорит Алексис Мариани, директор по планированию городов и жилищным вопросам Rennes Métropole. — Нам нужен более системный подход, чтобы все заинтересованные стороны могли лучше работать совместно и взаимодействовать на общей основе, которая давала бы им возможность моделировать развитие города. Наша облачная платформа под названием «Виртуальный Ренн» даст всем имеющим отношение к городу сторонам возможность совместно и на расстоянии использовать данные, которые позволят им моделировать процессы, происходящие в городской среде, и лучше следить за ними».
Arup, глобальная компания со штаб-квартирой в Лондоне, предоставляет инженерно-технические, архитектурные, проектировочные и планировочные услуги, а также услуги по управлению проектами и консультированию по всем вопросам урбанизированной среды. С целью показать, какую пользу из технологий могут извлечь города, изучающие возможность их применения, компания разработала виртуальный двойник. Демонстрационный виртуальный двойник моделирует пешеходную доступность и городскую планировку, инженерно-технические решения и инфраструктуру, включая возможность визуализации подземных пространств и коммуникаций, окружающей среды и природопользования, интегрированные с планом с целью содействия рабочим процессам.
«Успех этого показательного примера применения для урбанизированной среды свидетельствует, что это будет очень мощным инструментом взаимодействия органов государственного управления, частного сектора и ученых в создании «умного» города»,— считает Вилфред Лау, партнер и директор компании Arup.
Перспективное планирование
С начала пандемии представители органов власти начали обращать внимание на то, что цифровые двойники способны сыграть ключевую роль в обеспечении возможности экспериментировать с различными действиями и процессами в чрезвычайных ситуациях и помочь лучше подготовиться к любым будущим кризисам.
«Градостроители, руководители в чрезвычайных ситуациях, транспортные службы и исполнительная власть должны иметь возможность быстро использовать и обрабатывать информацию, чтобы мгновенно реагировать на происходящие события», — сообщает компания по исследованию мировых рынков IDC в своем меморандуме для руководителей «Технология умных городов: взаимодействие и цифровые двойники». Для этого необходимо представить информацию таким образом, чтобы ее сразу можно было понять и использовать на практике. Технологии цифровых двойников — это часть следующего этапа развития методов отображения сложной информации.
«Чтобы города могли быть более устойчивыми к потрясениям, городские власти должны изучить возможности, которые предлагает моделирование с помощью цифровых двойников, для прогнозирования и немедленного преобразования будущего,— говорится далее в коммюнике. — Планирование сценариев «что, если» может стать ключевым отличием в уровне подготовленности; использование виртуальной и дополненной реальности для надежного планирования вариантов «что, если» дает возможность прогнозировать различные возможные варианты будущего, тестировать их последствия и осложнения, а также работать над тем, чтобы построить наилучшее возможное будущее».
«Возможность моделирования различных чрезвычайных ситуаций и визуализации воздействия, которое они могут оказать как на горожан, так и на деятельность города, имеет жизненно важное значение, — добавляет Бонте, — и могла бы в корне изменить ситуацию в первые, наиболее хаотические дни пандемии. Используя цифровые двойники, руководители могут составить план размещения всех своих ресурсов и объектов и определить наиболее эффективные процедуры реагирования, чтобы, когда бы ни возникла нештатная ситуация, они смогли бы оптимизировать оказание помощи в чрезвычайной обстановке, сохранив при этом нормальную работу остальной части города».
«Например, компания Arup, работая с правительственным управлением здравоохранения Австралии, создала инструмент пространственной визуализации, позволивший отслеживать доступность коек для пациентов более чем в 50 больницах региона», — говорит Санкар Виллупурам, менеджер по цифровым услугам и проектам по Восточной Азии компании Arup. Инструмент отслеживает доступность коек для пациентов и коек в отделениях интенсивной терапии, а затем помогает специалистам по планированию установить, где требуются дополнительные койко-места и какой вид лечения будет предоставляться на этих местах.
«Мы также можем моделировать изменившиеся потоки пешеходов в городах, поскольку начинаем видеть, как много людей возвращается на свою работу, — добавляет Виллупурам. — Представляется, что очень многие люди не хотят возвращаться, а предпочитают работать, хотя бы частично, на дому. Если экстраполировать это на весь город, мы сможем спрогнозировать, должна ли инфраструктура вмещать доковидное количество пассажиров общественного транспорта. Уменьшение количества и увеличение интервалов для поддержания социальной дистанции идут рука об руку, но как это будет выглядеть? Только большое число повторных моделирований может дать представление об этом, а виртуальные двойники предоставляют платформу для таких исследований».
Совершенствование принятия решений
«Виртуальные двойники также предоставляют различным людям с очень разной подготовкой простой способ интуитивно разобраться в сложных данных применительно к конкретным условиям», — говорит Такуйя Мураками из отдела развития городов отделения разработки проектов компании Taisei Corporation, создающей виртуальный двойник Ниси-Синдзюку, исторического квартала в Токио, Япония.
Виртуальный двойник отображает в 3D-модели исторические данные о городе и данные, поступающие в режиме реального времени. Такая визуализация помогает специалистам по планированию города проверить влияние предлагаемых проектов на потоки дорожного движения, пешеходную доступность, воздушные течения и другие процессы (изображение © Arup Group).
Поскольку виртуальный двойник интерпретирует и отображает все данные визуально, «3D-модель умного города улучшает вашу способность принимать решения, так как дает возможность легко понять общую картину города и характеристики каждой зоны», — говорит Мураками.
В случае необходимости лица, принимающие решения, могут последовательно раскрыть визуальные слои виртуального двойника и подробно изучить данные, на которых он основывается. «Указание конкретных мест и проблемных зон и последующее их обсуждение со всеми заинтересованными сторонами — это очень эффективный метод ускорения принятия решений, — считает Мураками. — Сбор информации и 3D-визуализация играют важную роль в принятии решений, ориентированных на человека».
Слово горожанам
Поскольку совместное использование цифровых двойников возможно только с помощью облачных технологий, они дают горожанам лучший доступ к городским службам и помогают легко визуализировать, как проект развития инфраструктуры или новая служба непосредственно повлияет на повседневную жизнь.
«При традиционном способе развития городов лишь ограниченное количество специалистов создают предварительные проекты, а информация доводится до общественности поэтапно», — говорит Мураками.
«Когда цифровые двойники создаются и совместно используются на ранних этапах, даже те горожане, кто не имеет навыков чтения специализированных чертежей, могут разобраться в предварительном проекте и присоединиться к обсуждению».Такуйя Мураками, корпорация Taisei Corporation
«Однако сложно зафиксировать мнения жителей на раннем этапе и привлечь их к активному участию в процессе, поскольку они могут не иметь необходимых для чтения чертежей знаний и навыков. Когда цифровые двойники создаются и совместно используются на ранних этапах, даже те горожане, кто не имеет навыков чтения специализированных чертежей, могут разобраться в предварительном проекте и присоединиться к обсуждению. Доступность и понятность информации для горожан — это ключевой фактор обеспечения успеха действий в чрезвычайных ситуациях», — считает Бонте.
«Во время пандемии COVID-19 правительственные органы и руководители городов усиленно искали эффективные способы передачи информации и связи с населением в реальном времени, — добавляет он. — Люди во всем мире выступали против новых законов и политических решений, вводившихся в действие с целью замедления распространения пандемии COVID-19. Отчасти это происходило потому, что они ощущали, что не понимают происходящее и не могут этим управлять. Если руководители города используют цифровой двойник, чтобы предоставить людям доступ к соответствующим данным, таким как визуальная карта города, показывающая количество инфицированных горожан и модель распространения заболевания, горожане будут более склонны к исполнению этих правил. Вовлечение горожан в принятие важных решений о развитии города и управлении им — это надежный способ повысить качество их жизни и сделать так, чтобы они хотели сыграть свою роль и помочь своему городу подготовиться к будущим проблемам и преодолеть их».
С помощью виртуального двойника пользователи могут увидеть подземные коммуникации и конструкции, залегающие под улицами и другими расположенными на поверхности объектами (изображение © Arup Group).
Изображение в начале статьи: в этом интерактивном трехмерном виртуальном двойнике города, созданном международной архитектурной и инженерно-технической фирмой Arup Group, цветные воздушные шары изображают различные виды исследований, выполненных или проводимых городскими управлениями. Каждому шару соответствует ссылка на информацию из соответствующего исследования (изображение © Arup Group).