المدن الرقمية التوأم هي تخطيط الفضاء المادي للمدينة في الفضاء الرقمي، مع مزامنة البيانات والتفاعل التعاوني بين المدن الرقمية والمادية. أثناء عملية البناء، 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. ونحن نعتقد أن الهدف المثالي للمدن التوأم الرقمية وإدارة الموارد الطبيعية التوأم الرقمية هو تحقيق التشغيل المتزامن للبعد المادي والبعد الخاص بالبيانات، والتفاعل بين الافتراضي والواقعي.
ومع ذلك، تختلف احتياجات البناء لكل مدينة، وهناك اختلافات كبيرة في الشكل النهائي والتطبيق. ويمكن استخدامها في الرصد الإحصائي الحضري والإدارة الذكية، وكذلك في ترميم المشهد الحضري ومحاكاة السيناريوهات. وخارج نطاق المدينة، يمكن أن تساعد التوائم الرقمية أيضًا في إدارة الموارد الطبيعية، مع تطبيقات في مختلف الصناعات مثل الحفاظ على المياه والكهرباء والبيئة.
في الوقت الحاضر، فإن تطوير تقنيتها ليس كما هو متوقع، كما أن التقدم في هبوط التطبيقات النهائية ليس كما هو متوقع. دعونا نفهم الأسباب المحددة معًا.
I. المدن التوأم الرقمية: إعادة إنشاء العالم الواقعي والتوجه نحو التفاعل بين 1TP15 الافتراضي والواقعي
نشأت التوائم الرقمية في قطاعي الطيران والصناعة، وتم تطبيقها لاحقًا في مجالات مثل هندسة البناء وإدارة الموارد الطبيعية والحوكمة الحضرية. مع تطور وتكامل تكنولوجيا التوأم الرقمي والحوكمة الحضرية، تم تطبيق مفهوم التوائم الرقمية على بناء المدن الذكية، مما أدى إلى التكنولوجيا والتطبيقات الحالية للمدن التوأم الرقمية. وفقًا لتعريف الأكاديمية الصينية لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات, المدينة التوأم الرقمية ترسم خريطة للفضاء المادي للمدينة في الفضاء الرقميحل المشاكل الحضرية من خلال المحاكاة والمراقبة والتشخيص والتنبؤ والتحكم, تحقيق التشغيل المتزامن للبعدين المادي والبيانات للمدينة، والتفاعل بين الافتراضي والواقعي.
فالمدن الرقمية التوأم لها مساراتها التنموية وسيناريوهات التطبيق 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 نموذج معلومات المدينة (CIM) والمشاهد الحقيقية ثلاثية الأبعاد قيد التنفيذ بالفعل. تتولى وزارة الإسكان والتنمية الحضرية والريفية قيادة المنصة الأساسية لنمذجة معلومات البناء (CIM) مع التركيز على الوصول إلى نماذج نمذجة معلومات البناء وبيانات التصور؛ المشهد الحقيقي ثلاثي الأبعاد للصين بقيادة وزارة الموارد الطبيعية، وتشمل أهداف البناء دمج المعلومات الجغرافية الطبوغرافية والحضرية على المستوى الحضري. على الرغم من اختلاف المسارات التقنية, يؤكد كل من CIM والمشاهد الحقيقية ثلاثية الأبعاد على الارتباط والتواصل في الوقت الحقيقي بين الفضاءات الرقمية والواقعية، مما يوفر أساسًا للتحليل المكاني وتطبيقات الإدارة الحضرية.
يرسي تطوير المدن الرقمية التوأم الأساس للمدن الرقمية التوأم أساسًا لمفهوم "الميتافيرس"، ويعزز اقتراح مفهوم الميتافيرس الارتقاء بالمدن الرقمية التوأم. أصدرت حكومة بلدية شانغهاي "خطة عمل المسار الجديد لمدينة شانغهاي لتنمية "الميتافيرس" (2022-2025)", إدراج المدن الرقمية التوأم كواحد من المشاريع الثمانية الرئيسية، واقتراح جمع البيانات المكانية الحضرية وإدارتها وتشغيلها من خلال توائم رقمية للبنية التحتية الحضرية، ومن ثم إنشاء حلول صناعية في مجالات مثل السياحة والنقل.
وتحتوي المدن التوأم الرقمية على عدد كبير من المشاهد ثلاثية الأبعاد، كما أن بناءها في حد ذاته يراكم الخبرة الأولية لتطوير المتحول. يمكن أيضًا إعادة استخدام معايير البيانات ومواد المشهد وحلول التطبيقات المتراكمة في بناء المدن الرقمية التوأم في المتحول؛ في حين أن يقترح المتحولون مفاهيم متطورة نسبيًا ومتطلبات تقنية أعلى، فإن تركيزها على الأصالة والتفاعل والثراء قد يدفع إلى تطوير التقنيات والصناعات ذات الصلة، والتي بدورها ستؤثر بدورها على المدن التوأم الرقمية.
تشمل التقنيات الرئيسية للمدن التوأم الرقمية ما يلي الحصول على البيانات، وعرض النماذج، وتحليل المحاكاة، والتحكم التفاعلي.
في مرحلة الحصول على البيانات، عادةً ما يستخدم المصنعون أجهزة الاستشعار عن بُعد وأجهزة إنترنت الأشياء لجمع البيانات، ثم معالجة البيانات المكانية والزمانية الحضرية الضخمة ودمجها. تقوم النمذجة والعرض بتحويل المعلومات الجغرافية للمدينة والبيانات الأخرى متعددة المصادر إلى نماذج واقعية ثلاثية الأبعاد. في مرحلة تحليل المحاكاة، عادةً ما تكون لمحاكاة أو مراقبة تشغيل المدينة للمساعدة في التخطيط والتشغيل الحضري. ويستند التحكم التفاعلي إلى تحليل المحاكاة، والتحكم تلقائيًا في العالم الحقيقي وفقًا لنتائج التحليل لتحقيق إدارة حضرية ذكية.
الشكل 1: آلية عمل المدن التوأم الرقمية
ثانيًا. البيانات كأساس، والنمذجة كجسم، والمحاكاة كتطبيق
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. وفقًا لـ "الكتاب الأبيض للمدينة التوأم الرقمية" الصادر عن هواوي، يمكن تقسيم إطار البيانات الأساسية للمدينة التوأم الرقمية إلى ثلاثة مستويات على أساس التفصيل: الكلي والمتوسط والجزئي. تتكون البيانات الكلية للمدينة بشكل أساسي من 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 بيانات المدينة المتوسطة حسب الكيانات الجغرافيةالجمع بين المعلومات الجغرافية والبيانات الموضوعية الفريدة للمدينة، بما في ذلك البيانات الحضرية وبيانات المباني، وبيانات الأعمال الخاصة بنظم المعلومات الحكومية، وبيانات مشغلي الاتصالات، إلخ. تتضمن البيانات المصغرة للمدينة سيناريوهات مختلفة لإنترنت الأشياء. المعلومات الجغرافية والبيانات الرئيسية الأخرى هي بيانات ثابتة تصف المدينة، ولكن لتحقيق رسم الخرائط في الوقت الحقيقي والتفاعل الافتراضي والفيزيائي الافتراضي، هناك حاجة أيضًا إلى كمية كبيرة من البيانات الديناميكية، والتي غالبًا ما يتم جمعها من خلال إنترنت الأشياء.
الشكل 2: بنية نظام البيانات للمدينة التوأم الرقمية
جمع البيانات متعددة المصادر: التطور من التصوير الجوي إلى التصوير الفوتوغرافي المائل، والمسح الضوئي بالليدار، واستشعار إنترنت الأشياء.
تتنوع البيانات المتعلقة بالمدن التوأم الرقمية من حيث المستويات والأنواع، كما أن طرق جمعها في تطور مستمر. تعد المسح التصوير الفوتوغرافي بالأقمار الصناعية والجوية، والتصوير الفوتوغرافي المائل، والليدار، وجمع البيانات الطرفية باستخدام إنترنت الأشياء هي الطرق الرئيسية لجمع البيانات. وتكمن ميزة المسح التصويري الساتلي والجوي في تغطيتها الواسعة ودقة بياناتها العالية، مما يسمح بالحصول على البيانات بسرعة. ومع ذلك، قد تكون هناك مشاكل انسداد خطيرة عند استخدام هذه الطريقة للنمذجة ثلاثية الأبعاد. ومقارنةً بالتصوير الرأسي التقليدي، يمكن للمسح التصويري المائل الحصول على قوام إضافي لأسطح المباني وجوانبها، بالإضافة إلى معلومات عن الخطوط العريضة للمباني وارتفاعها. يمكن أن يولد LiDAR سحابات نقطية عالية الكثافة وعالية الدقة، ويحسب بدقة الإحداثيات ثلاثية الأبعاد للأجسام المجمعة. تساعد محطات إنترنت الأشياء في الوصول إلى كمية كبيرة من البيانات الديناميكية. في الوقت الحالي، تتطور طرق جمع البيانات الخاصة بالمدن الرقمية التوأم من التصوير الجوي إلى التصوير المائل، والمسح الضوئي بالليدار، واستشعار إنترنت الأشياء.
الرسم البياني 3: لمحة عامة عن مختلف طرق جمع البيانات المستخدمة في المدن الرقمية التوأم.
الرسم البياني 4: رسم تخطيطي لمبادئ المسح التصويري الجوي، والتصوير المائل، و LiDAR
دمج البيانات: يتم تسليط الضوء بشكل متزايد على أهمية دلالات البيانات والمعالجة المنظمة.
تتزايد أهمية هيكلة البيانات وإضفاء الطابع الدلالي عليها. على الرغم من أن تقنيات مثل التصوير الفوتوغرافي المائل و LiDAR يمكن أن تحصل بسرعة على خرائط ثلاثية الأبعاد واسعة النطاق، من منظور الحوسبة الحضرية والتحليل الذكي, لا تزال هذه النماذج تعتبر بيانات غير منظمةالتي لا يمكن التعرف عليها بواسطة أجهزة الكمبيوتر، مما يحد من تحقيق وظائف التحليل المعقدة في المدن الرقمية التوأم. ولذلك، من الضروري استخدام تقنيات الاستخراج الدلالي لاستخراج الهياكل وإرفاق السمات لأنواع مختلفة من البيانات. وتتضمن التقنيات المحددة بشكل أساسي: تقنية الاستخراج الذكي للبيانات المكانية متعددة الوسائط ومتعددة النطاقات للبيانات المكانية، وتقنية إضفاء الدلالة، وتقنية التعلم العميق، وما إلى ذلك.
الرسم البياني 5: تتم معالجة البيانات بطريقة متجانسة ودلالية للتشغيل.
يتطلب ترميز البيانات معياراً موحداً، ومعايير البيانات ذات الصلة هي حالياً في طور التطوير. تحتاج الكيانات المادية إلى ترميز فريد لتحقيق تطابق واحد لواحد مع العالم الرقمي، ولضمان توافق الترميز من مختلف الشركات المصنعة مع بعضها البعض وتجنب البناء الزائد عن الحاجة، ازدادت أهمية المعايير الموحدة. تُعد معايير فئة البيانات جزءًا مهمًا من المدينة الرقمية التوأم، والتي تنص على التعبير عن البيانات ومعالجتها وتطبيقها وخدماتها في المدينة الرقمية التوأم. في الوقت الحاضر، في مجال دمج البيانات، تم وضع بعض المعايير لترميز البيانات وجمعها ومشاركتها ؛ ومع ذلك، فإن معايير موارد البيانات وإدارتها وخدماتها لا تزال في طور التطوير. ونحن نعتقد أن تمكّن معايير ترميز البيانات وتكنولوجيا هيكلة البيانات وإضفاء الطابع الدلالي على البيانات من الانتقال من كونها قابلة للقراءة بالعين البشرية إلى كونها قابلة للتحليل بواسطة الآلاتوعلى الرغم من أن هذه التقنيات لا تزال في مرحلة التطوير والبحث، إلا أن أهميتها تتزايد باستمرار.
الرسم البياني 6: تفاصيل معايير فئة البيانات التوأم الرقمي الحضري
النمذجة والتقديم: تركز محركات الألعاب على المؤثرات البصرية، بينما تركز محركات نظم المعلومات الجغرافية على التحليل المكاني، ويظهر اتجاه للتكامل بين الاثنين.
تنتمي عملية النمذجة إلى جزء من عملية إنتاج البيانات الواسعة، ويعتبر تكامل النماذج وعرضها من 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؛ أما نماذج المباني والمرافق الحضرية ذات المقياس الأصغر فلها مصادر متنوعة، ويمكن إنشاؤها من خلال معالجة البيانات ثلاثية الأبعاد مثل التصوير الفوتوغرافي المائل وسحب نقاط الليزر إلى نماذج فردية ودلالية، 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 صور ثلاثية الأبعاد حضرية. توفر جميع منصات التوأمة الرقمية الحالية، بما في ذلك برمجيات نظم المعلومات الجغرافية ومحركات الألعاب وبرمجيات التصور، وظائف لدمج النموذج وعرضه، ولكن لكل منها تركيزه الخاص بسبب اختلاف السمات.
الشكل 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 والعرض المستخدمة بشكل أساسي 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 Dassault Systemes 3DEXPERIENCE، إلخ. ومقارنةً بالمجالات الصناعية والترفيهية، يكمن تفرد التوائم الرقمية الحضرية في طلبها للمعلومات الجغرافية وبيانات نمذجة معلومات المباني. في حالات الإنشاء الحالية للمدن التوأم الرقمية، تُستخدم محركات الألعاب ومحركات نظم المعلومات الجغرافية على نطاق واسع، ويُظهر هذان النوعان من المحركات أيضًا اتجاهًا للتطوير المتكامل.
الرسم البياني 8: مقارنة بين محركات التصور التوأم الرقمي الرئيسية
محرك اللعبة: قدرات عرض ممتازة في الوقت الحقيقي، وموارد دعم غنية، ودعم محسّن لأنواع مختلفة من البيانات.
محرك Unreal Engine (UE) هو محرك يستخدم على نطاق واسع في بناء المدن التوأم الرقمية، وتكمن مزاياه في قدرات العرض الواقعية في الوقت الحقيقي، والتي يمكن أن تحقق استعادة واقعية لمظهر المدن والمباني.
محرك UE هو محرك ألعاب تابع لشركة Epic Games، وهو لا يُستخدم في مجال الألعاب فحسب، بل له أيضًا مجموعة واسعة من التطبيقات في الهندسة المعمارية والنقل والتدريب على المحاكاة وغيرها من المجالات. وفقًا لاستطلاع أجرته شركة CGarchitect، في عام 2020، سيستخدم 52% من المهندسين المعماريين محرك Unreal Engine لإنشاء مشاريع في الوقت الفعلي.
تتركز التطبيقات الرئيسية لتطبيقات UE 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 الدقيقة الافتراضية Nanite، والتي يمكنها استيراد نماذج CAD عالية التفصيل، وحتى استيراد بيانات المسح على نطاق المدينة. يمكن لحل الإضاءة العالمية الديناميكية Lumen عرض المشاهد وتغييرات الإضاءة في الوقت الفعلي، مما يحقق تأثيرات بصرية مماثلة لتلك المطلوبة للعرض دون اتصال بالإنترنت في جزء صغير من الوقت. وبالإضافة إلى ذلك، فهو يتمتع بموارد دعم غنية، مع تطبيق المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد RealityScan، الذي يسهل على المطورين في مسح وبناء النماذج ثلاثية الأبعاد المطلوبة الخاصة بهم، وتوسيع مجموعات أدوات النمذجة وUV، والسماح للمطورين بتعديل النماذج المستوردة في محرك UE، مثل تغيير طول وارتفاع وعدد درجات السلم.
↪So► يدعم أنواعًا مختلفة من الوصول إلى البياناتمع 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 CAD وBIM وDCC إلى محرك Unreal Engine، ويمكن الاستمرار في تعديلها في المحرك. يدعم UE4.25 رسميًا استيراد سحابة النقاط ويوفر وظائف مثل التحرير وتحليل التصادم. كما تم تحسين دعم نظم المعلومات الجغرافية أيضًا، مع قيام أفضل بائعي نظم المعلومات الجغرافية مثل SuperMap وESRI بإصدار ملحقات Unreal الخاصة بهم.
↪So ↪So► يدعم التعاون والمشاركة. يدعم Unreal Engine تنسيقات ملفات متعددة لتسهيل تكامل بيانات التصميم من مصادر ومؤلفين مختلفين. يدعم نظام تحرير متعدد المستخدمين، مما يسمح بتكرار أسرع من خلال مشاركة التصميمات مع أصحاب المصلحة الآخرين أثناء المراجعات التعاونية. وفي الوقت نفسه، يوفر طرق عرض متنوعة مثل VR والفيديو والصور البانورامية ومقاطع الفيديو بزاوية 360 درجة، مما يوفر طرقًا ملائمة ومتنوعة للترويج للمدن الرقمية التوأم.
الرسم البياني 9: عرض قدرات رسومات Unreal Engine في الوقت الحقيقي والموارد الداعمة الغنية.
محرك نظام المعلومات الجغرافية: يتمتع البرنامج بقدرات متميزة في الوصول إلى البيانات المكانية ومعالجتها، وتتحسن قدراته التصورية باستمرار.
تتمتع Cesium وغيرها من محركات نظم المعلومات الجغرافية ثلاثية الأبعاد بقدرات ممتازة في معالجة البيانات المكانية عند تطبيقها على تطوير المدن التوأم الرقمية. تم إصدار Cesium من قبل شركة برمجيات الطيران 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 الشركات المصنعة لنظم المعلومات الجغرافية استنادًا 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. وقد أنشأت سيزيوم معيار بيانات خصيصًا لنقل البيانات الجغرافية المكانية ثلاثية الأبعاد وعرضها - 3D Tiles. فيما يتعلق بالتصور، يقوم Cesium بالعرض في الوقت الحقيقي على صفحة الويب، والتأثير المرئي ضعيف نسبيًا، ولكن يمكن استيراده إلى محرك UE من خلال المكون الإضافي Cesium for Unreal لإنشاء محاكاة أكثر روعة للعالم الحقيقي.
الرسم البياني 10: العرض الوظيفي لمحرك سيزيوم في مجال المدن الرقمية التوأم.
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 بمواقعها 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 وتعزيز التفاعل. أطلقت العديد من محركات نظم المعلومات الجغرافية إضافات UE. إذا أخذنا Cesium لـ Unreal كمثال، يمكن لهذا المكون الإضافي، الذي تم وضعه في محرك UE، 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، أعلن Cesium عن توسيع تنسيق بيانات 3D Tiles. سيكون معيار 3D Tiles Next المستقبلي دلالياً للغاية، مما يسمح بتفاعلات محاكاة أكثر ذكاءً مع بيئتها.
الرسم البياني 11: رسم توضيحي لنقل بيانات السيزيوم
المحاكاة: يساعد حساب المحاكاة واستخراج البيانات في قرارات التشغيل الحضري.
يشير حساب المحاكاة إلى المحاكاة والحساب العددي للخصائص الفيزيائية لكائن النمذجة في العالم الحقيقي. تم تطبيق هذه التكنولوجيا بشكل رئيسي في المجالات الخاصة والفضائية في المراحل الأولى، وقد تم استخدامها الآن على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي واختبار المحاكاة وغيرها من المجالات.
بالمقارنة مع الإنتاج الصناعي والمجالات الأخرى، فإن المحاكاة في المدن التوأم الرقمية لها خصائصها الخاصة:
1) على نطاق واسع، لا تستهدف المدن التوأم الرقمية كائنًا أو حدثًا معينًا فحسب، بل تحتاج إلى تحليل شامل للبيانات في مختلف المجالات على نطاق المدينة بأكملها، واستنتاج اتجاهات التنمية من خلال تحليل التفاعل السببي عبر المجالات;
2) تعتمد على البيانات في الوقت الفعلي، فإن طبيعة المحاكاة التقليدية في الوقت الحقيقي محدودة، وغالبًا ما تعتمد على البيانات التاريخية للاستنتاج. في المدن التوأم الرقمية الحالية، يمكن لمجموعة واسعة من مستشعرات إنترنت الأشياء جمع البيانات في الوقت الحقيقي التي يتطلبها النموذج، وتحسين نتائج المحاكاة ديناميكيًا بناءً على ذلك;
3) قائمة على السحابةوالمحاكاة واسعة النطاق ومتعددة الأبعاد للبيانات والتحليل والتحسين في الوقت الحقيقي، كل ذلك يتطلب دعمًا أكثر كفاية من قوة الحوسبة. نحن نعتقد أن المحاكاة القائمة على السحابة للمدن التوأم الرقمية قد تصبح اتجاهاً للتطوير.
الرسم البياني 12: المحاكاة على مستوى المدينة تشمل مجالات متعددة.
الرسم البياني 13: أوضاع عمل المحاكاة في الوقت الحقيقي
يمكن أن يساعد التنقيب عن البيانات التي يتم جمعها في المدن التوأم الرقمية في اتخاذ القرارات المتعلقة بالعمليات الحضرية ودعم تطبيق المدن الذكية. في الوقت الحالي، تركز بعض المدن التوأم الرقمية بشكل أكبر على النمذجة ثلاثية الأبعاد للمدن، ولا يتم استخدام البيانات في الوقت الحقيقي للتنبؤ في العديد من الحالات الفعلية.
ومع ذلك، إذا لم يتم إجراء المزيد من التحليل والتنبؤ، فإن البيانات ثلاثية الأبعاد والبيانات الفورية التي يتم الوصول إليها في المدن الرقمية التوأم ستواجه إهدارًا شديدًا. وفقًا لإحصائيات مركز علي بابا للأبحاث السحابية، فإن إجمالي كمية بيانات الفيديو التي سجلتها جميع الكاميرات في مدينة ما تعادل 100 مليار صورة، وسيستغرق الأمر أكثر من 100 عام حتى يشاهدها الشخص كلها. وهناك كمية هائلة من بيانات الفيديو "نائمة"، ويمكن للمشرفين الوصول إلى أقل من 101 تيرابايت و12 تيرابايت. وبسبب الكمية الكبيرة والأنواع المعقدة من البيانات، يتطلب تحليل المدينة الرقمية التوأم تطبيق التنقيب في البيانات، والتعلم العميق، والتحسين الذاتي، وغيرها من التقنيات في مجال الذكاء الاصطناعي. ومن بين هذه التقنيات، يمكن لتقنيات مثل الرؤية الحاسوبية ومعالجة اللغة الطبيعية والتعرف على المقاييس الحيوية هيكلة البيانات غير المنظمة مثل الكلام والنصوص والصور ومقاطع الفيديو، تمهيدًا لتحليلها لاحقًا. يمكن لتقنية الرسم البياني المعرفي استخراج الروابط بين البيانات والبيانات لاكتشاف قوانين التشغيل الحضري وجعل الاستدلال المتعمق ممكنًا.
الرسم البياني 14: أمثلة على استخدام التنبؤ الذكي في مختلف مراحل المدن الرقمية التوأم.
اتجاه التنمية: من المتوقع أن يتم تعزيز قدرات التحليل والتنبؤ والتفاعل الذكي.
في المراحل الأولى من تطور المدن التوأم الرقمية، اقتصرت تطبيقاتها بشكل أساسي على رسم خرائط لصورة المدينة وعرض بيانات المدينة الداخلية. أما في الوقت الراهن، فقد أخذت تتقدم نحو المحاكاة والتفاعل بين العالم الافتراضي والواقعي. من حيث التحليل والتنبؤ, تم تطبيق تقنيات المحاكاة والتنقيب في البيانات في بعض المشاريع المعيارية، مثل مشاريع التوأم الرقمي التي لها وظائف محاكاة لتدفقات المشاة وحركة المرور، وتستخدم لمحاكاة تدابير مختلفة للتحكم في الحشود في ظل تدفقات مختلفة للركاب وطرق مختلفة لإدارة حركة المرور. كما أن التفاعل الذكي هو نفسه أيضًا، فقد كان لكل من جانب المستخدم وجانب التطوير بعض الممارسات التفاعلية للمدن التوأم الرقمية.
على سبيل المثال، تستهدف الشركات المصنعة للتوأم الرقمي سير عمل العملاء واحتياجات العمل، وتوحيد إدارة معدات المراقبة. يتمتع النظام بالقدرة على الفحص عن بُعد، والإنذار المبكر التلقائي، وتحليل الأعطال، مما أدى حقًا إلى تحسين كفاءة الفحص. نحن نعتقد أن يعد تحليل المحاكاة والتحكم العكسي أحد اتجاهات 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 استشعار الدخان ودرجة الحرارة ومراقبة الفيديو وأنواع أخرى من أجهزة الاستشعار، وإصدار الإنذارات عند حدوث حالات شاذة في البيانات. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى المعالجة اليدوية، ويجب تحسين قدرة أنظمة المدن الرقمية التوأم على حل المشاكل بشكل مستقل.
ثالثاً الحوكمة الحضرية وإدارة الموارد والتطبيق على نطاق واسع
تتمتع تكنولوجيا المدن التوأم الرقمية بمجموعة واسعة من التطبيقات في مجالات الإدارة الحضرية وإدارة الموارد الطبيعية، وقد حققت بالفعل وظائف غنية. ولدى المدن التوأم الرقمية حاليًا العديد من حالات التطبيق على الصعيدين المحلي والدولي، والتي يمكن تطبيقها في مدن حقيقية للمساعدة في التخطيط الحضري والإدارة، وكذلك تطبيقها في مجالات مثل الحفاظ على المياه والكهرباء والبيئة والزراعة لدعم إدارة الموارد الطبيعية والطاقة. ومن الناحية الوظيفية، يتمتع النظام بقدرات متعددة مثل عرض المباني والبيئة ومراقبة إحصاءات البيانات ومحاكاة تحليل البيانات.
حالات المدينة التوأم الرقمية في الخارج: دمج وظائف متعددة مثل الإدارة الحضرية وإعادة إنتاج المناظر الطبيعية وتحليل البيانات
1TP15سنغافورة الافتراضية: أول مدينة رقمية توأم رقمية في العالم مع العديد من تطبيقات التحليل الذكي
Virtual Singapore هي أول منصة توأم رقمي للمدينة في العالم، تدمج المعلومات الدلالية للمباني وتحمل بيانات ثابتة وديناميكية في مجالات متعددة. تم إطلاق المشروع في عام 2015، وتم إنشاؤه بالاشتراك بين حكومة سنغافورة وشركة داسو، وتم افتتاحه للجمهور في عام 2018. في غضون ثلاث سنوات، استثمرت حكومة سنغافورة ما مجموعه $73 مليون دولار، وجمعت 50 تيرابايت من البيانات. في عام 2020، في مؤشر المدينة الذكية الذي أصدره المعهد الدولي للتنمية الإدارية IMD، احتلت سنغافورة المرتبة الأولى من بين 109 مدن حول العالم، مما يدل على فعالية الاستثمار الرقمي.
تقوم منصة Virtual Singapore بنمذجة دقيقة ثلاثية الأبعاد للمدينة، ودمج وعرض المعلومات الدلالية ومعلومات الموقع الجغرافي للمباني. ويمكن للمنصة استخدام هذه المعلومات لإجراء عمليات محاكاة وتحليل أكثر تقدماً. بالإضافة إلى ذلك، تحمل المنصة بيانات ثابتة وديناميكية وفي الوقت الحقيقي في مختلف المجالات مثل السكان والتنقل والمناخ، وتلخص المعلومات من القطاعين العام والخاص. إن البيانات الغنية تجعل من منصة Virtual Singapore منصة متكاملة للتطبيقات الحضرية [10]، وتتمتع المنصة بوظائف غنية في مجالات المحاكاة البيئية الحضرية والتخطيط وصنع القرار الإداري.
الشكل 15: بعض تطبيقات منصة Virtual Singapore Virtual
1TP15 هلسنكي الافتراضية: يركز على الاستنساخ الواقعي للمباني، ويستخدم بشكل رئيسي في مجالي السياحة والترفيه.
Virtual Helsinki يركز على إعادة إنتاج مشهد واقعي ويوفر تجربة مدينة VR غامرة. تم إطلاق المشروع في عام 2015 وتم إصداره في عام 2018، وقد صممه المطور الفنلندي زوان استنادًا إلى محرك Unreal Engine والبيانات المفتوحة من مدينة هلسنكي. وتجمع المنصة بين نماذج المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد وصور المباني والنمذجة اليدوية لتحقيق إعادة إنتاج دقيقة للتفاصيل.
على منصة هلسنكي الافتراضية 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 الافتراضية Virtual Helsinki إمكانية استضافة الأحداث الافتراضية. في أبريل 2020، شاهد أكثر من 1.4 مليون مشاهد افتراضي حفلًا موسيقيًّا للفرقة الفنلندية JVG على المنصة.
الرسم البياني 16: تأثير النمذجة VR قريب جدًا من المشهد الفعلي.
1TP15تيرتشوال ولينغتون: يركز على إحصاءات البيانات وعرضها لمساعدة السكان على المشاركة في صنع القرار العام.
يركز التوأم الرقمي للعاصمة النيوزيلندية، ويلينغتون، على تجميع البيانات والإحصاءات والعرض للمساعدة في اتخاذ القرارات العامة. تم إنتاج هذا المشروع من قبل شركة Buildmedia باستخدام UE، وتدمج المنصة بيانات متنوعة من منظمات حكومية وغير حكومية، بما في ذلك أجهزة الاستشعار، والبيانات الجغرافية المكانية، والمعمارية، والبنية التحتية، والبيانات عبر الإنترنت, والتي يمكن استخدامها من قبل الحكومة والمؤسسات ذات الصلة للتخطيط الحضري وإحصاءات البيانات، كما يمكن للسكان الوصول إليها عبر الإنترنت.
تم تجميع كمية كبيرة من البيانات المتعلقة بحركة المرور في توأم ويلينغتون الرقمي ليطلع عليها السكان والإدارات الحكومية. إن تجميع البيانات في منصة التوأم الرقمي لا يضمن فقط اتساق البيانات التي تحصل عليها الحكومة والمؤسسات والمقيمين، بل يمكّن جميع الأطراف من التعاون في تحديث البيانات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يدعم النموذج مشاركة المواطنين في التخطيط العام.
الرسم البياني 17: بعض تطبيقات منصة ويلينجتون التوأم الرقمي.
التوأم الرقمي لإدارة الموارد الطبيعية: الصناعة موزعة على نطاق واسع، ووظائف المراقبة والإدارة بارزة.
الحفاظ على المياه: يتطور بناء أحواض الأنهار التوأم الرقمية بسرعة في ظل تعزيز السياسات.
يحظى بناء أحواض الأنهار التوأم الرقمية، باعتبارها جوهر ومفتاح تعزيز بناء الحفظ الذكي للمياه، بتقدير كبير من قبل وزارة الموارد المائية. تعمل وزارة الموارد المائية بشكل مكثف على إدخال سياسات تتعلق ببناء الأحواض النهرية الرقمية المزدوجة منذ نوفمبر 2021وتوضيح الأهداف والمفاهيم والمعايير الفنية لبناء توأمة أحواض الأنهار الرقمية تباعًا، وإطلاق مخططات تجريبية. لا يزال حوض النهر الرقمي التوأم في مرحلة التخطيط والبناء حاليًا، ولكن هناك بالفعل أمثلة على تطبيق التوائم الرقمية في مجال الحفاظ على المياه في مناطق أصغر مثل البحيرات أو المدن. من خلال استخدام تقنية التوأم الرقمي لبناء نظام شؤون المياه بخريطة واحدة، يمكن تحقيق إدارة موحدة لأنظمة المياه الطبيعية وخطوط الأنابيب الحضرية، وتحقيق تصور بديهي للبيانات متعددة المصادر.
الرسم البياني 18: السياسات الهامة لوزارة الموارد المائية بشأن بناء أحواض الأنهار الرقمية المزدوجة.
الطاقة الكهربائية: يلعب التوأم الرقمي دورًا في عملية التوليد والنقل والتحويل والتوزيع والاستهلاك بأكملها.
يمكن استخدام التوأم الرقمي لسيناريوهات شبكة الطاقة المعقدة من خلال إنشاء مساحة افتراضية لمحاكاة عملية الإنتاج، وبالتالي تحديد وتحليل كيفية إنجاز العمل بكفاءة وأمان أكبر. لديها إمكانات كبيرة للتطبيق في عملية التوليد والنقل والتحويل والتوزيع والاستهلاك بأكملها. إذا أخذنا شبكة الطاقة الجنوبية كمثال، فوفقًا للبيانات الواردة في "الكتاب الأبيض لممارسات شبكة الطاقة الرقمية لشبكة الطاقة الجنوبية"، أكملت شبكة الطاقة الجنوبية التوأم الرقمي للشبكة الرئيسية بمعدل 110 كيلو مترV وما فوق، بمعدل دقة 99% لإحداثيات 760 ألف قاعدة برجية و4794 محطة فرعية; بالإضافة إلى ذلك، يشمل أيضًا حوالي 15000 كيلومتر من خطوط التيار المباشر "ثمانية تيار متردد وأحد عشر تيارًا مستمرًا" لنقل الكهرباء من الغرب إلى الشرق، وحوالي 7000 كيلومتر من خطوط النقل العلوية عند 35k1kV وما فوق لمكتب إمداد الطاقة في فوشان ومكتب إمداد الطاقة في شانتو، بالإضافة إلى التوأم الرقمي ثلاثي الأبعاد لـ 19 محطة فرعية تجريبية.
الرسم البياني رقم 19: تطبيق التوأم الرقمي في مراحل مختلفة مثل التوليد والنقل والتحويل والتوزيع والاستهلاك لشبكة الكهرباء الجنوبية.
البيئة: يدعم الكشف عن انبعاثات الكربون في المناطق الحضرية وتشغيل منشأة حماية البيئة.
يمكن أيضاً تطبيق التوائم الرقمية على حماية البيئة والمساعدة في تقليل انبعاثات الكربون. باستخدام تقنية التوأم الرقمي، يمكن تحقيق التقييم الديناميكي والإدارة المحسنة لانبعاثات الكربون في مختلف المجالات والصناعات في المدينة. على سبيل المثال، توفر Tencent حلاً رقميًا توأمًا رقميًا كاملاً للتقييم الديناميكي وإدارة انبعاثات الكربون في بكين. بأخذ النقل كمثال، من خلال معالجة البيانات من الكاميرات وأجهزة الاستشعار الأخرى, يمكن لتقنية التوأم الرقمي تقييم الازدحام المروري وحالات انبعاثات الكربون، ومحاكاة مخططات مختلفة للتحكم في حركة المرور في السحابة لتحسين كفاءة حركة المرور وتقليل استهلاك الطاقة، مما يوفر تجربة سفر أفضل مع انخفاض الانبعاثات الكربونية. وهو يدعم إدارة انبعاثات الكربون والمحاسبة، ويمكنه تمييز الخصائص التفصيلية المكانية والزمانية للمساعدة في تقييم فعالية التدابير المختلفة.
الشكل 20: نظرة عامة على منصة إدارة الانبعاثات الكربونية التوأم الرقمية.
الرسم البياني 21: تحليل القوى الدافعة لمنصة إدارة الانبعاثات الكربونية التوأم الرقمية
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 مرحلة الاستكشاف الأولية، مع وجود مجموعة واسعة من التطبيقات، ولكن معظمها لا يزال في مرحلة النموذج المفاهيمي والنظري. تشمل كائنات التوائم الرقمية الزراعية كيانات غير حية مثل حظائر الماشيةوكذلك الكيانات الحية مثل الأراضي المزروعة والحيوانات. وتستهدف معظم التوائم الرقمية الزراعية الأراضي الزراعية والمزارع والمناظر الطبيعية والمباني، في حين أن التوائم الرقمية للنباتات النشطة والمنتجات الزراعية وسلاسل التوريد أقل شيوعًا نسبيًا.
غالبًا ما تكون حالات النشر الفعلية للزراعة التوأم الرقمية 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. طُبقت هذه المنصة في البداية على أشجار الزيتون وتستخدم الآن على نطاق واسع في مناطق زراعة الزيتون، وتم توسيعها لتشمل أصنافًا أخرى من المحاصيل.
الشكل 22: وظائف مشروع التوأم الرقمي لزراعة الزيتون في أجريكولوس
IV. دعم أساس الميتافيرس وريادة التحديثات التكنولوجية بالمفاهيم
يمكن استنساخ التكنولوجيا والقواعد المتراكمة في المدن الرقمية التوأم في العالم الفوقي.
في السنوات الأخيرة، دأبت وزارات مثل وزارة الموارد الطبيعية ووزارة الإسكان والتنمية الحضرية والريفية على إصدار سياسات تتعلق بالمدن التوأم الرقمية. وأصدرت وزارة الموارد الطبيعية ووزارة الإسكان والتنمية الحضرية والريفية سلسلة من معايير السياسات والمبادئ التوجيهية الفنية تباعًا، والتي صورت بوضوح المبادئ الأساسية ومعايير البيانات وتقسيم المهام لبناء نموذج ثلاثي الأبعاد الفعلي ونمذجة معلومات المدينة (CIM). في مارس 2021، اقترحت "الخطة الخمسية الرابعة عشرة" للتنمية الوطنية استكشاف وبناء المدن التوأم الرقمية، مما يوفر دعمًا للسياسة العامة لتطوير المدن التوأم الرقمية. مدفوعة بالسياسات والمطالب ذات الصلة، نعتقد أنه من المتوقع أن تستمر المدن التوأم الرقمية في التطور، وقد تمهد التكنولوجيا والقواعد المتراكمة الطريق لتطوير المدن الرقمية التوأم.
فيما يتعلق بالتكنولوجيا، يجب أن تُبنى المدن الفوقية على بنية تحتية متينة. وتتطلب المدن الرقمية التوأم وإدارة الموارد الطبيعية بنية تحتية عالية التردد لتمكين الاستفسارات والتحليلات ووظائف الإدارة في الوقت الفعلي للسكان ومديري المدن. قد يتم نقل التكنولوجيا المتراكمة في المدن التوأم الرقمية إلى المتحول الرقمي. فيما يتعلق بالقواعد، تحتاج تطبيقات التوأم الرقمي إلى دمج المعايير والبروتوكولات الأساسية، كما أن التطبيقات العملية تجمع باستمرار عينات من قواعد التشغيل الاجتماعي. ونحن نعتقد أن تطبيقات التوأمة الرقمية في هذه المرحلة تساعد على تراكم وتحسين قواعد الميتافيرس.
يؤكد المتحول على التأثيرات الواقعية ويضع متطلبات أعلى لقدرات النمذجة والعرض. تُعد محركات النمذجة الرقمية بنية تحتية أساسية مهمة لتحقيق المتحولات، لكن مستوى التطوير الحالي لمحركات النمذجة ثلاثية الأبعاد لا يزال بعيدًا عن محاكاة النمذجة المثالية عالية الجودة في الوقت الحقيقي ومتطلبات التفاعل الفوري للمتغيرات. سيستمر الدفع بتكنولوجيا النمذجة الأساسية للتحسين.
يركز الميتافيرس على التفاعلية ويضع متطلبات أعلى للتفاعل بين الافتراضي والواقعي. في الوقت الحاضر، تمكنت المدن التوأم الرقمية من تحقيق بعض الوظائف التفاعلية الأساسية. على سبيل المثال، يمكن لمنصة Virtual Singapore محاكاة المرافق الجديدة للتخطيط والبناء الحضري وتحليل تأثيرها على حركة المرور والمرافق الأخرى القريبة، وتخطيط مرافق داعمة أفضل، ومشاركة خطط البناء الحضري مع السكان لتسهيل تنفيذ الخطة والتماس آراء السكان. نحن نعتقد أن تطوير نظام الفوقية سيضع متطلبات أعلى لتكنولوجيا التفاعل الافتراضي والواقعي والسيناريوهات الداعمة لها.
يؤكد الميتافيرس على الثراء، مما يزيد تدريجياً من تعقيد كائنات التوائم الرقمية وأبعادها. فيما يتعلق بالأشياء، تطورت التوائم الرقمية من استهداف الطيران والتصميم الصناعي في البداية إلى استهداف محاكاة المصانع الرقمية والنقل الإقليمي والموارد الطبيعية الآن، مع زيادة التعقيد تدريجياً. من حيث الأبعاد، إذا أخذنا هلسنكي Virtual Helsinki كمثال، فقد قام نظام التوأم الرقمي في البداية بتكرار المعالم السياحية المحلية فقط على مقياس 1:1، ولكنه قدم لاحقًا محاكاة لنفس المعالم السياحية في مراحل تاريخية مختلفة، مما حقق توائم رقمية بأبعاد زمنية متعددة. في ظل توجيه المفاهيم والبناء المشترك من قبل جميع الأطراف، نتوقع ظهور المزيد من الشركات من أنواع إنتاجية الأصول الرقمية.
الرسم البياني 23: الحالة والاتجاهات الحالية للأشياء التي تحاكيها التوائم الرقمية
سيؤدي التطور السريع للشبكات الفوقية إلى طرح 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 المتحولين وأن تحقق تطورًا كبيرًا من حيث دقة النموذج ونطاق السيناريو وعمق التطبيق.
تشمل النقاط الرئيسية لبناء المدن التوأم الرقمية المستقبلية ما يلي:
1) في مرحلة دمج البيانات، تتم المعالجة الدلالية للبيانات المكانية على أساس فردي، ويتم وضع معيار موحد لدمج البيانات;
2) في مرحلة النمذجة والتقديم، يتم تحقيق التوازن بين تحليل المعلومات الجغرافية والتأثيرات البصرية;
3) في مرحلة التطبيق، يتم تحسين دقة وعمق التطبيق، ويتم تحقيق تحليل المحاكاة والتحكم العكسي في معدات محددة وسيناريوهات غنية. في الرؤية المثالية، تتوافق المدينة الرقمية التوأم مع العالم الحقيقي، وترتبط بالبيانات في الوقت الحقيقي. يتم تغذية نتائج تحليل المحاكاة في المدينة التوأم في العالم الحقيقي، مما يضع الأساس لبناء وإدارة المدن في العالم الفوقي.
الرسم البياني 24: أمثلة على سيناريوهات التطبيق مع اختلاف دقة النموذج وعمقه.
الرسم البياني 25: طيف صناعة المدينة المزدوجة الرقمية
لا تزال المدن التوأم الرقمية وإدارة الموارد الطبيعية في المراحل المبكرة من التطوير، حيث أن التطبيق الرئيسي هو التصور المادي. وفي الوقت الحالي، تم ترقية الطلب على التطبيقات، وتتطور وظائف منتجات الشركات المصنعة نحو المحاكاة والتفاعل بين الواقع الافتراضي والواقع، وطرحت متطلبات أعلى لقدرات مثل التحليل والتنبؤ والتحكم العكسي. قد يكون هناك خطر عدم تلبية التطور التكنولوجي للتوقعات على المدى القصير.
في الوقت الحاضر، فإن بناء المدن التوأم الرقمية وإدارة الموارد في الغالب تقودها الحكومة ولا تزال تتأثر بالسياسات وتحركها السياسات بشكل كبير. لا يزال التطبيق في مختلف الصناعات في مرحلة زيادة معدل الاختراق، ولا يزال نموذج الربح بحاجة إلى الاستكشاف والتحسين، مما قد يؤدي إلى بطء مخاطر تطبيق التكنولوجيا.
