Мегаполисы все чаще внедряют технологии цифровых двойников. Когда-то они применялись только в промышленности и авиации, а теперь с их помощью правительства по всему миру принимают важные решения о дальнейшем развитии городов. Современные технологии позволяют достаточно точно прогнозировать риски, моделировать и оптимизировать работу всех служб. В России такой "близнец" уже есть у Москвы, и в ближайшие годы подобные проекты планируется реализовать в большинстве миллионников.
Если смотреть поверхностно, то цифровой двойник - это тщательно прорисованная трехмерная копия мегаполиса. На ней отображены все здания, дороги, развязки, коммуникации, особенности ландшафта, парки, водоемы. Однако это не просто красивая картинка. Это сложная динамическая система, которая в реальном времени аккумулирует огромные объемы данных из разных источников.
Сведения собираются в единую картину с помощью аэросъемки, тысячи датчиков, кадастровых регистров, камер видеонаблюдения, данных общественного транспорта, коммунальных служб, метеорологических станций и других источников. Весь массив информации накладывается на точную геопространственную модель. Таким образом, получается цифровой слепок города.
Главное отличие двойника от статичной модели заключается в том, что можно не только наблюдать за цифровой копией, но и взаимодействовать с ней - корректировать проект застройки с учетом розы ветров, инсоляции, нагрузки на транспортную систему, социальную инфраструктуру и коммуникации. Можно буквально посмотреть, куда будет падать тень от любого здания днем, увеличится ли загруженность ближайших улиц в час пик. Двойник позволит предсказать последствия ремонта дорог, настроить работу светофоров и оптимизировать маршруты общественного транспорта.
А еще поможет отследить износ инженерных сетей и предотвратить аварии, составить удобный график работы коммунальной техники, планировать эвакуацию людей при пожаре или наводнении и т.д.
Первопроходцем в создании цифровых двойников стал Сингапур. Проект был запущен в 2014 году, чтобы более эффективно использовать земли в крошечном государстве, где ее остро не хватает и определить районы, наиболее подверженные риску наводнений.
"Лидеры по масштабным цифровым копиям - Сингапур с Virtual Singapore, Хельсинки с Helsinki 3D+, а также Лондон и Дубай. Эти проекты служат площадкой для планирования и уже показывают практический эффект, - рассказал "РГ" основатель компании Netrack Алексей Рубаков. - На примере Virtual Singapore тестируют различные варианты изменения магистралей и прогнозируют поведение трафика при перекрытиях. В Хельсинки моделируют зеленую инфраструктуру и нагрузку на сети для сокращения выбросов. В Дубае используют для управления инфраструктурой и оперативного планирования. Эти сценарии сокращают время принятия решений и уменьшают экономические потери".
Цифровая копия - это сложная динамическая система, которая аккумулирует огромные объемы данных в реальном времени
В итоге цифровые двойники дают реальный экономический эффект: мегаполисы значительно сохраняют бюджет и повышают качество городской среды.
Как отметил генеральный директор компании Ortiga Development Станислав Куликов, успешный опыт использования цифрового двойника был применен в городе Инчхоне в Южной Корее, где благодаря этому на 10 процентов была повышена эффективность работы госучреждений. А в городе Ренне (Франция) на 70 процентов ускорено строительство метро. В американском городе Чаттануга на 30 процентов были сокращены дорожные заторы.
Как отметил Станислав Куликов, в России полноценный цифровой близнец в настоящий момент есть только у Москвы. Столичный двойник, созданный в 2019 году на базе Единого хранилища данных, - одна из самых продвинутых систем в мире.
"Сегодня любое градостроительное решение принимается не на бумаге, а в цифровом формате. Это уникальный инструмент, аналогов которому сейчас нет. Он позволяет учитывать все подземные и надземные ограничения, анализировать возможности реализации проекта и исключать ошибки еще на этапе планирования", - рассказал на форуме о будущем городов БРИКС "Облачные города" руководитель департамента градостроительной политики города Москвы Владислав Овчинский.
Чтобы собрать цифровой двойник Москвы, была проделана большая работа: сделано свыше 12 миллионов фотографий всей территории города со всех возможных ракурсов. Снимки регулярно обновляются. Там же можно увидеть архивные панорамы столицы начиная с 2013 года. Кроме того, модель включает 5 тысяч аналитических слоев по всем аспектам городской жизни.
По словам Овчинского, в столице действует комплексная система цифрового мастер-планирования. Она позволяет проектировать территории всего за один день. При этом раньше такая работа занимала 9-10 месяцев.
"Это радикально ускоряет инвестиционно-строительный цикл, а значит, экономику города", - подчеркнул Овчинский.
Работа по созданию цифровых копий активно ведется во многих городах. Например, Иннополис в Татарстане изначально строился как умный, и его двойник стал естественной частью инфраструктуры. Здесь технология используется для управления всем городским хозяйством: от уличного освещения до системы видеонаблюдения. Недавно 4D-модель города значительно обновили. Разработчиками выступили специалисты Центра геопространственных решений Университета Иннополис, которые оцифровали объекты с помощью беспилотников и лидарного сканирования.
Следующим шагом в развитии цифровых двойников городов могут стать платформы с автоматической системой управления
В этом году также был представлен двойник Казани. В мэрии отметили, что он уже содержит сведения более чем о 20 миллионах объектов. В будущем планируется, что цифровые двойники будут созданы для всех городов-миллионников, а к 2030 году появится виртуальная копия страны. Для этого в минстрое предлагают создать единого оператора.
Следующим шагом в развитии таких систем может стать интеграция двойников в сетевые экосистемы. Это не отдельные 3D-модели, а связанные платформы с реальным временем и автоматической системой управления.
Однако, как отмечают эксперты, не каждому населенному пункту нужна виртуальная копия.
"Полноценный двойник оправдан там, где высокая плотность инфраструктуры, большие риски и значимый экономический потенциал при оптимизации сервисов", - пояснил Алексей Рубаков. Малые и средние города чаще получают большую выгоду от прикладных, предметных цифровых моделей - например, для сетей отопления, транспорта или энергоучета.
Кроме того, несмотря на очевидные преимущества, массовому внедрению двойников мешают несколько барьеров. Один из главных - высокая стоимость создания и поддержки системы. Требуются значительные инвестиции в датчики, серверы и подготовку квалифицированных специалистов. Также есть проблема сбора и консолидации данных: информация часто хранится в разных ведомствах, она не всегда оцифрована.
По-прежнему актуальны вопросы, связанные с поддержанием безопасности.
"Защита данных обеспечивается тем, что все данные размещаются в независимых дата-центрах с многоуровневым шифрованием, строгой ролевой моделью доступа, регулярными аудитами безопасности. Главный принцип - целесообразность данных: собираются и обрабатываются только те данные, безопасность которых может быть обеспечена", - поясняет директор по развитию бизнеса одной из архитектурных компаний Алмаз Шакиров.
По словам Алексея Рубакова, защита данных строится на нескольких уровнях. Требуются строгая политика управления данными, анонимизация и агрегация персональной информации, разграничение доступа и регламентирование правил обмена данными между поставщиками. Опыт европейских проектов показывает, что без строгой модели управления данными цифровой двойник превращается в источник рисков.