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與任何城市一樣，波士頓也在不斷變化。舊樓倒塌，新樓拔地而起。公共交通蜿蜒穿過城市。 從學(xué)校到雜貨店再到樹木，到處都是風(fēng)景。

多年來，該市一直希望在數(shù)字3D模型中捕捉所有這些，以便在規(guī)劃決策在現(xiàn)實(shí)世界中生效之前幫助指導(dǎo)規(guī)劃決策。這種模式出現(xiàn)在2015年，三年后，這座城市將向公眾開放。

這個(gè)數(shù)字孿生包含建筑物、交通、樹木、日光和陰影以及興趣點(diǎn)的當(dāng)前景觀。它還包含擬建和在建建筑，并作為波士頓多年來的樣子檔案。

       波士頓規(guī)劃與發(fā)展局(Boston Planning And Development Agency)地理信息系統(tǒng)地圖(GIS)副主任卡羅琳·貝內(nèi)特(Carolyn Bennett)說，“這就像是一種活生生的內(nèi)容，里面有檔案，有現(xiàn)在，然后才有未來?！薄八谀撤N程度上涵蓋了整個(gè)領(lǐng)域，我認(rèn)為這對該機(jī)構(gòu)和整個(gè)波士頓都是有幫助的。”

　　數(shù)字孿生是給定系統(tǒng)、地點(diǎn)或事物的3D虛擬復(fù)制品，允許城市和業(yè)主在現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)施更改之前測試更改。從洛杉磯到德克薩斯州沿海以及其他地區(qū)的城市越來越多地使用這項(xiàng)技術(shù)來研究城市必須面對的發(fā)展、交通、氣候變化和無數(shù)其他情況的影響。

　　伊利諾伊理工大學(xué)(Illinois Tech)機(jī)械與航空航天工程副教授安基特·斯里瓦斯塔瓦(Ankit Sriastava)說，“在你真正在現(xiàn)實(shí)世界中做出這些改變之前，你可以模擬你的決定對物理物體的影響，在這種情況下是城市或校園。”“它使決策更受數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，成本也更低，因?yàn)槟憧梢試L試各種可能性。”

　　但是，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力來確保數(shù)字孿生保持新狀態(tài)并幫助城市向前發(fā)展。

在數(shù)字領(lǐng)域捕捉城市

　　Bennett說，自2005年以來，波士頓一直在討論如何將這座城市的大量數(shù)據(jù)整合到3D模型中。可用數(shù)據(jù)包括供水和下水道、交通、稅包等的地理空間數(shù)據(jù)。

　　現(xiàn)在，波士頓的數(shù)字孿生包含該數(shù)據(jù)庫。城市可以使用它來查看開發(fā)建議及其在住房、分區(qū)和停車方面對社區(qū)的影響。規(guī)劃人員可以從其他來源獲取城市熱島數(shù)據(jù)，并將其疊加到孿生上，以可視化建筑物、不透水表面和樹冠等方面的溫度。

　　“這是一種更好的方式來形象化我們作為規(guī)劃者的工作，”Bennett說?！拔覀円?D形式進(jìn)行計(jì)劃。我們不是2D機(jī)構(gòu)。我們以現(xiàn)有形式看待世界，因此您必須以3D形式看待它?！?/span>

　　田納西州查塔努加(Chattanooga)還發(fā)現(xiàn)，數(shù)字孿生是一種有用的工具，可以包含其收集的數(shù)據(jù)。

　　“我們能不能把所有這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)放到一個(gè)共同的生態(tài)系統(tǒng)中，在那里我們可以很好地了解正在發(fā)生的事情？”橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National Laboratory)計(jì)算城市科學(xué)研究部門的負(fù)責(zé)人吉博·桑亞爾(Jibo Sanyal)說。

　　橡樹嶺和國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的研究人員與查塔努加合作建立了一個(gè)數(shù)字孿生模型，有助于預(yù)測和緩解交通擁堵。Sanyal是該項(xiàng)目的技術(shù)和戰(zhàn)略負(fù)責(zé)人。

　　來自500個(gè)不同來源的信息，例如交通攝像頭、911數(shù)據(jù)、雷達(dá)探測器和氣象站，輸入到查塔努加的數(shù)字孿生中。Sanyal說，在這個(gè)虛擬領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行的交通擁堵實(shí)驗(yàn)表明，交通流量提高了30%，從而提高了能源效率。

　　研究人員使用這些數(shù)字孿生實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界的變化。例如，交通規(guī)劃人員通常在上午和下午的交通高峰期收集數(shù)據(jù)。但是當(dāng)研究人員在查塔努加的Shallowford路進(jìn)行數(shù)字孿生實(shí)驗(yàn)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)90%以上的汽車在中午高峰期間被紅燈攔住。

　　在現(xiàn)實(shí)世界中，這些研究人員利用這些實(shí)驗(yàn)的洞察力重新計(jì)算了Shallowford路沿線交通信號燈的計(jì)時(shí)，以減少擁堵。Sanyal說，他們現(xiàn)在可以根據(jù)交通狀況每四分鐘改變一次信號模式。

　　查塔努加擁有該國十分繁忙的貨運(yùn)走廊之一，因此數(shù)字孿生兄弟也允許做出長期決策。例如，城市想知道，在一天中的某些時(shí)候，司機(jī)將路肩用作行車道是否有意義？Sanyal說，在這項(xiàng)工作中使用數(shù)字孿生兄弟可以降低評估成本。

　　他說：“當(dāng)他們發(fā)表一篇很好的論文，通常是一篇很有說服力的論文時(shí)，很多研究就真的停止了，但在現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)際實(shí)施它的機(jī)會(huì)往往并不存在?！?。“查塔努加真是太棒了。他們實(shí)際上讓我們進(jìn)去和他們一起改變交通燈的設(shè)置，如果需要的話，對它們進(jìn)行稍微不同的配置，并在現(xiàn)實(shí)世界中運(yùn)行這些實(shí)驗(yàn)。然后我們觀察之前和之后，以確定我們看到了哪些改進(jìn)?！?/span>

　　盡管研究人員目前僅控制一條走廊沿線的信號，但Sanyal表示，他預(yù)計(jì)他們將在一年內(nèi)控制約 100 個(gè)信號，覆蓋查塔努加市中心和該市其他交通繁忙的地區(qū)。

構(gòu)成城市的建筑

　　數(shù)字孿生還可以幫助城市和業(yè)主減少能源消耗。

　　城市產(chǎn)生了全球約75%的溫室氣體排放量。為了減少這種污染，紐約、波士頓和華盛頓特區(qū)等城市制定了未來建筑凈零碳排放的目標(biāo)。

　　但是，除了購買碳補(bǔ)償之外，對建筑物進(jìn)行脫碳還需要分析和實(shí)施能源管理系統(tǒng)和可再生能源戰(zhàn)略。Cityzenith是專注于開發(fā)有助于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的城市數(shù)字雙胞胎的公司之一。

　　首席執(zhí)行官邁克爾詹森說，該模型可以從少至兩到五座建筑物開始。業(yè)主使用模板輸入數(shù)據(jù)，生成的數(shù)字孿生可幫助他們根據(jù)建筑物的年齡、狀況和用途等因素運(yùn)行和優(yōu)化模擬。目標(biāo)是擁有更多節(jié)能建筑，從而擁有更多城市。

　　拉斯維加斯和紐約市已經(jīng)采用了這項(xiàng)技術(shù)，鳳凰城和其他美國和歐洲城市有望效仿。Jansen 說，Cityzenith計(jì)劃在今年圣誕節(jié)前將這項(xiàng)技術(shù)捐贈(zèng)給總共10個(gè)城市，到2024年將捐贈(zèng)給總共100個(gè)城市。

數(shù)字孿生的障礙

　　Jansen說，實(shí)施digital twins的主要障礙之一是確保所有必要的數(shù)據(jù)都已到位，以構(gòu)建模型?！皵?shù)字孿生不是買來的，”他說。“它們是造出來的?！?/span>

　　伊利諾伊理工大學(xué)建筑工程助理教授穆罕默德·海達(dá)里內(nèi)賈德(Mohammad Heidarinejad)說，由于大城市已經(jīng)擁有大量數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)其中更多城市將使用數(shù)字孿生。他補(bǔ)充說，在五到十年內(nèi)，這些模型也可能應(yīng)用于更多的小城市。

　　但城市和房地產(chǎn)所有者將在這一過程中面臨障礙。Heidarinejad說，用無人機(jī)或掃描捕捉現(xiàn)實(shí)需要大量存儲(chǔ)空間，再加上數(shù)字孿生兄弟必須隨著現(xiàn)實(shí)世界中事物的變化而發(fā)展。(波士頓每年更新兩次其車型。)

來源：千家網(wǎng)