Хельги Лаб: цифровые двойники для «Умных городов»

Цифровые двойники#nbsp;— следующий шаг в#nbsp;цифровизации городов. Как трёхмерная визуализация городского пространства открывает новые возможности для муниципалитетов и#nbsp;делает жизнь горожан лучше.

В#nbsp;этой статье серебряный партнёр #ГИСОГД2024#nbsp;— ООО#nbsp;«Хельги Лаб» расскажет о#nbsp;том как создаётся цифровой двойник города и#nbsp;какую роль в#nbsp;процессе играет ГИСОГД, что умеют и#nbsp;для чего нужны цифровые двойники, а#nbsp;также кому они приносят пользу.

Для цифровизации города необходимо провести наземную съёмку мобильными лазерными комплексами и#nbsp;дополнить её#nbsp;фотопанорамной съёмкой, а#nbsp;так#nbsp;же при необходимости данными с#nbsp;БПЛА. Оцифровав городскую среду мы#nbsp;получаем трёхмерную модель и#nbsp;устанавливаем её#nbsp;на#nbsp;серверах заказчика. Для того чтобы модель стала цифровым двойником необходимо наполнить её#nbsp;данными в#nbsp;виде подключаемых слоёв. Источниками данных выступают как множественные городские системы, так и#nbsp;публичные платформы, например, OpenStreetMap.

Система ГИСОГД выступает краеугольным камнем в#nbsp;наполнении цифрового двойника города, потому что содержит в#nbsp;упорядоченном виде информацию о#nbsp;территориальном зонировании, инфраструктуре, планировании развития и#nbsp;так далее. Особенность нашего решения в#nbsp;том, что мы#nbsp;не#nbsp;копируем информацию на#nbsp;сервера цифрового двойника, а#nbsp;настраиваем интеграцию с#nbsp;уже существующими городскими системами. Благодаря этому, все изменения, производимые в#nbsp;ГИСОГД сразу#nbsp;же отображаются в#nbsp;цифровом двойнике и#nbsp;пользователи могут продолжать работать в#nbsp;привычном инструменте без необходимости переучиваться и#nbsp;дублировать данные. Причём система настроена «в#nbsp;обе стороны», так что изменения внутри двойника будут видны и#nbsp;в#nbsp;ГИСОГД.

Помимо интеграции существующих данных и#nbsp;городских систем мы#nbsp;также извлекаем информацию из#nbsp;собственной фотопанорамной съёмки, распознавая с#nbsp;помощью искусственного интеллекта знаки и#nbsp;светофоры, столбы освещения, вывески, деревья, малые архитектурные формы, люки и#nbsp;многие другие объекты. Таким образом можно полноценно решать задачи инвентаризации городского хозяйства, а#nbsp;также проводить анализ и#nbsp;сравнение фактически наблюдаемого городского пространства с#nbsp;документарным.

По#nbsp;определению «цифровой двойник»#nbsp;— это точная цифровая копия реально существующего объекта, на#nbsp;которой отображаются все изменения происходящие с#nbsp;этим объектом в#nbsp;реальной жизни. Используется для динамического моделирования процессов, планирования будущих изменений и#nbsp;принятия информированных управленческих решений.

В цифровом двойнике города точность модели достигается за счёт геодезической привязки лазерной и фотопанорамной съёмки. Каждая точка в модели имеет свои точные координаты и это позволяет, во-первых, создать корректную геометрию модели, а во-вторых, проводить линейные измерения объектов с точностью до сантиметров. На практике это означает, например, что специалисты надзорных ведомств могут измерить площадь остекления дома, размеры рекламной вывески, границы участка и прочие линейные параметры, обнаруживая нарушения на этапе камеральной работы даже не выходя из офиса.

Другая неотъемлемая часть цифрового двойника#nbsp;— это его гибкость и#nbsp;универсальность. Мы#nbsp;уже упомянули возможность интегрировать существующие городские системы, но#nbsp;подключить можно также отдельные датчики и#nbsp;внешние источники данных. К#nbsp;примеру, данные с#nbsp;сотовых вышек о#nbsp;количестве подключенных в#nbsp;данный момент абонентов помогают выявлять перегруженные элементы системы и#nbsp;проводить исследования суточной маятниковой миграции граждан. Датчики загрязнённости воздуха в#nbsp;реальном времени выявляют влияние пробок и#nbsp;промышленности на#nbsp;экологию. Подключенные камеры наружного наблюдения показывают прямую трансляцию происходящего в#nbsp;городе с#nbsp;простой и#nbsp;понятной привязкой к#nbsp;конкретному месту. Есть только один ключевой параметр у#nbsp;подключаемых источников данных#nbsp;— геодезическая привязка. Если у#nbsp;датчика, векторного слоя, трёхмерного объекта есть чёткие координаты, значит информацию с#nbsp;него мы#nbsp;сможем отобразить и#nbsp;взаимодействовать с#nbsp;ней на#nbsp;цифровом двойнике.

Мы#nbsp;уже упомянули об#nbsp;использовании искусственного интеллекта при создании цифрового двойника, но#nbsp;на#nbsp;этом его применение не#nbsp;заканчивается. По#nbsp;своей природе#nbsp;ИИ лучшего всего подходит для обработки и#nbsp;анализа больших данных, снимая рутинную работу со#nbsp;специалистов, что проще всего продемонстрировать двумя недавними примерами из#nbsp;нашего опыта внедрения цифровых двойников.

В#nbsp;одном случае была проведена фотопанорамная съёмка пригородных территорий с#nbsp;обширным частным сектором, после чего машинным зрением были выявлены и#nbsp;классифицированы с#nbsp;привязкой к#nbsp;конкретным координатам вывески и#nbsp;другие признаки коммерческой деятельности. Затем полученный слой данных мы#nbsp;сопоставили с#nbsp;официальным территориальным зонированием и#nbsp;таким образом надзорный орган получил список всех участков, где коммерческая деятельность велась без соответствующих разрешений.

В#nbsp;другом случае была поставлена задача провести инвентаризацию всех деревьев, вывесок и#nbsp;знаков в#nbsp;городе миллионнике. Даже при камеральной работе у#nbsp;специалистов на#nbsp;подобную задачу уйдут годы человеко-часов, а#nbsp;при традиционном выезде на#nbsp;объект и#nbsp;ручном измерении объём работ возрастает настолько, что возможная выгодна не#nbsp;стоит затрат. Адаптировав#nbsp;же алгоритмы искусственного интеллекта, нам удалось провести большую часть работы по#nbsp;распознаванию автоматически. Одних только деревьев оказалось около 600 000. Затем нашим специалисты тщательно проверяют результат работы#nbsp;ИИ на#nbsp;ошибки и#nbsp;готовят материал к#nbsp;передаче заказчику.

Интерактивная природа трёхмерного цифрового двойника позволяет моделировать будущее состояние города и#nbsp;учитывать как эти изменения скажутся на#nbsp;окружающем пространстве. Рассматривая различные сценарии развития, архитекторы, градостроители и#nbsp;руководители, получают ценные сведения о#nbsp;потенциальных результатах предлагаемых изменений. Благодаря удобной визуализации данных, цифровой двойник позволяет заинтересованным сторонам согласовывать городской ландшафт с#nbsp;застройкой в#nbsp;приближенном к#nbsp;реальности виртуальном пространстве и#nbsp;не#nbsp;попасть в#nbsp;известную поговорку «Гладко было на#nbsp;бумаге, да#nbsp;забыли про овраги».

Но#nbsp;кто#nbsp;же эти заинтересованные стороны? Мы#nbsp;уже вкратце упомянули управления строительства и#nbsp;архитектура, управления имущественных и#nbsp;земельных отношений, аппарат мэра города, специалистов и#nbsp;руководителей муниципалитетов и#nbsp;надзорных ведомств. Но#nbsp;помимо них эффект от#nbsp;внедрения цифрового двойника могут получить как бизнес-структуры, так и#nbsp;горожане. Остановимся подробнее на#nbsp;всех этих группах.

Как уже говорилось, одним из#nbsp;главных преимуществ цифровых двойников является их#nbsp;способность помогать в#nbsp;городском планировании и#nbsp;принятии решений. Имея доступ к#nbsp;точным данным и#nbsp;визуализированному представлению города, чиновники из#nbsp;комитетов градостроительства и#nbsp;архитектуры могут правильно оценить текущие условия и#nbsp;предсказать будущие тенденции. Возможность встроить в#nbsp;модель текущей городской застройки новые проекты позволяет ещё на#nbsp;этапе планирования учесть нагрузку на#nbsp;инженерную инфраструктуру, социальные службы и#nbsp;проанализировать экологические риски проекта. Таким образом муниципалитет разрабатывает эффективные стратегии управления развития городом, которые учитываются при создании мастер плана на#nbsp;много лет вперёд. Именно интерактивное и#nbsp;простое в#nbsp;использовании подспорье по#nbsp;созданию мастер плана развития городов и#nbsp;территорий делает комитеты по#nbsp;градостроительству и#nbsp;архитектуре локомотивами по#nbsp;созданию и#nbsp;использованию цифровых двойников в#nbsp;своих городах.

Благодаря интеграции множества источников данных в#nbsp;единую платформу, цифровые двойники позволяют специалистам, ответственным за#nbsp;обслуживание дорог, мостов, инженерных сетей и#nbsp;других критически важных систем, отслеживать их#nbsp;работу в#nbsp;практически режиме реального времени. Это помогает обнаруживать аномалии на#nbsp;ранних стадиях и#nbsp;способствует своевременному ремонту, тем самым снижая затраты на#nbsp;обслуживание и#nbsp;сводя к#nbsp;минимуму перебои в#nbsp;работе. В#nbsp;Москве, например, решения о#nbsp;ремонте мостов и#nbsp;других важных транспортных артерий принимаются исходя из#nbsp;моделирования в#nbsp;цифровом двойнике как полное или частичное перекрытие дороги повлияет на#nbsp;город. Поскольку платформы цифровых двойников часто включают в#nbsp;себя исторические записи и#nbsp;в#nbsp;них могут быть встроены прямые трансляции с#nbsp;датчиков, установленных по#nbsp;всему городу, специалисты получают ценные сведения о#nbsp;закономерностях, складывающихся с#nbsp;течением времени, что позволяет им#nbsp;предвидеть потребности, а#nbsp;не#nbsp;реагировать на#nbsp;возникающие проблемы по#nbsp;мере их#nbsp;возникновения.

Цифровые двойники открывают обширные возможности для предприятий, которые хотят инвестировать или расширять существующее присутствие в#nbsp;«умных городах». Городская администрация может предоставить бизнесу богатые массивы данных, содержащиеся в#nbsp;этих виртуальных моделях, облегчая стратегическое планирование на#nbsp;основе точных демографических профилей и#nbsp;территориального зонирования, благодаря чему инвесторы могут точно спрогнозировать потенциальный спрос и#nbsp;рентабельность проектов. Более того, на#nbsp;основе цифрового двойника возможно организовать предоставление услуг бизнесу в#nbsp;режиме «одного окна», что значительное увеличивает инвестиционную привлекательность города, снижая бюрократические издержки.

Наиболее наглядный пример выгодоприобретателей от#nbsp;бизнеса#nbsp;— это застройщики. Девелоперы используют цифровые двойники в#nbsp;качестве убедительных наглядных материалов во#nbsp;время презентаций для муниципальных органов, которым поручено выдавать разрешения на#nbsp;строительство, но#nbsp;на#nbsp;этом их#nbsp;польза не#nbsp;заканчивается. Даже после получения одобрения от#nbsp;муниципалитета, застройщик может использовать цифровой двойник для создания рекламных материалов и#nbsp;привлечения будущих жильцов. Например, можно демонстрировать вид из#nbsp;окна будущих квартир и#nbsp;дать возможность «ходить» по#nbsp;виртуальной версии ещё только строящегося дома.

Но, в#nbsp;конечном итоге, главным выгодоприобретателем введения практики использования цифрового двойника города становятся его жители. Информированные решения мэра города, гармоничная архитектурная застройка, появления новых предприятий там, где в#nbsp;них нуждаются, своевременный ремонт инфраструктуры и#nbsp;вывоз мусора#nbsp;— всё это идёт на#nbsp;пользу простым гражданам. Также жители могут и#nbsp;напрямую взаимодействовать с#nbsp;цифровым двойником, когда муниципалитет выставляет на#nbsp;голосования проекты благоустройства или создаёт интерактивную карту туристических маршрутов с#nbsp;подключением фотопанорам и#nbsp;3D-моделей.

Это далеко не#nbsp;все возможности и#nbsp;преимущества использования цифровых двойников городов. По#nbsp;каждому пункту можно рассказать подробнее, упомянуть больше примеров и#nbsp;успешных практик. О#nbsp;некоторых из#nbsp;них мы#nbsp;расскажем в#nbsp;нашей следующей статье о#nbsp;практике применения трёхмерного цифрового двойника города Южно-Сахалинске. И, конечно#nbsp;же, мы#nbsp;с#nbsp;радостью будем открыты к#nbsp;общению и#nbsp;обсуждению всех поднятых вопросов лично на#nbsp;конференции #ГИСОГД2024.

В#nbsp;заключение хочется поблагодарить организаторов и#nbsp;участников конференции #ГИСОГД2024 за#nbsp;продвижение этой технологии в#nbsp;России. Без неё наши города были#nbsp;бы куда менее «умными», а#nbsp;внедрение цифровых двойников не#nbsp;имело такого прекрасного подспорья.

Спасибо за#nbsp;внимание, до#nbsp;встречи на#nbsp;конференции #ГИСОГД2024!