دوقلوی دیجیتال، ابزاری برای هوشمندسازی شهرها

پیش‌بینی می‌شود تا سال 2025 تعداد کل کاربران اینترنت در جهان به 6.2 میلیارد نفر رسیده و تعداد کل دستگاه‌های متصل در همان سال از مرز 100 میلیارد دستگاه فراتر رود. این دستگاه‌های متصل، سالانه 180 زتابایت داده تولید خواهند کرد که پنج برابر مقدار تولید داده فعلی است. از سویی دیگر، شهرها، اکوسیستم‌های پیچیده‌ای هستند که به سرعت در حال تکامل می‌باشند و در مسیر تکامل، همانند شهروندان، به سرعت در حال دیجیتالی شدن هستند. به دنبال پیشرفت زیرساخت‌های دیجیتال شهری، تیم‌های مدیریت شهری در تلاشند که به سرعت با این تغییرات همراستا شده و سریعتر و کارآمدتر به ارائه سرویس بپردازند. از طرفی، این انتظار وجود دارد تا از داده‌های تولید شده برای رفع نیازهای شهروندان استفاده شود. در شهرهای هوشمند، دوقلوی دیجیتال، مدلی مجازی از شهر است، یک کپی از دنیای واقعی. دو قلوی دیجیتالی به سرعت در حال تبدیل شدن به ابزاری ضروری برای تجسم بهتر از شهر در زمان واقعی با استفاده از منابع داده‌ای از ساختمان‌ها، زیرساخت‌های شهری، تأسیسات، مشاغل، جابه‌جایی افراد و وسایل نقلیه هستند. آنچه در این مقاله به آن توجه شده است، کارکرد دوقلوی دیجیتالی در هوشمندسازی شهری است.ساخت شهرهای هوشمندایجاد شهرهای هوشمند یکی از موضوعات اصلی دولت‌ها در سال‌های اخیر بوده است. با این حال، نکته اصلی در این بخش، تکامل یافتن مفهوم شهر هوشمند، همگام با تغییراتی است که بر اکوسیستم شهرها تأثیر می‌گذارد. شهرها به طور معمول دارای سه ویژگی اصلی هستند که آنها را هوشمند یا هوشمندتر می‌سازد:1- آگاهی: شهرهای هوشمند از شرایط در حال تغییر سریع مانند محیط زیست (آب و هوا ، میزان آلودگی)، ترافیک (میزان ترافیک، تصادفات) و وضعیت ایمنی عمومی (شرایط اضطراری، حوادث) آگاهی بلادرنگ دارند. همچنین، شرایط بسیار کندتر یا متناوب مانند جمعیت و تغییرات جمعیتی و سطوح فعالیت اقتصادی (تجارت، خرده‌فروشی، گردشگری، مسافرت و تولید) نیز در عملیات و توسعه شهرهای هوشمند نقش اصلی دارد.2- پاسخ: سطح بالای آگاهی همراه با زمان پاسخگویی سریع، یک شهر را هوشمند می‌سازد. در عملیات شهری، واکنش‌های مؤثر می‌تواند از تشدید موقعیت‌های خطرناک جلوگیری کرده و باعث بهبود کیفیت زندگی شود3- پیش‌بینی: توانایی پیش‌بینی و واکنش پیش‌گیرانه به رویدادها، جزء اصلی شهرهای هوشمند است. چنین توانایی فقط با استفاده از داده‌های جمع‌آوری شده، تحلیل داده و استفاده از هوش مصنوعی امکان‌پذیر است.با گذشت زمان، تیم‌های عملیاتی شهری سعی کرده‌اند با استفاده از پیشرفت‌های مختلف فناوری، ویژگی‌های شهر هوشمند را توسعه دهند و داده‌های بیشتری را در تصمیم‌گیری‌های شهری استفاده نمایند. به عنوان مثال، دوربین‌های مدار بسته تلویزیونی، سنسورهای سیستم گرمایش، تهویه مطبوع و سیستم‌های مدیریت ساختمان برای افزایش بیشتر آگاهی از وضعیت شهر استفاده شده‌اند. با این حال، ماهیت طراحی شده این سیستم‌های الکترونیکی دارای محدودیت بوده و پاسخ‌ها همچنان به صورت دستی وارد می‌شوند. محدودیت‌های این سیستم‌ها باعث تغییر روند عملیات در شهر از عکس‌العمل به رخداد (reactive) به رویکرد پیش‌گیرانه (proactive) شده است. به طور خلاصه، عدم یکپارچگی بین بخش‌های مختلف فناوری در اکوسیستم‌های شهری مانع تبدیل شدن شهرها به شهر هوشمند شده است.ظهور دوقلوهای دیجیتالی شهرهمانند انسان‌ها، شهرها نیز در یک دوره تکامل قرار دارند. دانشمندان معتقدند که بشر به دلیل دوره تکامل، به گونه غالب روی زمین تبدیل شد. شهرها نیز دوره مشابهی از «انقلاب شناختی» را پشت سر می‌گذارند، دوره توسعه سریع «مغز شهری». این تحول با تجمیع سریع سیستم‌های حسی که همان شبکه اینترنت اشیاء است، ایجاد شد و با داده‌ها تغذیه می‌شود. بزرگترین چالشی که تیم‌های مدیریت شهری در عملیات شهر مبتنی بر داده با آن روبرو هستند، افزایش حجم، سرعت و تنوع داده‌ها است،که به عنوان داده عظیم (Big Data) نیز شناخته می‌شود. برای مقابله با این چالش، تیم‌های عملیاتی شهر، مدل‌های داده‌ای را ایجاد می‌کنند که می‌تواند عملیات پیچیده عملکردهای شهر را در زمان واقعی تجسم کند. این مدل‌ها به عنوان «دوقلوهای دیجیتال» شناخته می‌شوند. دوقلوهای دیجیتالی از سه بخش تشکیل شده است: 1- نمونه فیزیکی در دنیای واقعی، 2- نمونه مجازی در فضای مجازی، 3- داده‌هایی که بین دنیای واقعی و مجازی تبادل می‌شوند. این مدل داده‌ها، کل اکوسیستم شهری را شامل شده و نسبت به مدل‌های سنتی دارای پویایی و قابلیت همزمانی با زمان واقعی است. پیش‌بینی شده است تا سال 2023، 25 درصد از مدل‌های موفق دوقلوی دیجیتالی برای فرایندهای پیچیده و به هم پیوسته استفاده می‌شود.شهرها چگونه از دوقلوهای دیجیتالی سود می‌برنددوقلوی دیجیتالی شامل همه سطوح مدیریت شهری از قبیل مدیریت اجرایی، تیم‌های مختلف عملیاتی (مانند حمل و نقل عمومی، پلیس، آتش نشانی، خدمات اضطراری و خدمات شهری)، برنامه‌ریزان شهری و سایر بخش‌ها می‌شود. مزایایی که دوقلوی دیجیتال دارد عبارت است از:مدیریت اجرایی: دوقلوهای دیجیتالی با ارائه یک دید جامع و انعطاف‌پذیر از دارایی‌ها، امکانات و فرآیندها، تصمیم‌گیری در سطح اجرایی را بهبود می‌بخشند. دوقلوهای دیجیتالی، تصمیم‌گیرندگان را قادر می‌سازد تا شاخص‌های کلیدی عملکرد را از نزدیک زیر نظر داشته باشند.عملیات شهر: دوقلوهای دیجیتالی، رویکرد «کنترل ماموریت» را در عملیات شهرها فعال می‌کنند. مشاهده زمان واقعی دارایی‌ها (به عنوان مثال ترافیک) و کل زنجیره‌های ارزش (به عنوان مثال جاده شریانی شهر) به تیم‌های عملیاتی این توانایی را می‌دهد که مسائل را پیش‌بینی کرده و خطرات را کاهش دهند.برنامه‌ریزان شهر: برنامه‌ریزی شهری جنبه مهم اما چالش برانگیز شهر است. معمولاً برنامه‌ریزان شهر هنگام پیش‌بینی پیامدهای احتمالی توسعه یا ارتقاء جدید، دچار مشکل می‌شوند. دوقلوهای دیجیتالی فرصت‌های قابل توجهی را در تولید و توسعه ایده، همکاری در مراحل اولیه و انتخاب سریع، شبیه‌سازی و آزمایش ارائه می‌دهند.بازاریابی و فروش: حجم وسیعی از داده‌های موجود از طریق دوقلوهای دیجیتالی‌، تیم‌های مدیریت شهری را قادر می‌سازد تا تجزیه و تحلیل علل اصلی موانع و چالش‌ها را انجام دهند (به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل حوادث مکرر در زمینه ترافیک) و متناسب با آن، کمپین‌های بازاریابی متمرکز با هدف تغییر رفتار شهروندان را تدوین کنند. از سویی دیگر، مشاهده لحظه‌ای حرکت‌ها و پیاده‌روی‌های شهروندان فرصت‌های قابل توجهی را برای درآمدزایی شهرها از نظر تبلیغات و فروش املاک فراهم می‌کند.همکاری: دوقلوهای دیجیتالی، همکاری و ارتباط با شرکاء را تسهیل می‌کنند. دوقلوهای دیجیتالی همچنین با بهبود اشتراک‌گذاری داده‌ها (به عنوان مثال بین آژانس‌های حمل و نقل عمومی و ارائه‌دهندگان خدمات) توسعه محصولات و خدمات را تسریع می‌کنند.دوقلوهای دیجیتالی عملکرد شهر را به شدت بهبود بخشیده و منجر به مزایای قابل توجهی برای شهروندان می‌شوند. پایش زمان واقعی شهر امکان پاسخگویی بهتر در مواقع اضطراری، روان شدن ترافیک و ایجاد یک شهر کم مصرف را فراهم می‌آورد. یک دوقلو دیجیتالی همچنین به عنوان بستری برای دوره جدید برنامه‌های کاربردی شهرهای دیجیتالی عمل می‌کند که منجر به افزایش کیفیت زندگی شهروندان می‌شود.فناوری‌هایی که در دوقلوهای دیجیتالی شهری کاربرد دارنددوقلوهای دیجیتالی، با استفاده از چند فناوری مکمل ساخته شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند که داده‌ها را جمع‌آوری، محاسبه و تجسم می‌کنند. مجموعه‌ای از سیستم‌ها، مانند سیستم‌های که امروزه در اکثر سازمان‌ها وجود دارد، فرآیندهای لازم برای دوقلوهای دیجیتالی ارائه می‌دهند. با این حال‌، گروهی از فناوری‌های جدید که معمولاً به عنوان بخشی از تحول دیجیتالی سازمانی به کار گرفته می‌شود به دوقلوهای دیجیتالی امکان می‌دهند تا به پتانسیل واقعی خود برسند و به مدل داده‌های زنده و به‌هنگام تبدیل شوند..1- اینترنت اشیاء (IoT):حسگرها و تجهیزات اینترنت اشیاء به طور مداوم داده‌های لازم را برای سازمان‌ها به منظور به دست آوردن ارزش از دارایی‌های فیزیکی، جمع آوری و ارسال می‌کنند. این اطلاعات، داده‌های زمان واقعی است و تضمین می‌کند که یک دوقلو دیجیتالی به عنوان یک کپی زنده واقعی از یک دارایی، فرآیند یا اکوسیستم می‌تواند عمل کند. وقتی از دوقلوهای دیجیتال برای بهینه‌سازی عملیات استفاده می‌شود ، سرعت و دقت در درجه اول اهمیت قرار گرفته و پردازش توزیع شده در لبه ابر در چنین سناریوهایی حیاتی می‌شود.2- نسل پنجم شبکه‌های ارتباطی (5G): ایجاد جریان مداوم داده‌ها در زمان واقعی بین نسخه‌های فیزیکی و مجازی در دوقلوهای دیجیتالی بسیار مهم است. 5G با سرعت فوق‌العاده بالا، تأخیر کم و ظرفیت پشتیبانی از تراکم زیاد دستگاه‌ها، یک شتاب‌دهنده ضروری برای دوقلو دیجیتال محسوب می‌شود.3- هوش مصنوعی و تجزیه و تحلیل داده‌های عظیم: هوش مصنوعی، همراه با ابزارهای تجزیه و تحلیل، از تصمیم‌گیری اپراتورهای شهری پشتیبانی کرده و اتوماسیون وظایف عملیاتی را امکان‌پذیر می‌کند. به عنوان مثال، یک سنسور صوتی که بخشی از زیرساخت‌های شهر است می‌تواند کارکنان مرکز عملیات را در مورد حادثه رخ داده در شهر آگاه نموده و لیستی از پاسخ‌های احتمالی را ارائه دهد. این نوع سنسور همچنین می‌تواند به طور خودکار باعث نظارت پهپادی و از راه دور بر منطقه آسیب دیده شود.4- ابزارهای تجسم: مراکز عملیاتی با ابزارهای تجسم سه بعدی مانند مدل‌سازی اطلاعات ساختمان (BIM) یکی از اجزای ضروری دوقلوهای دیجیتالی هستند. فناوری‌های واقعیت افزوده و واقعیت مجازی می‌توانند کارایی و دقت دوقلوهای دیجیتالی را افزایش دهند. این فناوری‌ها همچنین دارای کارایی عمده‌ای در عملیات، آموزش، طراحی و شبیه‌سازی هستند.5- پلتفرم دیجیتال: یک پلتفرم دیجیتالی ادغام همه این فناوری‌ها را انجام می‌دهد. این پلتفرم همچنین شرکت‌های مختلف و شرکای اکوسیستم را به یکدیگر متصل می‌کند تا همه بخش‌ها از اکوسیستم استفاده نمایند.نمونه‌هایی از دوقلوهای دیجیتالسنگاپور مجازی، که با همکاری نهادهای دولتی مختلف شهری توسعه یافته است، نمونه خوبی از دوقلوی دیجیتال شهری است. یک مدل شهر سه‌ بعدی پویا و پلتفرم داده‌های مشترک، جنبه‌هایی مانند نقشه‌های منطقه و اجزای مختلف آن، از جمله پوشش گیاهی، زیرساخت‌های حمل و نقل و همچنین ساختمان‌ها و دارایی‌ها را با جزئیات دقیق نشان می‌دهد. این مدل، با منابع مختلف داده‌ها و اطلاعات مانند جمعیت شناسی، حرکت و آب و هوا تکمیل می‌شود. این داده‌ها توسط ادارات و سازمان‌های مختلف دولتی استفاده می‌شوند.مثال دیگر Yingtan در چین است که در ایجاد دوقلوهای دیجیتالی شهر پیشگام می‌باشد. دولت محلی به عنوان بخشی از چشم‌انداز «یینگتان مبتنی بر اینترنت اشیا»، خدمات یکپارچه‌ای را بر اساس مدل «یک مرکز، چهار پلتفرم» ایجاد کرده است. 43 دسته از برنامه‌های کاربردی اینترنت اشیا شهری، در یک مرکز اینترنت اشیا ادغام شده و شهر را قادر می‌سازد تا یک دوقلو دیجیتال ایجاد کند که در نهایت زندگی شهروندانش را بهبود می‌بخشد.آینده دوقلوهای دیجیتالعملیات شهر مبتنی بر داده به دلیل حجم و تنوع منابع داده جدید، مانند فیلم و صدا دیجیتال، داده‌های حسگر اینترنت اشیا، رسانه‌های اجتماعی و بیومتریک، پیچیده شده است. همچنین فشار قابل توجهی برای کاهش زمان صرف شده برای تجزیه و تحلیل اطلاعات، تسریع فرآیند پاسخ و استفاده از ابزارهای جدید، مانند محاسبات شناختی، برای کشف الگوهایی جدید، وجود دارد. دوقلوهای دیجیتال، که توسط یک پلتفرم دیجیتالی فعال شده‌اند، مزایای بالقوه زیادی در این زمینه دارند و شروع خوبی است تا تیم‌های مدیریت شهری کل اکوسیستم شهری را به یکدیگر متصل نموده و مدیریت نمایند.