Eine Stadt besteht aus zwei Dimensionen: der physischen Dimension, die ihre Geografie und Infrastruktur umfasst, und der sozialen Dimension, die ihre Bürger und ihre Kultur umfasst. Dies ist die Art von Städten, seit es Menschen gibt, die sie ihr Zuhause nennen. Im zweiten Viertel des 21. Jahrhunderts wird jedoch weltweit eine dritte Dimension anerkannt: die digitale Dimension.
Viele Aktivitäten, die das Gefüge einer Stadt ausmachen – Stadtplanung, Finanztransaktionen, sozialer Austausch, Echtzeit-Updates zum öffentlichen Nahverkehr und mehr – finden heute in der digitalen Welt statt. Daher dürfte es nicht überraschen, dass es jetzt eine globale Bewegung gibt, die diese virtuellen Ereignisse harmonisieren und demokratisieren will. Dazu werden interoperable digitale Plattformen geschaffen, auf denen Entscheidungsträger und andere Interessengruppen den gegenwärtigen und zukünftigen Zustand ihrer Stadt überwachen, simulieren, vorhersagen und planen können. Diese Plattformen sind als Urban Digital Twins bekannt geworden und bieten eine wichtige Schnittstelle und ein Organisationstool für Smart-City-Technologien.
Doch bevor wir zu „urbanen“ digitalen Zwillingen kommen, wollen wir kurz besprechen, woher das Konzept eines „digitalen Zwillings“ stammt. Wir alle wissen, dass Produktdesign – sei es ein Düsentriebwerk oder ein Sportschuh – in einer digitalen Umgebung stattfindet. Aber Produkte sind mehr als nur eine 3D-Skizze eines Objekts, sie werden auch in 3D-Umgebungen modelliert, die es dem Designer ermöglichen, zu testen, wie sich das Produkt unter simulierten realen Bedingungen verhält. Mit den enormen Sprüngen bei der Verarbeitungsleistung und Bandbreite im letzten Jahrzehnt haben wir das Konzept der „digitalen Zwillinge“ nun auf die Stadtebene ausgeweitet. Tatsächlich verändern urbane digitale Zwillinge bereits die Art und Weise, wie Städte geplant, gebaut und verwaltet werden. Funktionierende Beispiele gibt es mittlerweile in Städten auf der ganzen Welt, darunter Helsinki, Dublin, Singapur, Sydney, Wellington und andere.
Digitale Zwillinge im urbanen Maßstab
Urbane digitale Zwillinge umfassen statische 3D-Modelle der physischen Objekte einer Stadt zu einem bestimmten Zeitpunkt sowie dynamische Vorhersagemodelle ihres Verhaltens, die von Echtzeitdaten stadtweiter Sensoren gesteuert werden. Solche Sensoren und Modelle stellen in der „digitalen Dimension“ Änderungen der „physischen Dimension“ der Stadt dar – etwa den Wasserstand von Flüssen, Windgeschwindigkeiten, den Füllstand von Mülltonnen oder Echtzeitpositionen des öffentlichen Nahverkehrs – sowie die „soziale Dimension“ der Stadt – etwa die Auslastung eines Zugwaggons, die Art des Geschäfts in einem Gebäude oder welche wichtigen kulturellen Ereignisse stattfinden. Gut konzipierte urbane digitale Zwillinge sind mehr als nur ein Werkzeug für Stadtmanager. Sie bestehen aus vielen verschiedenen Systemen, die zusammen ein vielfältiges, interoperables, zugängliches, integratives und sicheres Datenökosystem bilden, innerhalb dessen viele verschiedene Akteure Erkenntnisse gewinnen können, die ihre Entscheidungen verbessern.
Allerdings sind digitale Zwillinge in Städten kein „gelöstes Problem“. Neben erhöhten Investitionen in Forschung und Entwicklung erfordert die Vision vereinbarte Methoden und Standards, neue Verpflichtungen zum Datenaustausch, Datenschutz und zur Ethik, zukunftsweisende Regelungen und die Entwicklung einer robusten globalen Gemeinschaft, die sich dem Handwerk ebenso verschrieben hat wie der Technologie.
Die Location Powers: Virtueller Gipfel „Urban Digital Twins“
Dies waren einige der Themen, die auf dem virtuellen Gipfel „Location Powers: Urban Digital Twins“ vom 12. bis 14. Januar 2021 behandelt wurden. Der Gipfel brachte Experten aus Industrie, Forschung und Regierung aus der ganzen Welt zu einer interaktiven Diskussion zusammen, in der der aktuelle Stand der Technik bewertet und Empfehlungen für zukünftige Technologieforschung, Innovationen und die Entwicklung von Standards zur Unterstützung urbaner digitaler Zwillinge erarbeitet wurden, die den FAIR-Datenprinzipien Auffindbarkeit, Zugänglichkeit, Interoperabilität und Wiederverwendbarkeit entsprechen.
Die Veranstaltung fand sowohl in östlichen als auch in westlichen Zeitzonen statt und die Redner und Teilnehmer kamen aus unterschiedlichen Fachgebieten, darunter: Stadtgeographie, Planung, Governance, Bauingenieurwesen, BIM, Geodaten, Entwurf, Modellierung und Betrieb physischer Infrastruktur, Datenwissenschaft, maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz, Cloud-/Edge-/Fog-Computing und mehr. Die Redner präsentierten bestehende Projekte, Erfahrungen, Best Practices und vielversprechende Forschungsergebnisse rund um urbane digitale Zwillinge – darunter Anwendungen in den Bereichen Transport, Versorgung, Energie, Gesundheit und mehr.
Um das Potenzial digitaler Zwillinge in Städten auszuschöpfen, waren sich die Gipfelteilnehmer einig, dass Regierungen, Forscher und Industrie bei drei übergreifenden Prioritäten zusammenarbeiten müssen, die die Grundlage für erfolgreiche digitale Zwillinge in Städten bilden: Forschung und Entwicklung, Entwicklung von Standards und Einbindung der Bürger.
| Forschung & Entwicklung | Die Teilnehmer identifizierten mehrere Schlüsselbereiche, in denen Forschung und Entwicklung erforderlich sind, um Planern und Praktikern dabei zu helfen, das Potenzial urbaner digitaler Zwillinge zu maximieren und Hindernisse zu beseitigen, die derzeit die Einführung und Umsetzung behindern. Zu diesen Bereichen gehören: Entwicklung von Basisschichten digitaler Zwillinge, einschließlich solcher für unterirdische und Innenraummodelle; bewährte Verfahren zur Dynamisierung und Aktualisierung von Modellen, einschließlich der Vereinfachung der Integration unterschiedlicher Daten aus heterogenen Quellen wie Sensoren; gemeinsame Erstellung zur Koordinierung der Planung unter Verwendung mehrerer urbaner digitaler Zwillinge; Entwicklung digitaler Zwillinge für soziale Anwendungsfälle wie Mobilität, öffentliche Gesundheit und Justiz; Verknüpfungen von Datenmodellen; und Datenaustausch mit Blick auf Sicherheit und Datenschutz. Die Empfehlungen und Ergebnisse des Location Powers Summit werden nun einfließen in OGCs Innovationsprogramm, bei dem OGC-Mitglieder zusammenkommen, um genau diese Art von georäumlichen Herausforderungen in einem kollaborativen, agilen Prozess zu lösen. Tatsächlich hat das Innovationsprogramm durch frühere Testbeds, Pilotprojekte und Initiativen relevante technologische Konzepte wie Smart Cities, urbane Plattformen und System-of-Systems-Ansätze weiterentwickelt, darunter EXPRESS, Das Pilotprojekt „Smart City Interoperability Reference Architecture (SCIRA)“, The 3D-IoT-Plattform für Smart Cities-Pilotprojektund vieles mehr. |
| Entwicklung von Standards | Aus technischer Sicht spielen offene Standards bei digitalen Zwillingen in Städten eine entscheidende Rolle, da sie nicht nur die Zugänglichkeit und Funktionalität verbessern, sondern auch die Kosten senken und den Wert steigern. Darüber hinaus sind wie bei jedem digitalen Konzept Standards erforderlich, bevor digitale Zwillinge in Städten ausgereift sein können. Der Wert offener Standards für Regierung, Industrie, Wissenschaft und die Gesellschaft im Allgemeinen ist eine Botschaft, an die OGC seit über 25 Jahren seines Bestehens fest glaubt und die es fördert. Daher bietet OGC eine Reihe offener Standards für die Nutzung und den Nutzen digitaler Zwillinge in Städten an: einschließlich CityGML, IndoorGML, SensorThings, 3DTiles, i3S und unsere neue OpenAPI-basierte OGC-API-Standards. Allerdings stehen die digitalen Zwillinge in Städten noch am Anfang, und OGC arbeitet aktiv daran, die Grundlagen zu legen, die es der Technologie ermöglichen, ausgereift zu werden. Zwei Bereiche, die von den Gipfelteilnehmern als Bereiche identifiziert wurden, in denen weitere Standards entwickelt oder verbessert werden müssen, sind Standards für die Verknüpfung von Datenmodellen und für die Erfassung und Weitergabe spezialisierter Datensätze wie Energie, Wasser, unterirdische Infrastruktur und Mobilität. Die Erkenntnisse aus den Diskussionen auf dem Location Powers Summit werden nun in die Entwicklungsprozess der OGC-Standards mit dem Ziel, bestehende Datenstandards zu verbessern oder neue, konsensbasierte Datenstandards zu entwickeln. |
| Gesellschaftliches Engagement | Erfolgreiche digitale Zwillinge für Städte erfordern eine kontinuierliche Zusammenarbeit zwischen mehreren Regierungsebenen, dem privaten Sektor, öffentlichen Versorgungsunternehmen, Gebäudeeigentümern, Gemeindegruppen, Bürgern und mehr. Genau wie Standards funktionieren digitale Zwillinge für Städte nur, wenn sie so konzipiert sind, dass sie unterschiedliche – und oft unvorhergesehene – Sichtweisen und Anwendungsfälle berücksichtigen. Das Erfassen und Fördern von Best Practices (sowie gewonnenen Erkenntnissen) aus der ganzen Welt kann die Erstellung digitaler Zwillinge für Städte erleichtern und gleichzeitig neue Anwendungsfälle fördern, deren Realisierbarkeit sonst möglicherweise nicht bekannt wäre. Einige Beispiele, die während des Location Powers Summit vorgestellt wurden, waren: Bereitstellung von „Blaupausen“ und Best Practices, die bei der Skalierung digitaler Zwillinge für Städte vom Prototyp zur Realität helfen können; Einsatz digitaler Zwillinge im Energiebereich, um Städte bei der Erreichung ihrer CO2-neutralen Ziele zu unterstützen; Nutzung von Visualisierung und Gamification, um Interesse und Nachfrage für digitale Zwillinge für Städte zu wecken; und Aufbau von Schulungs- und Bildungsprogrammen, um eine Belegschaft der nächsten Generation zu entwickeln, die mit der Erstellung und Bereitstellung digitaler Zwillinge für Städte vertraut ist. Die OGC-Community verfügt bereits über Mechanismen für diese Art des Wissensaustauschs, da wir stolz einen „neutralen Boden“ geschaffen haben, auf dem Menschen mit unterschiedlichen Ansichten und Perspektiven aus Industrie, Politik und Wissenschaft Wissen und Erfahrungen austauschen und zum Aufbau der offenen, konsensbasierten Standards beitragen können, für die das OGC berühmt ist. |
OGC ist als Verbindungsglied für alle Standortfragen in der einzigartigen Lage, Experten aus den vielen verschiedenen Technologieanwendungsbereichen zusammenzubringen, die die urbanen digitalen Zwillingsdaten-Ökosysteme bilden werden. Von den Cloud-Anbietern über die Softwareentwickler bis hin zu den Entwicklern von Vorhersagemodellen, den Sensorentwicklern, den Benutzern und Entscheidungsträgern kann die OGC-Community zusammenarbeiten, um offene, konsensbasierte Standards, Best Practices, Referenzarchitekturen und mehr zu erstellen und zu testen und gleichzeitig die notwendige Foren Damit die vielen verschiedenen Interessenvertreter zusammenkommen und ihre Beiträge und Perspektiven einbringen können.
Das Versprechen urbaner digitaler Zwillinge passt gut zur Vision von OGC, die Zukunft der Standortbestimmung mit Gemeinschaft und Technologie zum Wohle der Gesellschaft zu gestalten, und zu unserer Mission, Standortinformationen auffindbar, zugänglich, interoperabel und wiederverwendbar (FAIR) zu machen, damit Kommen Sie und treffen Sie sich mit uns in der Community Und wir helfen dabei, die Grundlagen für digitale urbane Zwillinge zu schaffen, die der Menschheit dabei helfen, in Städten zu leben, die sicherer, nachhaltiger, widerstandsfähiger und reaktionsschneller gegenüber ihren Bewohnern sind.
