Работу служб мегаполисов будут оптимизировать при помощи их цифровых двойников

Технологии виртуального моделирования городов, ранее востребованные исключительно в авиастроении и на производственных предприятиях, сегодня активно осваиваются крупнейшими городами планеты. Власти различных государств используют цифровые копии для стратегического планирования городского развития. Россия не остается в стороне: уже функционирует столичная виртуальная модель, а аналогичные системы планируется внедрить в городах-миллионниках в обозримом будущем. Благодаря инновационным решениям появилась возможность с высокой степенью достоверности предсказывать потенциальные угрозы и совершенствовать функционирование муниципальных структур.
Пионером в области создания виртуальных городских копий выступил Сингапур, стартовавший в 2014 году. Инициатива была продиктована необходимостью рационального распределения территориальных ресурсов в условиях их критической нехватки, а также выявления зон повышенной опасности затоплений.
На первый взгляд может показаться, что речь идет лишь о детализированной 3D-модели крупного города. В такой модели представлены постройки, транспортные магистрали, пересечения дорог, инженерные сети, рельеф местности, зеленые зоны и водные объекты. Но суть заключается не в визуальной привлекательности.
Фактически это многокомпонентная система с постоянно обновляемыми параметрами, способная мгновенно обрабатывать колоссальные потоки информации из множества каналов. Формирование целостной картины происходит благодаря интеграции материалов съемки с воздуха, показаний многочисленных сенсоров, кадастровой документации, систем видеомониторинга, сведений о работе городского транспорта и коммунальных предприятий, метеоданных и прочих ресурсов. Вся совокупность этих сведений проецируется на высокоточную пространственную карту, в результате чего формируется виртуальная копия городской среды.
Цифровая копия дает возможность спрогнозировать влияние дорожных работ, отрегулировать светофорное регулирование и улучшить схемы движения автобусов и троллейбусов. Технология позволяет в реальном времени оценить, как изменится транспортный поток на соседних магистралях в часы максимальной загруженности или куда ляжет затенение от каждого строения в течение дня. Ключевая особенность такой системы по сравнению с неизменяемой моделью - возможность не просто отслеживать виртуальную версию объекта, но и активно влиять на нее: адаптировать планировку территории, учитывая направление ветров, освещенность солнцем, давление на дорожную сеть, объекты социального назначения и инженерные системы.
Виртуальная модель представляет собой многофункциональную динамичную структуру, собирающую колоссальные массивы информации в режиме онлайн.
Практическое применение подобных технологий демонстрирует серьезные результаты: в южнокорейском Инчхоне производительность государственных органов возросла на 10%, французский Ренн ускорил возведение метрополитена на 70%, а американский Чаттануга добился сокращения транспортных пробок на 30%.
Кроме того, технология позволяет контролировать состояние коммуникационных систем и не допускать чрезвычайных ситуаций, оптимизировать расписание работы муниципального транспорта, разрабатывать схемы вывода граждан при возникновении возгораний или затоплений и решать множество других задач.
Таким образом, виртуальные копии городов приносят ощутимую финансовую выгоду: крупные города экономят значительные средства из бюджета и улучшают условия проживания для населения.
Множество населенных пунктов активно занимаются разработкой виртуальных моделей своих территорий. В качестве примера можно привести татарстанский Иннополис – город, концепция которого с самого начала предполагала интеграцию интеллектуальных систем, поэтому его электронная копия органично вписалась в общую структуру. Технологические решения здесь применяются для контроля над различными аспектами муниципального хозяйства – начиная с освещения улиц и заканчивая камерами слежения. Совсем недавно произошла масштабная модернизация четырехмерной городской модели. Эту задачу реализовали эксперты из Центра геопространственных решений при местном университете, применив для оцифровки городских объектов дроны и технологию лидарного сканирования.
Министерство строительства инициирует создание единого оператора, который к 2030 году должен обеспечить формирование виртуального аналога всей страны, при этом цифровое моделирование охватит все крупнейшие города с населением свыше миллиона человек. Представители казанской администрации в текущем году анонсировали запуск цифрового аналога столицы Татарстана, база данных которого уже насчитывает информацию о более двух десятков миллионов различных объектов.
Существует ряд препятствий, тормозящих широкое распространение технологии двойников, несмотря на их явную пользу. Ключевым фактором выступает дороговизна разработки и эксплуатации таких систем. Необходимы крупные капиталовложения в сенсорное оборудование, вычислительные мощности и обучение компетентных кадров. Дополнительную сложность создает задача по сбору и объединению информации: зачастую данные распределены между различными организациями и не переведены в цифровой формат.
Между тем, комплексная виртуальная копия целесообразна в условиях концентрированной инфраструктуры, существенных рисков и серьезного экономического эффекта от улучшения услуг. Населенным пунктам меньшего масштаба обычно выгоднее использовать специализированные цифровые решения для конкретных областей - к примеру, систем теплоснабжения, общественного транспорта или контроля потребления электроэнергии.
Вопросы безопасности не теряют своей значимости и в настоящее время. Фундаментальным подходом выступает принцип разумной необходимости: к сбору и обработке допускаются исключительно те сведения, для которых гарантируется надежная защита. Практика европейских инициатив демонстрирует: отсутствие жесткой системы контроля над информацией способно трансформировать цифровую копию в угрозу безопасности.
Информационная безопасность реализуется через комплексный подход. Хранение осуществляется в автономных центрах обработки данных, где применяется шифрование на различных уровнях, действует четкое распределение прав пользователей и проводятся систематические проверки защищенности. Многоуровневая архитектура безопасности предполагает внедрение жесткой стратегии работы с информацией, обезличивание и укрупнение личных данных, четкое определение границ доступа и установление норм информационного обмена между участниками системы.
«Интеграция виртуальных копий в единые сетевые экосистемы с функционалом в режиме реального времени может стать перспективным направлением эволюции подобных технологий, превращая их из изолированных трехмерных моделей в взаимосвязанные платформы автоматизированного контроля», - комментирует Мухорьянова Оксана, эксперт Ставропольского филиала Президентской Академии.