Голландия борется с наступлением морской стихии с 6 века до н.э. Среди европейских стран, которые могут уйти под воду – по разным причинам, от глобального потепления, постепенного охлаждения Гольфстрима, до естественного повышения уровня мирового океана и оседания почвы – Нидерланды на первом месте. Больше всего на сегодняшний день незавидная участь оказаться под водой грозит Роттердаму, ибо 90% его территории находится ниже уровня моря.
Существует множество проектов, которые призваны сдерживать океан, сохранить часть сухой земли, но, в конечном итоге, просто отсрочить неизбежное. Это и штормовые барьеры Масланткеринг и Барьер Восточной Шельды, возведенные в конце 90-х годов в рамках проекта «Дельта», подразумевающего еще 13 дамб, шлюзов и барьеров.
Но что делать, если городу, или целому государству грозит затопление, но у него нет средств на все эти гениальные и дорогостоящие инженерные сооружения. Если оно настолько неизвестное широкой общественности, что на очередном международном саммите глава этого государства, дабы привлечь к проблеме внимание, произносит речь, буквально стоя по колено в воде?
Наглядная демонстрация возымела эффект и теперь многие уже знают о проблеме государства Тувалу, которое также уходит под воду, как и Нидерланды. Но единственный на сегодня способ, который оно может себе позволить – это уйти в метавселенную. Государство объявило о создании своей цифровой копии, потому как старейшины понимают, что инертное западное общество, которому Тувалу не предоставляет ни рабочей силы, ни туристических достопримечательностей (ни тебе тюльпанов, ни «кофешопов») или природных ресурсов, вряд ли будет долго помнить о нем. Каким же образом Тувалу и ему подобные страны и города (а их уже не так мало) будут существовать в цифровом виде? Что такое цифровой двойник страны или города? Может ли он действительно сохранить наследие исчезающего народа или местности?
Исчезаю, но не сдаюсь
Ожидается, что Тувалу станет одной из первых стран в мире, полностью погибших от изменения климата. Общая площадь трех коралловых островов и шести атоллов, из которых состоит страна, составляет менее 26 кв. км. При нынешних темпах повышения уровня моря, по некоторым оценкам, половина территории столицы Фунафути будет затоплена приливными водами уже через тридцать лет. К 2100 году 95% суши будет затоплено периодическими приливами, что сделает ее практически непригодной для жизни.
Примерно пятая часть населения Тувалу, составляющая 12 тыс. человек, уже переселилась в Новую Зеландию по программе, позволяющей ежегодно предоставлять вид на жительство в Новой Зеландии 150 гражданам. Многие из них с трудом зарабатывают на жизнь и опасаются утратить свою культурную самобытность. А многие жители Тувалу не хотят покидать дом своих предков.
Столкнувшись с угрозой исчезновения, Тувалу разработала проект «Будущее сейчас», состоящий из трех основных инициатив, направленных на сохранение своей государственности, управления и культуры в случае развития событий по наихудшему сценарию. Одним из вариантов является как раз развитие цифровой нации.
Этот вариант подразумевает перенос доступа к государственным и консульским услугам и всем сопутствующим административным системам в «облако». Это позволит продолжить проведение выборов, а государственным органам выполнять свои функции. Правительство страны изучает возможности использования дополненной и виртуальной реальности, чтобы невольным климатическим беженцам, да и будущим поколениям тувалуанцев можно было существовать как культура и как нация, с сохранением знаний и систем ценностей предков. Если эта концепция станет реальностью, тувалуанцы смогут взаимодействовать друг с другом в цифровом измерении, имитируя реальную жизнь и способствуя сохранению общего языка и обычаев.
«У нас такая сильная связь с нашей землей и океаном, здесь похоронены наши предки, так что у нас есть и духовная связь», - говорит президент страны Кофе в интервью Guardian. «Мы хотим иметь возможность запечатлеть нашу культуру в ее сегодняшнем виде».
Кажется, это вполне понятное желание – сохранить историю и опыт в культурном и социально-историческом контексте, а также эволюцию народа во времени. Для диаспоры, в частности, цифровая нация могла бы вместить в себя все - от традиционных свадебных церемоний до языка, который уже начинают терять сменяющие друг друга поколения.
Двойник двойнику рознь
Пока не существует прецедента, показывающего, что национальные государства могут быть успешно перенесены в виртуальный мир. Дают о себе знать связанные с этим технические, социальные и политические проблемы. Даже в самом определении цифрового двойника порой возникает путаница.
Так, необходимо отличать цифрового двойника от простой цифровой копии страны или города – как например, Сингапур, цифровая копия которого сегодня является самой объемной. При внесении каких-либо изменений двойник должен реагировать так же, как отреагировал бы на это реальных объект, т.е. в реальном времени. Это предоставляет возможность не только анализировать и управлять процессом, но и моделировать. Только в этом случае цифровой двойник оправдывает вложенные в него силы и средства – когда можно прогнозировать развитие событий и предотвращать неудачи или негативные последствия. На сегодняшний день это видится наиболее реальным в концепции цифровых двойников городов.
Опубликованное в марте этого года исследование консалтинговой фирмы Guidehouse Insights показывает перспективность цифровых двойников городов и в экономическом плане. По их прогнозам, к 2031 году глобальный доход от применения этой концепции в мире составит до $2,5 млрд при среднем росте 25% в год. Основное же препятствие для внедрения цифровых двойников, по данным аналитиков, это нехватка оцифрованных и доступных данных, а также неосведомленность градоначальников о функциональности таких систем.
Вполсилы сделать цифрового двойника не получится. Так, передача в режиме реального времени данных из физического мира в цифровую модель это одно из пяти минимальных требований для двойника города. Исследователи сходятся во мнении, что наличие только этой связи определяет двойника лишь как «цифровую тень», а для полноценного двойника необходима связь обратная — возможность управлять элементами реального города, воздействуя на его цифровую копию. Целью развития цифрового двойника города эксперты называют достижение полной зеркальности. Впрочем, согласно исследованию Университета Сеула 2021 года, пока такой подход не был реализован нигде в мире.
Исследователи называют одним из основных преимуществ цифрового двойника «соединение информации о прошлом и настоящем со сценариями будущего». Основными сценариями использования двойников городов называют помощь властям в принятии более обоснованных решений, обеспечение более эффективной работы элементов городской инфраструктуры, включая транспорт, энергетику, жилищный фонд. Кроме того, по мнению исследователей Сеульского университета, сценарии включают визуализацию, управление данными и отслеживание ситуации – т.е. мониторинг, отслеживание и распознавание лиц.
Примеры: от прагматичных до фантастичных
Цифровые двойники представляют собой отличную возможность для городов оптимизировать работу объектов городской инфраструктуры и предпринять упреждающие шаги по планированию. Визуальное представление полезной информации помогает заинтересованным сторонам принимать более обоснованные решения до начала дорогостоящего проектирования или строительства.
Как можно представить, цифровые двойники, явление далеко не новое. Сам термин впервые употребил доктор Майкл Гривс из Мичиганского университета в 2002 году. Однако воплощение идеи отложилось примерно на десятилетие, когда активно стали развиваться технологии «больших данных» и «Интернета вещей».
Впрочем, уже тогда технологии стали активно применяться в проектировании. Например, один из гигантов рынка, компания Siemens, с их помощью разрабатывает как отдельные элементы вроде двигателей, так и целые объекты — например, скоростные поезда.
Большую роль цифровые двойники играют в энергетическом секторе. Благодаря им компания General Electric на 75% ускорила достижение поставленных целей, на 40% сократила необходимость экстренного обслуживания своих систем и сэкономила свыше $1,5 млрд за счет уменьшения затрат на эксплуатацию турбин, реактивных двигателей и многого другого. А холдинг «СИБУР» называет цифровые двойники важной частью достижения «умных результатов» и экономит с ними сотни миллионов рублей в год, повышая выработку газа и оптимизируя производство.
В России цифровые двойники входят в ТОП-5 приоритетных технологий для достижения технологического лидерства, со стороны бизнеса растет спрос на такие решения. В 2022 году Россия стала первой страной, где появился национальный стандарт цифровых двойников изделий. Однако в целом, по словам экспертов, российский рынок по технологиям математического моделирования и цифровых двойников качественно и функционально отстает от мирового на 5–10 лет. Если глобальный стремительно растет, то российский только формируется и в основном за счет крупных компаний.
Если возвращаться к экологической теме, то на практике наличие цифрового двойника города позволяет, например, смоделировать течение реки во время наводнения и проанализировать потери на основе масштабов затопления в сравнении со строительными данными, такими как стоимость недвижимости. На основе полученных данных проектировщики могут использовать встроенные в программное обеспечение средства моделирования для разработки мер по снижению последствий (например, возведение более высоких дамб, увеличение пропускной способности системы ливневой канализации или более широкое использование зеленых крыш и водопроницаемых покрытий) и повторного проведения моделирования для проверки эффективности предложенных мер.
Если масштабировать вопрос – в русле экологической безопасности – то нельзя не упомянуть проект виртуальной Земли.
Европейское агентство эксплуатации метеорологических спутников (EUMETSAT) в 2020 году выступило с инициативой Destination Earth, чтобы бороться с изменением климата и экологическими катастрофами. Планируется использовать пресловутые «биг дата», аналитику данных, искусственный интеллект и массу других приложений. Цифровых двойников будет несколько, они будут выполнены в виде числовых моделей, объединенных в суперкомпьютере; от них требуется способность прогнозировать погоду и климат, океанские течения, запасы пищи и воды, влияние человека на окружающую среду.
Огромный объем данных потребует совершенно нового вычислительного уровня. Ученые надеются на компьютер в четыре раза мощнее швейцарского Piz Daint, в котором установлено 5000 графических ускорителей Nvidia Tesla P100. Сам компьютер, по скромным подсчетам, будет обладать мощностью 20 МВт.
Исследователи особо отмечают, что будущий суперкомпьютер должен быть построен там, где его узлы смогут работать на возобновляемых источниках энергии, иначе он будет производить значительное количество CO2. Впрочем, скептики и вовсе предостерегают от использования суперкопьютеров, потому что они потребляют много электроэнергии как для работы, так и для охлаждения процессоров.
В 2022 году было объявлено, что проект получит стартовый капитал в 150 млн евро в рамках Программы Цифровая Европа. На сегодняшний день в любых описаниях проекта, которые можно найти в Сети, используется в основном будущее время. В апреле 2023 года в рамках Генеральной Ассамблеи Европейского союза по геонаукам (GEU) состоялось две сессии, посвященные проектам Destination Earth и Digital Twins.
Выводы: масштабировать поступенно
Цифровой двойник Земли это, конечно, интересная и, возможно, полезная идея, но, учитывая затраты и тот вред который вычислительные мощности могут приносить экологии, не похоже, что это будет воплощено в ближайшем будущем.
Совсем другое дело с цифровыми двойниками городов. Это уже функционирующие и приносящие свои плоды проекты. Основную проблему в сфере представляет тот факт, что невозможно просто скопировать опыт построения модели того же Сингапура (или Хельсинки, Стокгольма и Ренна) – платформы, на которых строятся модели сложно разрабатывать с использованием зарубежного оборудования (особенно сейчас), потому как в информационную модель закладывают огромное количество данных, многие из которых имеют гриф секретности.
В Российской Федерации сейчас разрабатывается программа по созданию ГИСОГД РФ, которая в перспективе должна стать единой платформой сбора комплексных цифровых данных о городе, а заодно сформулировать требования к разработке территориальных моделей.
Одним из наиболее проработанных проектов смело можно назвать цифровой двойник Москвы. Он существует с 2019 года и является собственной разработкой столицы. Представляет собой 3-D копию города, на которой отображены все здания, объекты, сооружения, транспорт и инженерные коммуникации. Проект активно участвует в управлении городом, платформу используют для планирования жилых, промышленных и социальных объектов. С помощью цифрового двойника можно принимать решения в сфере градостроительства, транспорта и экологии, а также следить за реализацией значимых московских проектов.