تمر تقنية التوأم الرقمي بمرحلة حرجة من التطور في مختلف الصناعات، حيث تنشط الشركات المصنعة في مجالات متعددة في هذا المجال.
يجب تكييف تطبيق تكنولوجيا التوأم الرقمي مع احتياجات التنمية وخصائص البيانات والمتطلبات التقنية لكل صناعة. وسيركز هذا التقرير على تحليل تكنولوجيا واتجاهات التوأم الرقمي في مجالات الإدارة الحضرية وإدارة الموارد الطبيعية، وتطبيقاتها الرئيسية، واتجاهات التطوير، وفرز الشركات الرائدة في مجال التكنولوجيا.
المدينة الرقمية التوأم: إعادة إنشاء العالم الحقيقي والتوجه نحو التفاعل بين العالم الافتراضي والواقعي. المدينة الرقمية التوأم هي رسم خرائط للفضاء المادي للمدينة في الفضاء الرقمي، مع مزامنة البيانات والتفاعل التعاوني بين المدينتين الرقمية والمادية.
أثناء عملية الإنشاء، تقوم بتخطيط المدينة من الفضاء المادي إلى الفضاء الرقمي من خلال تجميع البيانات وعرض النمذجة. أما في التطبيقات العملية، فهي تحل المشاكل في التخطيط الحضري والإدارة والخدمات الحضرية من خلال المحاكاة والتحكم التفاعلي.
إن الهدف المثالي للمدينة التوأم الرقمية وإدارة الموارد الطبيعية التوأم الرقمية هو تحقيق التشغيل المتزامن للبعد المادي والبعد الخاص بالبيانات، والتفاعل بين البعد الافتراضي والواقعي.
التكنولوجيا: البيانات هي الأساس، والنمذجة هي الجسم، والمحاكاة هي التطبيق.
تشمل التقنيات الرئيسية للمدينة التوأم الرقمية: الحصول على البيانات، وعرض النماذج، وتحليل المحاكاة، والتحكم التفاعلي.
يتضمن جمع البيانات وإنتاجها مجموعة متنوعة من البيانات مثل المعلومات الجغرافية ومعلومات المباني واستشعار إنترنت الأشياء. وفي الوقت الحالي، تتطور طرق الجمع من التصوير الجوي إلى التصوير الفوتوغرافي المائل والمسح بالليزر واستشعار إنترنت الأشياء. وتتزايد أهمية هيكلة البيانات وإضفاء الطابع الدلالي عليها.
إن التطبيق الأولي للمدن الرقمية التوأم هو في الأساس لتلبية احتياجات التصور. فيما يتعلق بالنمذجة والعرض، يستخدم المصنعون في الغالب محركات ألعاب ذات تأثيرات عرض ممتازة أو محركات نظم المعلومات الجغرافية ذات قدرات تحليل مكانية متميزة. يُظهر هذان النوعان من المحركات حاليًا اتجاهًا للتعلم المتبادل والتطوير المتكامل.
ومع تطور المدينة التوأم الرقمية، توسعت تطبيقاتها إلى ما هو أبعد من التصور، حيث أصبحت المحاكاة والتحليل والتفاعل اتجاهات مهمة للتطوير.
التطبيقات: الحوكمة الحضرية، إدارة الموارد، مطبقة على نطاق واسع. هناك العديد من حالات المدن التوأم الرقمية، ولكن تختلف متطلبات البناء في كل مدينة، مما يؤدي إلى اختلافات كبيرة في الشكل النهائي والتطبيقات.
يمكن استخدامه للرصد الإحصائي الحضري والإدارة الذكية، وكذلك لاستعادة المشهد الحضري ومحاكاة السيناريوهات. ما وراء المدينة, يمكن أن تساعد التوائم الرقمية أيضًا في إدارة الموارد الطبيعية، مع تطبيقات في مختلف الصناعات مثل الموارد المائية والكهرباء والبيئة.
التوقعات المستقبلية: الإسهام في تأسيس الميتافيرس وقيادة الترقيات التكنولوجية بالمفاهيم. يعد تطبيق التوائم الرقمية مفيدًا لتراكم تكنولوجيا وقواعد الميتافيرس؛ ويفرض الميتافيرس بدوره متطلبات أعلى على التكنولوجيا ويوفر إرشادات متطورة لتطبيق التوائم الرقمية.
تشمل النقاط الرئيسية لبناء تطبيقات صناعة التوأم الرقمي المستقبلية ما يلي:
1) مرحلة معالجة البيانات: إجراء المعالجة الدلالية للبيانات المكانية ووضع معايير موحدة لدمج البيانات;
2) مرحلة النمذجة والتقديم: تحليل بيانات التوازن والتأثيرات البصرية;
3) مرحلة التطبيق: تحسين دقة التطبيق وعمقه، وتحقيق تحليل المحاكاة والتحكم العكسي لمعدات محددة وسيناريوهات غنية.
المخاطر: قد لا يلبي تطوير التكنولوجيا التوقعات، وقد لا يلبي التقدم المحرز في تنفيذ التطبيقات النهائية التوقعات.
نشأت التوائم الرقمية من الفضاء والصناعة، ثم طُبقت لاحقاً في مجالات مثل الإنشاءات الهندسية وإدارة الموارد الطبيعية والحوكمة الحضرية.
مع تطور تقنيات التوأم الرقمي والحوكمة الحضرية وتكاملها، تم تطبيق مفهوم التوائم الرقمية على بناء المدن الذكية، مما أدى إلى التكنولوجيا الحالية وتطبيق المدن التوأم الرقمية.
ووفقًا لتعريف معهد المعلومات والاتصالات، فإن المدينة الرقمية التوأم ترسم المدينة الرقمية التوأم الفضاء المادي للمدينة في الفضاء الرقمي، وتحل المشاكل الحضرية من خلال المحاكاة والمراقبة والتشخيص والتنبؤ والتحكم، وتحقق التشغيل المتزامن والتفاعل بين البعدين المادي والبيانات للمدينة.
المدن التوأم الرقمية لها مسارها التنموي وسيناريوهات تطبيقها الخاصة بها، ومن الضروري بناءها. هناك حاجة إلى النمذجة الرقمية للمباني والنقل والجوانب الأخرى في الإدارة الحضرية لدعم التحليل واتخاذ القرارات. قبل ظهور مفهوم metaverse، كان بناء المدن التوأم الرقمية ثلاثية الأبعاد للمشهد الحقيقي قيد التنفيذ بالفعل.
وتقود وزارة الإسكان والتنمية الحضرية والريفية منصة الصين الأساسية لنمذجة معلومات المباني ذات الأبعاد الثلاثية بقيادة وزارة الإسكان والتنمية الحضرية والريفية، مع التركيز بشكل أكبر على الوصول إلى نماذج نمذجة معلومات المباني وبيانات التصور. وتتولى وزارة الموارد الطبيعية قيادة منصة الصين ثلاثية الأبعاد للمشهد الحقيقي في الصين، وتشمل أهدافها الإنشائية دمج المعلومات الجغرافية على مستوى التضاريس وعلى مستوى المدينة.
وعلى الرغم من اختلاف المسارات التقنية، إلا أن كلا من تقنية نمذجة معلومات الحيز المكاني والمشهد الحقيقي ثلاثي الأبعاد يؤكدان على الارتباط والترابط في الوقت الحقيقي بين الفضاء الرقمي والفضاء الحقيقي، مما يوفر أساسًا للتحليل المكاني وتطبيقات الإدارة الحضرية.
01 المدينة الرقمية التوأم الرقمية - إعادة إنشاء العالم الحقيقي والتوجه نحو 1TP15التفاعل الافتراضي
إن تطوير المدن الرقمية التوأم يضع الأساس للمدن الرقمية الفوقية، كما أن اقتراح مفهوم المدن الرقمية الفوقية يعزز تطوير المدن الرقمية التوأم.
أصدرت مدينة شنغهاي "خطة عمل المسار الجديد لمدينة شنغهاي التي تحمل عنوان "خطة عمل المسار الجديد "ميتافيرس" (2022-2025)، والتي تدرج المدن التوأم الرقمية كأحد المشاريع الثمانية الرئيسية. وهي تقترح جمع البيانات المكانية الحضرية وإدارتها وتشغيلها من خلال التوأم الرقمي للبنية التحتية الحضرية، ثم إنشاء حلول صناعية في مجالات مثل السياحة والنقل.
تحتوي المدن الرقمية التوأم على عدد كبير من المشاهد ثلاثية الأبعاد، وقد تراكمت الخبرة الأولية في بنائها لتطوير المتحول. يمكن أيضًا إعادة استخدام معايير البيانات ومواد المشهد وحلول التطبيقات المتراكمة في بناء المدن التوأم الرقمية في المتحول. يقترح الميتافيرس مفاهيم متطورة نسبيًا ومتطلبات تقنية أعلى، مع التركيز على خصائص مثل الأصالة والتفاعلية والثراء، والتي قد تدفع تطوير التقنيات والصناعات ذات الصلة، ومن ثم يكون لها تأثير على المدن الرقمية التوأم.
تشمل التقنيات الرئيسية للمدينة التوأم الرقمية الحصول على البيانات، والنمذجة والعرض، والمحاكاة والتحليل، والتحكم التفاعلي.
1) في مرحلة الحصول على البيانات، عادةً ما يستخدم المصنعون أجهزة الاستشعار عن بُعد وأجهزة إنترنت الأشياء لجمع البيانات، ثم معالجة البيانات الضخمة المكانية والزمانية الحضرية ودمجها.
2) النمذجة والعرض تحويل المعلومات الجغرافية للمدينة والبيانات الأخرى متعددة المصادر إلى نماذج واقعية ثلاثية الأبعاد.
3) مرحلة تحليل المحاكاة، والتي عادة ما تكون لمحاكاة أو مراقبة تشغيل المدينة للمساعدة في التخطيط والتشغيل الحضري.
4) التحكم التفاعلي يستند إلى تحليل المحاكاة، ويتحكم تلقائيًا في العالم الحقيقي وفقًا لنتائج التحليل، مما يحقق الإدارة الذكية للمدينة.
المخطط البياني 1: آلية تشغيل المدن الرقمية التوأم
I. البيانات: أساليب الجمع المتنوعة، تتزايد أهمية البيانات المنظمة والدلالية.
تغطي البيانات ثلاثة مستويات: الكلي والمتوسط والجزئي، مع مجموعة متنوعة غنية من أنواع البيانات
تمتد البيانات المطلوبة للمدينة التوأم الرقمية إلى أقسام متعددة، مع اختلاف في التفاصيل وترددات التحديث. ووفقًا لـ "الكتاب الأبيض للمدينة التوأم الرقمية من هواوي"، يمكن تقسيم إطار البيانات الأساسي للمدينة التوأم الرقمية إلى الطبقات الثلاث الكلية والمتوسطة والصغرى بناءً على التفصيل.
البيانات الكلية الحضرية هي في الأساس معلومات جغرافية، والتي تشمل بشكل أساسي: المعلومات الجغرافية الحضرية الثابتة القائمة على الاستشعار عن بُعد عبر الأقمار الصناعية، والتحديثات الإضافية للمعلومات الجغرافية القائمة على أساليب المسح ورسم الخرائط الجديدة.
عادةً ما يتم تصنيف البيانات الحضرية المتوسطة حسب الكيانات الجغرافية، الجمع بين المعلومات الجغرافية والبيانات الموضوعية الفريدة في المدن، بما في ذلك البيانات الحضرية وبيانات المباني، وبيانات الأعمال من أنظمة المعلومات الحكومية، وبيانات مشغلي الاتصالات، إلخ.
تتضمن البيانات الحضرية الجزئية الحضرية سيناريوهات مختلفة لإنترنت الأشياء. تُستخدم المعلومات الجغرافية والبيانات الثابتة الأخرى بشكل أساسي لوصف ظروف المدينة. ومع ذلك، ولتحقيق رسم الخرائط في الوقت الفعلي والتفاعل بين العالمين الافتراضي والمادي في المدينة الرقمية التوأم، يلزم أيضًا وجود كمية كبيرة من البيانات الديناميكية، والتي غالبًا ما يتم جمعها من خلال إنترنت الأشياء (IoT).
الرسم البياني 2: بنية بيانات المدينة التوأم الرقمية
- جمع البيانات متعددة المصادر: التطور من التصوير الجوي إلى التصوير المائل والمسح بالليزر وتصور إنترنت الأشياء
ينطوي بناء مدينة رقمية توأم على مجموعة متنوعة من مستويات البيانات وأنواعها، ويتم تحديث طرق جمعها باستمرار. وتُعد المسح التصوير الفوتوغرافي بالأقمار الصناعية والجوية، والتصوير الفوتوغرافي المائل، والليدار، وجمع البيانات الطرفية باستخدام إنترنت الأشياء هي الطرق الرئيسية لجمع البيانات. وتتمثل ميزة المسح التصوير الفوتوغرافي بالأقمار الصناعية والجوية في أنها تتمتع بنطاق تغطية واسع ودقة بيانات عالية، مما يسمح بالحصول على البيانات بسرعة. ومع ذلك، قد تكون هناك مشاكل انسداد شديدة عند استخدام هذه الطريقة للنمذجة ثلاثية الأبعاد.
ومقارنةً بالتصوير الرأسي التقليدي، يمكن للمسح التصويري المائل الحصول على نسيج الجزء العلوي والجانبين من المباني، بالإضافة إلى معلومات عن الخطوط العريضة للمنازل وارتفاعها. يمكن لدار ليدار توليد سحب نقطية عالية الكثافة وعالية الدقة، والتي يمكنها حساب الإحداثيات ثلاثية الأبعاد للأجسام المجمعة بدقة. تساعد محطات إنترنت الأشياء في الوصول إلى كمية كبيرة من البيانات الديناميكية.
02 التكنولوجيا - أساسيات البيانات والنمذجة كهيئة والمحاكاة كاستخدام
تتطور طرق الحصول على البيانات الحالية للمدن التوأم الرقمية من التصوير الجوي إلى التصوير الفوتوغرافي المائل والمسح بالليزر وتصور إنترنت الأشياء.
الرسم البياني 3: لمحة عامة عن مختلف طرق جمع البيانات المستخدمة في المدن الرقمية التوأم.
الشكل 4: رسم تخطيطي لمبادئ المسح التصويري الجوي، والتصوير الفوتوغرافي المائل، ومبادئ الليدار.
2. دمج البيانات: يتم تسليط الضوء بشكل متزايد على أهمية دلالات البيانات والمعالجة المنظمة.
تتزايد أهمية هيكلة البيانات وإضفاء الطابع الدلالي عليها. وعلى الرغم من أن تقنيات مثل التصوير الفوتوغرافي المائل والليدار يمكن أن تنتج بسرعة خرائط ثلاثية الأبعاد واسعة النطاق، من منظور الحوسبة الحضرية والتحليل الذكي، فإن هذه النماذج لا تزال تنتمي إلى البيانات غير المهيكلة، والتي لا يمكن التعرف عليها بواسطة أجهزة الكمبيوتر، مما يحد من قدرة المدينة الرقمية التوأم على تحقيق وظائف التحليل المعقدة.
لذلك، من الضروري استخدام التكنولوجيا الدلالية لاستخراج سمات أنواع مختلفة من البيانات وربطها. وتتضمن التقنيات المحددة بشكل أساسي تكنولوجيا الاستخراج الذكي للبيانات المكانية متعددة الوسائط ومتعددة النطاقات للبيانات المكانية، والتكنولوجيا الدلالية، وتكنولوجيا التعلم العميق، وما إلى ذلك.
الرسم البياني 5: تتم معالجة البيانات للمعالجة الأحادية والدلالية قبل استخدامها في العمليات.
يتطلب ترميز البيانات معايير موحدة، ومعايير البيانات ذات الصلة هي حالياً قيد التطوير. الكيانات المادية تحتاج إلى ترميز فريد من نوعه لتحقيق تطابق واحد لواحد مع العالم الرقميولضمان توافق ترميز الشركات المصنعة المختلفة مع بعضها البعض وتجنب البناء الزائد عن الحاجة، ازدادت أهمية المعايير الموحدة.
تُعد معايير فئة البيانات جزءًا مهمًا من المدينة الرقمية التوأم التي تنص على التعبير عن البيانات ومعالجتها وتطبيقها وخدماتها في المدينة الرقمية التوأم.
وفي الوقت الحالي، في مجال دمج البيانات، تم وضع بعض المعايير لترميز البيانات وجمعها ومشاركتها. ومع ذلك، لا يزال تطوير المعايير الخاصة بموارد البيانات وإدارتها وخدماتها قيد التطوير.
وبمساعدة معايير الترميز وتكنولوجيا هيكلة البيانات وإضفاء الطابع الدلالي عليها، يمكن تحويل المدينة الرقمية التوأم من مدينة رقمية يمكن للبشر قراءتها إلى مدينة يمكن تحليلها آلياً. وعلى الرغم من أن هذه التقنيات لا تزال في مرحلة التطوير والبحث، إلا أن أهميتها في تزايد مستمر.
الرسم البياني 6: القائمة التفصيلية لمعايير فئة البيانات التوأم الرقمي الحضري
ثانياً. النمذجة والتقديم: تركز محركات الألعاب على المؤثرات البصرية، بينما تركز محركات نظم المعلومات الجغرافية على التحليل المكاني، ويظهر اتجاه للتكامل بين الاثنين.
تُعد النمذجة جزءًا من عملية إنتاج البيانات الأوسع نطاقًا، كما أن تكامل النماذج وعرضها هي الوظائف الرئيسية التي توفرها منصة التوأم الرقمي.
1) مرحلة النمذجة: يمكن الحصول على نماذج التضاريس ذات المقياس الأكبر من خلال رسم الخرائط بالحاسوب أو معالجة الصور بالاستشعار عن بُعد؛ وتتنوع مصادر النماذج للمباني والمرافق الحضرية ذات المقياس الأصغر، والتي يمكن إنشاؤها من خلال التخصيص والمعالجة الدلالية للبيانات ثلاثية الأبعاد مثل التصوير المائل وسحب نقاط الليزر، أو تحويلها من بيانات التصميم بمساعدة الحاسوب أو بيانات نمذجة معلومات البناء، أو تنفيذها من خلال النمذجة البارامترية.
2) مرحلة التكامل: تُدمج النماذج من مصادر مختلفة في نموذج حضري ثلاثي الأبعاد على أساس الموقع الجغرافي;
3) مرحلة التقديم 3) مرحلة التقديم: تتم إضافة القوام والألوان ومعلومات الإضاءة إلى النموذج ثلاثي الأبعاد لإخراج صورة ثلاثية الأبعاد للمدينة. توفر جميع منصات التوأمة الرقمية الحالية، بما في ذلك برمجيات نظم المعلومات الجغرافية ومحركات الألعاب وبرمجيات التصور، وظائف لدمج النموذج والعرض، ولكن لكل منها تركيزه الخاص بسبب اختلاف الهبات.
الرسم البياني 7: عملية تصور النمذجة الحضرية ثلاثية الأبعاد
يمكن تقسيم محركات النمذجة والعرض المستخدمة في المدن الرقمية التوأم بشكل أساسي إلى ثلاث فئات: محركات الألعاب، ومحركات نظم المعلومات الجغرافية، والمحركات الصناعية.
في الوقت الحاضر، يمكن تقسيم محركات النمذجة والتقديم المستخدمة بشكل رئيسي في مجال التوائم الرقمية الحضرية إلى عدة فئات تقريبًا - تركز محركات نظم المعلومات الجغرافية على معالجة المعلومات الجغرافية، مع حالات نموذجية مثل السيزيوم; تركز محركات الألعاب على تحسين تأثيرات العرضالمتمثلة في UE و Unity وغيرها; تركيز منصات النمذجة الصناعية على المحاكاة وتحليل المحاكاةمثل برنامج 3DEXPERIENCE من Dassault Systemes.
بالمقارنة مع القطاعين الصناعي والترفيهي، يكمن تفرد التوائم الرقمية الحضرية في طلبهم على المعلومات الجغرافية وبيانات نمذجة معلومات المباني. حاليًا، في حالات بناء المدن التوأم الرقمية، يتم استخدام محركات الألعاب ومحركات نظم المعلومات الجغرافية بشكل أكثر شيوعًا، ويظهر هذان النوعان من المحركات أيضًا اتجاهًا للتطوير المتكامل.
الرسم البياني 8: مقارنة بين المحركات الرئيسية للتوأم الرقمي الرئيسي VP15
1. محرك اللعبة: قدرات عرض ممتازة في الوقت الحقيقي، وموارد دعم وفيرة، ودعم محسّن لأنواع مختلفة من البيانات.
محرك Unreal Engine (UE) هو محرك يستخدم على نطاق واسع في بناء المدن التوأم الرقمية. تكمن ميزته في قدرات العرض الواقعية في الوقت الحقيقي، والتي يمكنها تحقيق استعادة واقعية لمظهر المدن والمباني. UE هو محرك ألعاب تابع لشركة Epic Games، وبالإضافة إلى مجال الألعاب، فإنه يُستخدم أيضًا على نطاق واسع في مجالات مثل الهندسة المعمارية والنقل والتدريب على المحاكاة.
وفقًا لاستطلاع أجرته شركة CGarchitect, 52% من المهندسين المعماريين سيستخدمون Unreal Engine لإنشاء مشاريع في الوقت الفعلي في عام 2020. يركز التطبيق الرئيسي للتطبيق الرئيسي للتصوير الموحّد في مجال التوائم الرقمية على التوائم الرقمية للمدن والحدائق والمطارات. يتمتع UE بالمزايا التقنية التالية في مجال التصور المعماري:
► مؤثرات عرض ممتازة وموارد داعمة غنية. UE تأثيرات عرض ممتازة، مع هندسة المضلعات الافتراضية الدقيقة الافتراضية Nanite، والتي يمكنها استيراد نماذج CAD عالية التفصيل وحتى استيراد بيانات المسح على نطاق المدينة.
يمكن لحل Lumen، وهو حل إضاءة عالمية ديناميكي، عرض المشاهد وتغييرات الإضاءة في الوقت الفعلي، ويستغرق جزءًا بسيطًا من الوقت اللازم للعرض دون اتصال بالإنترنت لتحقيق تأثيرات بصرية مماثلة.
بالإضافة إلى ذلك، لديها ثروة من الموارد الداعمة. يسهل تطبيق المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد، RealityScan، على المطورين في المسح الضوئي وإنشاء النماذج ثلاثية الأبعاد التي يحتاجونها. كما أنه يوسع مجموعة أدوات النمذجة وUV ويسمح للمطورين بتعديل النماذج المستوردة في محرك Unreal Engine، مثل تغيير طول الدرج وارتفاعه وعدد درجاته.
► يدعم اتصالات بيانات متنوعة، مع دعم محسّن لنظم المعلومات الجغرافية. يمكن للمكوِّن الإضافي Datasmith استيراد النماذج الموجودة في 3ds Max أو Revit أو SketchUp Pro أو Rhino أو Cinema 4D أو غيرها من حلول التصميم بمساعدة الحاسوب ونمذجة معلومات المباني ونمذجة معلومات المباني إلى محرك Unreal Engine، حيث يمكن الاستمرار في تعديلها.
يدعم UE4.25 رسميًا استيراد سحابة النقاط ويوفر وظائف مثل التحرير وتحليل التصادم. كما تم تحسين مستوى الدعم لنظم المعلومات الجغرافية أيضًا، حيث أصدرت أفضل الشركات المصنعة لنظم المعلومات الجغرافية مثل SuperMap و ESRI ملحقات Unreal الخاصة بها.
► يدعم التعاون والمشاركة. يدعم Unreal Engine مجموعة متنوعة من تنسيقات الملفات لتسهيل دمج بيانات التصميم من مصادر ومؤلفين مختلفين. يدعم نظام تحرير متعدد المستخدمين، مما يسمح بتكرار أسرع من خلال مشاركة التصاميم مع أصحاب المصلحة الآخرين أثناء المراجعات التعاونية. وفي الوقت نفسه، يوفر مجموعة متنوعة من طرق العرض المختلفة مثل VR والفيديو والصور البانورامية ومقاطع الفيديو بزاوية 360 درجة، مما يوفر طرقاً ملائمة ومتنوعة للترويج للمدن الرقمية التوأم.
الرسم البياني 9: إمكانيات الرسومات في الوقت الحقيقي لمحرك Unreal Engine وعرض الموارد الداعمة الغنية
2. محرك نظام المعلومات الجغرافية: قدرات متميزة في الوصول إلى البيانات المكانية ومعالجتها، مع التحسين المستمر في قدرات التصور.
يُظهر برنامج Cesium وغيره من محركات نظم المعلومات الجغرافية ثلاثية الأبعاد قدرات ممتازة في معالجة البيانات المكانية عند تطبيقه على تطوير المدن الرقمية التوأم. تم إصدار Cesium من قبل شركة البرمجيات الفضائية AGI في عام 2012 وأصبح الآن أحد أشهر مشاريع نظم المعلومات الجغرافية ثلاثية الأبعاد مفتوحة المصدر. كما تم تطوير بعض الإصدارات الأمامية ثلاثية الأبعاد من بائعي نظم المعلومات الجغرافية استناداً إلى محرك Cesium.
كمحرك لنظم المعلومات الجغرافية، يمكن لـ Cesium الوصول إلى تنسيقات مختلفة من البيانات ومعالجتها مثل الصور والتضاريس والبيانات المتجهة، ويمكنه أيضًا إجراء تحليل مكاني ثلاثي الأبعاد، مثل حساب حجم الحفر والتعبئة لنماذج التصميم. أنشأت Cesium معيار بيانات خصيصًا لنقل وعرض البيانات الجغرافية المكانية ثلاثية الأبعاد - 3D Tiles.
فيما يتعلق بالتصوير، يقوم Cesium بالعرض في الوقت الحقيقي على صفحة الويب، والتأثيرات المرئية ضعيفة نسبيًا. ومع ذلك، يمكن استيراده إلى محرك UE من خلال المكون الإضافي Cesium for Unreal لإنشاء محاكاة أكثر روعة في العالم الحقيقي.
الرسم البياني 10: عرض وظائف محرك سيزيوم في مجال المدن التوأم الرقمية
يشير تطوير Cesium و UE إلى اتجاه التكامل المتبادل بين محركات نظم المعلومات الجغرافية ومحركات الألعاب في مجال المدن الرقمية التوأم.
◄ محركات الألعاب لديها عرض محسن للمشاهد الكبيرة مثل المدن.
1) تدعم ميزة الإحداثيات العالمية الكبيرة (LWC) دقة الفاصلة العائمة 64 بت، مما يوسع نطاق المشاهد المدعومة;
2) تسمح المكونات الإضافية المرجعية الجغرافية للمطورين بربط مواضع الكائنات في UE مع مواضعها في الفضاء المادي;
3) يقسم نظام التقسيم العالمي العالم إلى شبكات، مما يضع الأساس لإنشاء مشاريع على نطاق المدينة.
"أدخلت محركات نظم المعلومات الجغرافية مكونات إضافية لتحسين المؤثرات المرئية وتوسيع تنسيقات البيانات لتعزيز التفاعل. وقد أطلقت العديد من محركات نظم المعلومات الجغرافية مكونات إضافية لنظم المعلومات الجغرافية UE، مع أخذ Cesium لـ Unreal كمثال. يتم وضع هذا المكون الإضافي في محرك UE ويمكنه استيراد بيانات ثلاثية الأبعاد بتنسيق 3D Tiles من Cesium إلى محرك UE للتصور. يمكن أن تتفاعل النماذج المستوردة أيضًا مع كائنات أخرى في محرك UE. وفي الوقت نفسه، أعلنت Cesium عن توسيع تنسيق بيانات 3D Tiles. سيكون معيار 3D Tiles Next المستقبلي دلاليًا إلى حد كبير، مما يسمح للمحاكاة بالتفاعل بشكل أكثر ذكاءً مع بيئتها."
الرسم البياني 11: رسم تخطيطي لنقل بيانات السيزيوم
ثالثًا: المحاكاة. المحاكاة: يساعد حساب المحاكاة واستخراج البيانات في اتخاذ القرارات المتعلقة بالعمليات الحضرية.
يشير حساب المحاكاة إلى المحاكاة والحساب العددي للخصائص الفيزيائية لكائن النمذجة في العالم الحقيقي. تم تطبيق هذه التكنولوجيا بشكل رئيسي في مجالات خاصة والفضاء في المرحلة المبكرةواستخدمت على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي واختبارات المحاكاة وغيرها من المجالات.
بالمقارنة مع مجالات مثل الإنتاج الصناعي، فإن المحاكاة في المدن التوأم الرقمية لها خصائصها الخاصة:
1) على نطاق واسع، لا تستهدف المدن الرقمية التوأم كائنًا أو حدثًا معينًا فحسب، بل تحتاج إلى تحليل البيانات من مختلف المجالات على نطاق المدينة بأكملها، واستنتاج اتجاهات التنمية من خلال تحليل التفاعل السببي عبر المجالات.
2) تعتمد على البيانات في الوقت الحقيقي: المحاكاة التقليدية لها قدرات محدودة في الوقت الحقيقي وغالباً ما تعتمد على البيانات التاريخية للاستقراء. في المدن التوأم الرقمية اليوم، يمكن لمجموعة واسعة من مستشعرات إنترنت الأشياء جمع البيانات في الوقت الحقيقي التي يتطلبها النموذج، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لتحسين نتائج المحاكاة ديناميكيًا.
3) الحوسبة السحابية: تتطلب محاكاة البيانات واسعة النطاق ومتعددة الأبعاد والتحليل والتحسين في الوقت الحقيقي المزيد من قوة الحوسبة الوفيرة. نحن نعتقد أن التحويل السحابي لمحاكاة المدينة الرقمية التوأم قد يصبح اتجاهاً للتطوير.
الرسم البياني 12: المحاكاة على المستوى الحضري عبر مجالات متعددة
الرسم البياني 13: أوضاع عمل المحاكاة في الوقت الحقيقي
يمكن أن يساعد التنقيب في البيانات التي يتم جمعها في مدينة توأم رقمية في اتخاذ قرارات التشغيل الحضري ودعم تطبيق المدن الذكية. في الوقت الحالي، تركز بعض المدن التوأم الرقمية بشكل أكبر على النمذجة ثلاثية الأبعاد للمدينة، ولا يتم استخدام البيانات في الوقت الفعلي للتنبؤ في العديد من الحالات الفعلية. ومع ذلك، إذا لم يتم إجراء المزيد من التحليل والتنبؤ، فإن البيانات ثلاثية الأبعاد والبيانات في الوقت الحقيقي التي يتم الوصول إليها في المدينة التوأم الرقمية ستواجه إهدارًا خطيرًا.
وفقًا لإحصائيات مركز علي بابا للأبحاث السحابية، فإن إجمالي كمية بيانات الفيديو التي سجلتها جميع الكاميرات في مدينة ما تعادل 100 مليار صورة، ويستغرق الأمر أكثر من 100 عام لكي يشاهدها الشخص كلها. هذه الكمية الهائلة من بيانات الفيديو "نائمة"، ويمكن للمشرفين الوصول إلى أقل من 101 تيرابايت و12 تيرابايت.
نظرًا للكم الهائل والأنواع المعقدة من البيانات, يتطلب تحليل المدينة الرقمية التوأم تطبيق تقنيات في مجال الذكاء الاصطناعي، مثل التنقيب عن البيانات، والتعلم العميق، والتحسين الذاتي.
من بينها، يمكن لتقنيات مثل الرؤية الحاسوبية ومعالجة اللغة الطبيعية والتعرف على المقاييس الحيوية تحويل البيانات غير المنظمة مثل الكلام والنصوص والصور ومقاطع الفيديو إلى بيانات منظمةوالتحضير للتحليل اللاحق.
يمكن لتقنية الرسم البياني المعرفي استخراج العلاقات بين البياناتمما يمكّن من اكتشاف أنماط العمليات الحضرية ويجعل التفكير المتعمق ممكنًا.
الرسم البياني 14: أمثلة على استخدام التنبؤ الذكي في مراحل مختلفة من المدينة الرقمية التوأم
IV. اتجاهات التنمية: التنبؤ التحليلي المعزز وقدرات التفاعل الذكي
في المراحل الأولى من تطور المدن التوأم الرقمية، اقتصرت تطبيقاتها بشكل أساسي على رسم خرائط لصورة المدينة وتجميع وعرض البيانات الداخلية للمدينة. أما في الوقت الحالي، فقد تطورت نحو المحاكاة والتفاعل بين الافتراضي والواقعي.
وفيما يتعلق بالتنبؤ التحليلي، تم تطبيق تقنيات المحاكاة والتنقيب عن البيانات في بعض المشاريع المعيارية. على سبيل المثال، تتمتع مشاريع التوأمة الرقمية بالقدرة على محاكاة تدفقات المشاة وحركة المرور، والتي يمكن استخدامها لمحاكاة مختلف تدابير السيطرة على الحشود في ظل ظروف الحشود المختلفة وأساليب الإدارة في ظل تدفقات حركة المرور المختلفة.
كما أن التفاعل الذكي هو الحال أيضًا، مع بعض الممارسات التفاعلية للمدن التوأم الرقمي من جانب المستخدم وجانب التطوير. على سبيل المثال، تقوم الشركات المصنعة للتوأم الرقمي بتوحيد إدارة معدات المراقبة وفقًا لسير عمل العملاء واحتياجات العمل، ويتمتع النظام بالقدرة على الفحص عن بُعد والإنذار المبكر التلقائي وتحليل الأعطال، مما أدى بالفعل إلى تحسين كفاءة الفحص.
يعد تحليل المحاكاة والتحكم العكسي أحد الاتجاهات في تطوير المدن التوأم الرقمية، وستكون التطبيقات المستقبلية أكثر ثراءً ونضجًا. على سبيل المثال، لا تزال الحالات الرئيسية للتحكم الآلي في المدن التوأم الرقمية في الوقت الحاضر هي مراقبة أجهزة الاستشعار المختلفة مثل أجهزة استشعار الدخان ودرجة الحرارة ومراقبة الفيديو، وإصدار الإنذارات عندما تكون البيانات غير طبيعية. ومع ذلك، لا تزال المعالجة اليدوية مطلوبة، ويجب تحسين قدرة أنظمة المدن الرقمية التوأم على حل المشاكل بشكل مستقل.
تتمتع تكنولوجيا المدينة التوأم الرقمية بمجموعة واسعة من التطبيقات في المناطق الحضرية ومجال إدارة الموارد الطبيعية، وقد تمكنت بالفعل من تحقيق مجموعة متنوعة من الوظائف.
للمدن التوأم الرقمية حاليًا العديد من حالات التطبيق محليًا ودوليًا. ويمكن تطبيقها في المدن الحقيقية للمساعدة في التخطيط والإدارة الحضرية، كما يمكن تطبيقها في مجالات مثل الحفاظ على المياه والكهرباء والبيئة والزراعة لدعم إدارة الموارد الطبيعية والطاقة. وفيما يتعلق بالوظائف، فهي تتمتع بقدرات متعددة مثل عرض المباني والبيئة ورصد إحصاءات البيانات ومحاكاة تحليل البيانات.
I. حالات التوأمة الرقمية في الخارج: دمج وظائف متعددة مثل الإدارة الحضرية وإعادة إنتاج المناظر الطبيعية وتحليل البيانات.
في الوقت الحالي، يركز بناء المدن التوأم الرقمية في مختلف البلدان على بناء مدن توأم رقمية في مختلف البلدان. 1TP15سنغافورة الافتراضية يتكامل مع استراتيجية "الأمة الذكية"، ويمتلك العديد من تطبيقات الإدارة الذكية مثل طرق المرور والتخطيط الحضري وتحليل المحاكاة.
1TP15 هلسنكي الافتراضية قد حققت استعادة واقعية للمناظر الطبيعية المحلية الشهيرة، ولعبت دوراً هاماً في السياحة والأنشطة الافتراضية. 1TP15تيرتشوال ولينغتون يركز على تجميع بيانات حركة المرور والبيئة وإحصاءاتها وعرضها للمساعدة في صنع القرار العام.
1. 1TP15سنغافورة الافتراضية: أول مدينة توأم رقمية في العالم مع العديد من تطبيقات التحليل الذكي
1TP15سنغافورة الافتراضية هي أول منصة توأم رقمي حضري في العالمودمج المعلومات الدلالية للمباني وحمل البيانات الثابتة والديناميكية في مجالات متعددة.
تم إطلاق المشروع في عام 2015 وتم إنشاؤه بالاشتراك مع حكومة سنغافورة وداسووتم افتتاحه للجمهور في عام 2018. خلال ثلاث سنوات، قامت حكومة سنغافورة بما يلي استثمار ما مجموعه 73 مليون دولار أمريكي وتجميع 50 تيرابايت من البيانات. في عام 2020، في مؤشر المدينة الذكية الذي أطلقه المعهد الدولي للتنمية الإدارية IMD، احتلت سنغافورة المرتبة الأولى من بين 109 مدن حول العالم، مما يدل على فعالية الاستثمار الرقمي.
وتوفر منصة Virtual Singapore نموذجاً ثلاثي الأبعاد دقيقاً للمدينة، حيث تدمج وتعرض المعلومات الدلالية ومعلومات الموقع الجغرافي للمباني. ويمكن للمنصة الاستفادة من هذه المعلومات لإجراء عمليات محاكاة وتحليلات أكثر تقدماً.
بالإضافة إلى ذلك، تحمل المنصة بيانات ثابتة وديناميكية وفي الوقت الحقيقي في مختلف المجالات مثل السكان والتنقل والمناخ، وتجمع المعلومات من القطاعين العام والخاص. هذه البيانات الغنية تجعل من منصة Virtual Singapore منصة متكاملة للتطبيقات الحضرية، مع وظائف واسعة النطاق في مجالات المحاكاة البيئية الحضرية والتخطيط وصنع القرار.
الرسم البياني 15: تطبيقات جزئية لمنصة سنغافورة الافتراضية Virtual Singapore Platform
2. 1TP15 هلسنكي الافتراضية: يركز على الترميم الواقعي للمباني المستخدمة بشكل رئيسي في مجالات السياحة والترفيه.
1TP15هلسنكي الافتراضية (1TP15هلسنكي الافتراضية) يركز على استعادة المشهد الفعلي، مما يوفر تجارب واقعية في المناطق الحضرية VR. تم إطلاق المشروع في عام 2015 وتم إصداره في عام 2018, صممه المطور الفنلندي Zoan استنادًا إلى محرك Unreal Engine والبيانات المفتوحة من مدينة هلسنكي.
تجمع المنصة بين نماذج المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد وصور المباني والنمذجة اليدوية لتحقيق استعادة دقيقة للتفاصيل. على منصة هلسنكي Virtual Helsinki، يمكن للزوار التنقل بحرية والمشاركة في الحفلات الموسيقية والمعارض والاجتماعات والفعاليات، بل وزيارة هلسنكي في بداية القرن العشرين لاسترجاع الأحداث التاريخية.
في ظل الظروف التي أعاقت فيها جائحة COVID-19 التجمعات غير المتصلة بالإنترنت، أظهرت منصة هلسنكي VVirtual Helsinki إمكانية استضافة الفعاليات الافتراضية. في أبريل 2020، شاهد أكثر من 1.4 مليون شخص من الجمهور الافتراضي حفلاً موسيقيًّا للفرقة الفنلندية JVG على المنصة.
الرسم البياني 16: تأثير النمذجة VR قريب جدًا من المشهد الفعلي.
3. 1TP15تيرتشوال ولينغتون: يركز على إحصاءات البيانات وعرضها لمساعدة السكان على المشاركة في صنع القرار العام.
التوأم الرقمي لمدينة ويلينغتون، عاصمة نيوزيلندا, التركيز على تلخيص البيانات والإحصاءات والعرض التقديمي للمساعدة في صنع القرار العام. كان هذا المشروع تم إنشاؤها بواسطة Buildmedia باستخدام UEوتدمج المنصة بيانات مختلفة من المنظمات الحكومية وغير الحكومية، بما في ذلك أجهزة الاستشعار، والجغرافية المكانية، والمباني، والبنية التحتية، والبيانات عبر الإنترنت، والتي يمكن استخدامها للتخطيط الحضري وإحصاءات البيانات من قبل الحكومة والمؤسسات ذات الصلة، ويمكن للسكان الوصول إليها عبر الإنترنت.
في توأم ويلينغتون الرقمي، تم تلخيص كمية كبيرة من البيانات المتعلقة بالنقل ليطلع عليها السكان والدوائر الحكومية. لا تقتصر البيانات التي تم تلخيصها على منصة التوأم الرقمي على ضمان اتساق البيانات التي تحصل عليها الحكومة والمؤسسات والمقيمين، وكذلك تمكين جميع الأطراف من التعاون في تحديث البيانات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يدعم النموذج مشاركة المواطنين في التخطيط العام.
الرسم البياني 17: التطبيقات الجزئية لمنصة ويلينجتون للتوأم الرقمي
ثانياً. التوأم الرقمي لإدارة الموارد الطبيعية: تتمتع الصناعة بتوزيع واسع النطاق، ووظائف المراقبة والإدارة بارزة.
1. الحفاظ على المياه: يتطور بناء أحواض الأنهار التوأم الرقمية بسرعة في ظل تعزيز السياسات.
تحظى عملية بناء أحواض الأنهار المزدوجة الرقمية، باعتبارها جوهر ومفتاح تعزيز بناء الحفظ الذكي للمياه، بتقدير كبير من قبل وزارة الموارد المائية. وقد دأبت وزارة الموارد المائية على طرح السياسات المتعلقة ببناء أحواض الأنهار الرقمية التوأم منذ نوفمبر 2021، حيث قامت بتوضيح الأهداف والمفاهيم والمعايير الفنية لبناء أحواض الأنهار الرقمية التوأم وإطلاق مخططات تجريبية.
في الوقت الحالي، لا يزال حوض النهر التوأم الرقمي في مرحلة التخطيط والبناء. ومع ذلك، هناك بالفعل أمثلة على تطبيق التوائم الرقمية في مجال الحفاظ على المياه في مناطق أصغر مثل البحيرات أو المدن. وباستخدام تقنية التوأم الرقمي لبناء خريطة لنظام الشؤون المائية، من الممكن تحقيق الإدارة الموحدة لأنظمة المياه الطبيعية وخطوط الأنابيب الحضرية، وتحقيق تصور بديهي للبيانات متعددة المصادر.
الرسم البياني رقم 18: سياسات وزارة الموارد المائية الهامة بشأن بناء أحواض الأنهار المزدوجة الرقمية
2. الطاقة: يلعب التوأم الرقمي دورًا في كامل عملية التوليد والنقل والتحويل والتوزيع والاستخدام.
يمكن للتوأم الرقمي إنشاء مساحة افتراضية لمحاكاة عملية الإنتاج لسيناريوهات شبكة الطاقة المعقدة، وبالتالي تحديد وتحليل كيفية إنجاز العمل بكفاءة وأمان أكبر, وجود إمكانات كبيرة للتطبيق في عملية التوليد والنقل والتحويل والتوزيع والاستخدام بأكملها.
إذا أخذنا شبكة الطاقة الجنوبية كمثال، وفقًا للبيانات الواردة في "الكتاب الأبيض لممارسات شبكة الطاقة الرقمية" لشبكة الطاقة الجنوبية, استكملت شبكة الطاقة الجنوبية الآن التوأم الرقمي للشبكة الرئيسية عند 110 كيلو فولت V وما فوقبإحداثيات 76,000 برج و4794 محطة فرعية بمعدل دقة يبلغ 99%.
بالإضافة إلى ذلك، يشمل أيضًا خطوط النقل المباشر "الثمانية للتيار المباشر والعشرة للتيار المباشر" لمشروع نقل الكهرباء من الغرب إلى الشرق، والتي يبلغ طولها حوالي 15000 كيلومتر، وخطوط النقل العلوية العالمية 35kV وما فوقها لمكتب إمداد الطاقة في فوشان ومكتب إمداد الطاقة في شانتو، والتي يبلغ طولها حوالي 7000 كيلومتر، والتوائم الرقمية ثلاثية الأبعاد لـ 19 محطة فرعية تجريبية.
الرسم البياني رقم 19: تطبيق التوأم الرقمي في 1TP15مراحل مختلفة من شبكة الطاقة الجنوبية (التوليد والنقل والتحويل والتوزيع والاستهلاك)
3. البيئة: دعم الكشف عن انبعاثات الكربون في المناطق الحضرية وتشغيل منشأة حماية البيئة.
يمكن أيضًا تطبيق التوائم الرقمية على حماية البيئة والمساعدة في الحد من انبعاثات الكربون. وباستخدام تكنولوجيا التوأم الرقمي، يمكن تحقيق التقييم الديناميكي والإدارة المحسنة لانبعاثات الكربون في مختلف المجالات والصناعات في المدينة.
على سبيل المثال، قدمت Tencent حلاً رقميًا توأمًا رقميًا كاملاً للتقييم الديناميكي وإدارة انبعاثات الكربون في بكين. إذا أخذنا النقل كمثال، يمكن لتكنولوجيا التوأم الرقمي تقييم الازدحام المروري وظروف انبعاثات الكربون من خلال معالجة البيانات من الكاميرات وأجهزة الاستشعار الأخرى. ويمكنها محاكاة خطط مختلفة للتحكم في حركة المرور في السحابة لتحسين كفاءة حركة المرور وتقليل استهلاك الطاقة وتوفير تجربة سفر أفضل مع تقليل انبعاثات الكربون. وهو يدعم إدارة انبعاثات الكربون والمحاسبة، ويمكنه التمييز بين الخصائص التفصيلية المكانية والزمانية، مما يساعد في تقييم فعالية التدابير المختلفة.
03 التطبيق - الحوكمة الحضرية، إدارة الموارد، تطبيق واسع النطاق
الرسم البياني 20: نظرة عامة على منصة إدارة انبعاثات الكربون التوأم الرقمي
الرسم البياني 21: تحليل القوى الدافعة لمنصة إدارة الانبعاثات الكربونية المزدوجة الرقمية
4. الزراعة: لا يزال التطوير في مراحله الأولى، حيث يقدم اقتراحات تشغيلية للكيانات غير الحية مثل المزارع من خلال التوائم الرقمية.
لا يزال تطبيق تكنولوجيا التوأم الرقمي في الزراعة في المرحلة الاستكشافية الأولية، مع وجود مجموعة واسعة من التطبيقات، ولكن معظمها لا يزال في مرحلة النموذج المفاهيمي والنظري. وتشمل مواضيع التوائم الرقمية الزراعية كيانات غير حية مثل حظائر الماشية، وكذلك كيانات حية مثل الأراضي المزروعة والحيوانات.
تستهدف معظم التوائم الرقمية الزراعية الأراضي الزراعية والمزارع والمناظر الطبيعية والمباني، مع وجود عدد أقل نسبيًا من التوائم الرقمية للنباتات النشطة والمنتجات الزراعية وسلاسل التوريد. وغالباً ما تكون حالات النشر الفعلية للزراعة التوأم الرقمية التوأم لمراقبة البساتين أو المزارع، وجمع المؤشرات ذات الصلة مع الخوارزميات لتقديم اقتراحات لعمليات الزراعة.
على سبيل المثال، تدمج منصة Agricolus الزراعية الإيطالية أنواعًا مختلفة من البيانات مثل المعلومات الجغرافية ورطوبة التربة وتوقعات الطقس وعمليات المحاصيل، وتوفر اقتراحات للزراعة بناءً على ذلك، بالإضافة إلى وظائف التعاون في المهام داخل المزرعة. طُبِّقت هذه المنصة في البداية على أشجار الزيتون، واستُخدمت الآن على نطاق واسع في مناطق زراعة الزيتون، وتم توسيع نطاقها لتشمل أصنافًا أخرى من المحاصيل.
الرسم البياني رقم 22: وظائف مشروع التوأم الرقمي لزراعة الزيتون Agricolus
I. يمكن استنساخ تراكم التكنولوجيا والتنظيم في المدن التوأم الرقمية في الميتافيرس
في السنوات الثلاث الماضية، واصلت إدارات مثل وزارة الموارد الطبيعية ووزارة الإسكان والتنمية الحضرية والريفية تقديم سياسات تتعلق بالمدن التوأم الرقمية. وقد أصدرت وزارة الموارد الطبيعية ووزارة الإسكان والتنمية الحضرية والريفية تباعًا عددًا من معايير السياسات والمبادئ التوجيهية الفنية التي تحدد بوضوح المبادئ الأساسية، ومعايير البيانات، وتقسيم المهام لبناء المشاهد الفعلية ثلاثية الأبعاد ونمذجة معلومات المدينة (CIM).
في مارس 2021، دعت "الخطوط العريضة للخطة الخمسية الوطنية الرابعة عشرة" إلى "استكشاف بناء المدن التوأم الرقمية"، مما يوفر دعمًا سياسيًا لتطوير المدن التوأم الرقمية. ومع الترويج المشترك للسياسات والمطالب ذات الصلة، من المتوقع أن تستمر المدن التوأم الرقمية في التطور، وقد تمهد التكنولوجيا والقواعد المتراكمة الطريق لتطوير المدن الرقمية التوأم.
فيما يتعلق بالتكنولوجيا، يجب أن تكون المدن الفوقية مبنية على بنية تحتية سليمة. وتتطلب المدن التوأم الرقمية وإدارة الموارد الطبيعية بنية تحتية عالية التواتر لتمكين وظائف الاستعلام والتحليل والإدارة في الوقت الحقيقي للسكان ومديري المدن. قد يتم ترحيل التكنولوجيا المتراكمة للمدن التوأم الرقمية إلى الشبكة الفوقية.
من حيث القواعد، يتطلب تطبيق التوائم الرقمية تكامل المعايير والبروتوكولات الأساسية. كما أن التطبيق العملي يراكم باستمرار عينات من قواعد العمليات الاجتماعية. ونعتقد أنه في هذه المرحلة، يساعد تطبيق التوائم الرقمية في هذه المرحلة على تراكم وتحسين قواعد العمليات الفوقية.
II. يوفر Metaverse إرشادات متطورة لتطوير المدن التوأم الرقمية
يركز Metaverse على المؤثرات الواقعية ويضع متطلبات أعلى لقدرات النمذجة والتقديم. كما حللنا في "سلسلة Metaverse: محركات النمذجة - أساس التوأم الرقمي والرابط بين 1TP15 الافتراضي والواقعي"، فإن محركات النمذجة الرقمية هي بنية تحتية أساسية مهمة تدعم تحقيق الميتافيرس. ومع ذلك، لا تزال هناك فجوة بين مستوى التطوير الحالي لمحركات النمذجة ثلاثية الأبعاد وبين المتطلبات المثالية الحقيقية للفوقية لمحاكاة النمذجة عالية الجودة في الوقت الحقيقي والتفاعل الفوري. سيستمر الدفع بتكنولوجيا النمذجة الأساسية لتحقيق تقدم مستمر.
تؤكد المدن الفوقية على التفاعلية وتضع متطلبات أعلى للتفاعل بين الافتراضي والواقعي. وفي الوقت الحالي، تمكنت المدن التوأم الرقمية من تحقيق بعض الوظائف التفاعلية الأساسية. على سبيل المثال، يمكن لمنصة سنغافورة الافتراضية محاكاة المرافق الجديدة للتخطيط والبناء الحضري وتحليل تأثيرها على حركة المرور والمرافق الأخرى القريبة، من أجل تخطيط مرافق داعمة أفضل. ويمكنها أيضًا مشاركة خطط البناء الحضري مع السكان، مما يسهل تنفيذ الخطط والتماس آراء السكان. سيضع تطوير النظام الفوقي متطلبات أعلى لتقنيات التفاعل الافتراضي والحقيقي والسيناريوهات التي تدعمها.
يركز الميتافيرس على الثراء، مما يسمح للتوائم الرقمية بأن تصبح أكثر تعقيداً وتزداد أبعادها تدريجياً.
من حيث العناصر، تطورت التوائم الرقمية من استهداف قطاعي الطيران والتصميم الصناعي في البداية إلى استهداف محاكاة المصانع الرقمية والنقل الإقليمي والموارد الطبيعية في الوقت الحالي، مع تزايد تعقيد الأشياء.
من حيث الأبعاد، بأخذ هلسنكي الافتراضية كمثال، قام نظام التوأم الرقمي في البداية بتكرار المعالم السياحية المحلية فقط بمقياس 1:1. وفي وقت لاحق، قدم محاكاة لنفس المعالم السياحية في مراحل تاريخية مختلفة, تحقيق التوائم الرقمية عبر أبعاد زمنية متعددة.
في ظل توجيه المفاهيم والبناء المشترك من قبل جميع الأطراف، يتوقع الكثيرون ظهور المزيد من شركات إنتاجية الأصول الرقمية.
الرسم البياني 23: الوضع الحالي واتجاهات الأجسام المحاكاة بواسطة التوأم الرقمي
سيحدد التطوير القوي للتحول الفوقي متطلبات أعلى للقدرات التقنية الأساسية، مع خلق المزيد من سيناريوهات التطبيق وأبعاد الاستخدام في الوقت نفسه. من المتوقع أن تكون التوائم الرقمية مدفوعة من قبل metaverse وتحقق تطوراً كبيراً من حيث دقة النموذج ونطاق السيناريوهات وعمق التطبيق.
تشمل النقاط الرئيسية لبناء المدن التوأم الرقمية المستقبلية ما يلي:
1) في مرحلة دمج البيانات، يجب أن تتم المعالجة الدلالية للبيانات المكانية للكيانات الفردية، ويجب وضع معايير موحدة لدمج البيانات;
2) في مرحلة النمذجة والعرض، يجب تحقيق التوازن بين تحليل المعلومات الجغرافية والتأثيرات البصرية;
في مرحلة التطبيق، يتم تحسين دقة وعمق التطبيق لتحقيق تحليل المحاكاة والتحكم العكسي في معدات محددة وسيناريوهات غنية.
في الرؤية المثالية، تتوافق المدينة الرقمية التوأم مع العالم الحقيقي بشكل فردي ومتصل من خلال البيانات في الوقت الحقيقي. يكون لنتائج تحليل المحاكاة في المدينة التوأم تأثير عكسي على العالم الحقيقي، مما يضع الأساس لبناء وإدارة المدن في العالم الفوقي.
الرسم البياني 24: أمثلة على سيناريوهات التطبيق في دقة النماذج وأعماقها المختلفة.
الملحق: لمحة عامة عن مزودي تكنولوجيا تطبيقات صناعة التوأم الرقمي
الرسم البياني 25: طيف صناعة المدينة المزدوجة الرقمية
ومما يؤسف له أن تطور تكنولوجيا التوأم الرقمي في هذه المرحلة لا يلبي التوقعات. في المراحل الأولى من تطوير وتطبيق المدن التوأم الرقمية وإدارة الموارد الطبيعية، كان التطبيق الرئيسي في المراحل الأولى من تطوير وتطبيق المدن التوأم الرقمية وإدارة الموارد الطبيعية هو تصور الكيانات. أما في الوقت الحالي، فقد تم ترقية الطلب على التطبيقات، وتطورت وظائف منتجات الشركات المصنعة نحو المحاكاة والتفاعل بين الافتراضي والواقعي، وطرحت متطلبات أعلى لقدرات مثل التحليل والتنبؤ والتحكم العكسي. قد يكون هناك خطر عدم تلبية تطوير التكنولوجيا للتوقعات على المدى القصير.
كما أن التقدم المحرز في تنفيذ التطبيقات النهائية لا يرقى إلى مستوى التوقعات. في الوقت الحاضر، فإن بناء المدن الرقمية التوأم وإدارة الموارد الرقمية تقوده الحكومة بشكل أساسي ولا يزال يتأثر بشكل كبير بالسياسات ويقودها. لا يزال تنفيذ التطبيقات في مختلف الصناعات في مرحلة زيادة معدل الاختراق، ولا يزال نموذج الربح بحاجة إلى الاستكشاف والتحسين. هناك خطر بطء تنفيذ التطبيقات التكنولوجية.
