УДК 004

Анализ технологии создания цифровых двойников в мировом опыте и разработка плана создания цифрового двойника на территории умного города Челябинска

Фройденбергер Виктор Викторович – начальник отдела по внеучебной и воспитательной работе Южно-Уральского государственного университета

Аннотация: В статье проведён анализ технологии создания цифровых двойников (ЦД) в мировом опыте. Были рассмотрены два кейса создания цифровых двойников – «TOPIS» и «Virtual Singapore». Также были разобраны сходства и отличия данных систем. Дополнительно был рассмотрен кейс London Office of Technology and Innovation (LOTI), а именно работа офиса с использованием динамического интерфейса (ДИ). По итогу, на основе имеющейся информации о создании цифровых двойников, разработана схема плана создания цифрового двойника на территории Умного города Челябинска.

Ключевые слова: цифровой двойник, оптимизация, методология, проект, система, интерфейс.

Первый разобранный кейс, «TOPIS» – цифровой двойник города Сеул, обеспечивающий комплексное информационное обслуживание общественного транспорта.

На рисунке 1 представлена система мониторинга TOPIS.

 

Рисунок 1. Система мониторинга TOPIS.

В Сеуле существует система датчиков TOPIS, которые передают в аналитический центр данные. Допустим, случилась авария или происшествие на дороге, эти данные анализируются и на их основе выдвигаются действия по перестройки маршрутов городского транспорта в реальном времени. О таких инцидентах могут сообщать и граждане, но эта информация будет проходить через операторов агентства, данные попадут в центр, а затем будут предприняты дальнейшие действия. Собранные данные используются для поиска заторов на дороге, создание и анализа транспортных политик, анализа стандартов услуг, оптимизация маршрутов, выбора мест для автобусных остановок в ночное время, анализа автобусных маршрутов.

В ходе анализа определены этапы создания TOPIS. На рисунке 2 изображены четыре основных этапа: обсуждение, планирование, выполнение пунктов плана, итоги.

 

Рисунок 2. Этапы создания TOPIS.

В обсуждении проекта было выделено два пункта:

1. Собрание и обсуждение идеи создания цифрового двойника с участием

правительства и исследовательских институтов.

1. Принятие решения и создание общей системы для контроля транспортом.

Выделены главные проблемы, которые возникают в транспортной системе в городе Сеул: транспортные заторы и ДТП, которые происходят достаточно часто, а также не оптимизированная система общественного транспорта.

Затем, на этапе планирования, также выделено два пункта:

1. Разработка плана действий по решению проблем.
2. Создание примерной модели, а потом искусственной нейросети.

Далее выполняются пункты плана: устанавливаются датчики, вводится интегрированная система оплаты в общественном транспорте, и проводится реализация системы – тарификация по шкале расстояния для метрополитена. Впоследствии создаются база данных и аналитический центр. По итогу создана оптимизированная платформа управления дорожным движением в городе Сеул.

Вторым кейсом был рассмотрен «Virtual Singapore» – это ЦД города Сингапур. Городские службы и планировщики могут тестировать свои проекты на модели, прежде чем внедрять их в реальной жизни. На данный момент это самый успешный пример цифрового двойника в мире. На рисунке 3 представлены этапы создания Virtual Singapore.

Рисунок 3. Этапы создания Virtual Singapore.

В статье определены этапы создания Virtual Singapore. Данные этапы были подразделены на следующие шаги:

1. Выявление проблем, с которыми должен бороться ЦД.
2. Привлечение экспертов из агентств и правительственных учреждений конкретно по проблемным местам, благодаря чему был определен функционал ЦД.
3. Распределение экспертами обязанностей и составление технического задания.
4. Переход компании исполнителя к техническим работам по созданию 3D модели города, созданию динамического интерфейса, созданию баз данных, подключению датчиков.

По итогу проведенной аналитики работы был осуществлен сравнительный анализ TOPIS и Virtual Singapore. На рисунке 4 представлено сравнение двух кейсов.

Рисунок 4. Сравнение кейсов Virtual Singapore и TOPIS.

Была выделена основная общая черта рассмотренных кейсов – постановка проблемы, которая будет решаться с помощью ЦД. Цифровой двойник не может появиться без необходимости в моделировании. Все желающие создать ЦД привлекали экспертов в проблемных областях, составляли план и выполняли по нему работу. Также были выделены различия обеих платформ: TOPIS предполагает существование заранее выявленных проблем, а Виртуальный Сингапур создавал план с учетом дальнейшего объявления проблем. То есть, они по ходу плана выявляли свои проблемы.

Третьим проанализированным кейсом является London Office of Technology and Innovation (LOTI). LOTI помогает районам работать вместе, за счет открытого доступа к методологии и фильтрам динамического интерфейса (ДИ).

В Лондоне, при помощи динамического интерфейса, путем цифрового исключения решается практическая задача адаптации услуг к типам потребностей жителей. Следовательно, для Челябинска подобный подход поможет решить проблему недостаточного охвата города интернет-сетью с удовлетворительной скоростью, указанной в стратегии развития.

На рисунке 5 показаны обязательные к реализации работы для Челябинска.

Рисунок 5. Схема обязательных для реализации работ Челябинска.

Формирование банка персон по методологии LOTI, создание динамического интерфейса на основе существующей платформы ESRI или же создание собственной платформы для ДИ, с интегрированием банка персон.

На рисунке 6 показана методология LOTI.

Рисунок 6. Схема методологии LOTI.

Ключевой момент в методологии LOTI – создание портрета человека, который является потенциальным клиентом тех услуг, которые нужно развивать в Челябинске и в дальнейшем дорабатывать этот портрет.

Первый шаг – собеседование с заинтересованными, для выявления типов жителей; а также с целью понять, как цифровое отчуждение влияет на них; получить обратную связь и понять реализуемы ли в настоящее время инициативы жителей, с которыми LOTI работают.

Второй шаг – составление окончательного списка жителей и обновление информации о персонажах. Помимо абстрактных персонажей нужно включить в процесс реальных людей и скорректировать персонажей на основе этого взаимодействия.

Третий шаг – набор участников через партнерские организации из добровольного и общественного сектора. Необходимо найти людей, готовых на добровольной основе помочь в формировании обликов персонажей.

Четвертым шагом, после набора участников, является выявление, тех технологий, которые могут вписаться в жизнь персонажей, людей, участвующих в проекте. Этот шаг состоит из двух моментов — рассылка предварительного задания, которая помогает выявить как технологии вписываются в жизнь персонажа и собеседование для определения целей персонажа.

Последний шаг – анализ полученных результатов, то есть сравнение и сопоставление интервью.

Далее идут выводы. Для каждого персонажа использовали комбинацию описательного текста, чтобы представить их, а именно потребности и цели, разочарования. Далее, имея на руках опыт использования цифровых двойников и динамического интерфейса тремя городами, разработано предложение по созданию цифрового двойника на территории Умного города Челябинска. Предложение представляет собой план действий, совершение которых поможет реализовать проект цифрового двойника в городе. На рисунке 7 указан примерный план действий по созданию Цифрового двойника в Умном городе Челябинске.

Рисунок 7. План создания Цифрового двойника в Умном городе Челябинске.

План создания был разделен на два основных этапа — это разработка и осуществление. Начинается все с разработки ключевых задач для города. Именно здесь идет организация группы граждан от каждого района, должностных лиц городского правительства, членов городского совета, членов общественных организаций и общественных групп. Эта группа выявляет основные проблемы города, затем привлекает экспертов и исследователей в проблемных областях. Далее идет создание комитетом из (1, 2) групп граждан плана, соответствующего достижению ключевых показателей стратегии развития города. После чего идет пункт «Проект», который подразумевает создание проекта, помогающего городу в достижении его ключевых показателей. Например, создание комитета разработки, который классифицирует план по ключевым вопросам, пространственной структуре и землепользованию.

Затем осуществляется сбор данных, необходимых для проверки выполнения работ по проекту и продвижения проекта в целом. После — административные процедуры: граждане, эксперты и администрация анализируют план достижения ключевых показателей стратегии по развитию города дорабатывают или отклоняют его. Далее идет создание тендера на разработку ЦД.

В процессе разработки было сделано разделение на два основных шага осуществления, основываясь на опыте TOPIS, а также Сингапура, взяв схожие элементы за основу.

Шаг первый:

• Компьютеризация информации о городском планировании. То есть, весь план и все потенциальные возможности, которые запланированы к реализации подвергаются компьютеризации.
• Создание базы данных на основе собранной информации для хранения и последующего пополнения или изменения.
• Подключение к базе учреждений, которые принимают участие в реализации работ по проекту.
• Создание редактируемой карты на основе полученной информации, так как она интерактивная и лежит в основе большого количества цифровых двойников.

Шаг второй:

• Создание системы сбора информации, которая оснащает сведениями базу данных.

После того, как обе системы приведены в удовлетворительное состояние, начинается их полная совместная эксплуатация. Этот ряд шагов из опыта Виртуального Сингапура и TOPIS, условия которых должны быть включены в тендер, который указан в его разработке.

Подводя итоги, можно сказать, что полноценную масштабную систему далеко не все запускают сразу. В статье представлен план начальных работ, с указанием минимально необходимого на данный момент функционала для того, чтобы в дальнейшем развивать проект. Стоит понимать, что для запуска проекта цифрового двойника, необходимый минимум — одна функция. В дальнейшем систему необходимо будет дорабатывать и внедрять оставшиеся функциональные возможности. В этом плане гораздо практичнее будет заранее продумать реализацию всех функций цифрового двойника и постепенно запускать их.

Список литературы

1. Веселова А.О. Перспективы создания «умных городов» в России: систематизация проблем и направлений их решения / А.О. Веселова, А.Н. Хацкелевич, Л.С. Ежова // Вестник ПГУ, Серия: Экономика. – 2018. – № 1. – С.75-89. DOI: 10.17072/1994-9960-2018-1-75-89
2. Аникеева А. В. Умные города мира. // Ведомости Новосибирска. – 2019. – № 342. – С. 16-17.
3. Ерохина О. В. Перспективы создания «умных городов» в России // T-comm: телекоммуникация и транспорт. – Т. 12. – 2018. – № 4б. – С. 17-22.
4. Банк решений умного города – https://russiasmartcity.ru/.
5. Базовые и дополнительные требования к умным городам (стандарт «Умный город») – https://minstroyrf.gov.ru/docs/18039/.