Gemelos digitales urbanos y Europeos: el proyecto DUET

Los proyectos relacionados con los gemelos digitales urbanos y Europeos cada vez tienen mayor presencia y prueba de ello es el proyecto DUET. Hace unos meses, escribimos sobre el proyecto SmartBRIDGE de Hamburgo como ejemplo de un gemelo digital real en acción, uno de los pocos en los que se ha implementado realmente la tecnología de gemelo digital emergente. A medida que la tecnología se desarrolle más, es probable que sigamos viendo más implementaciones, tanto para edificios individuales y activos de infraestructura, como para vecindarios, regiones y ciudades.

Desde el surgimiento de la tecnología y su aplicación potencial en la industria AEC, hemos visto algo de tracción en la aplicación de gemelos digitales a nivel de diseño urbano, incluido el ciclo de vida de comunidades inteligentes de IES. (ICL) , que se está desarrollando como gemelo digital para el diseño sostenible de comunidades; la iniciativa Ciudades Digitales de Bentley basada en su plataforma iTwin; y la plataforma Smart World de Cityzenith , que comenzó como una aplicación CIM (City Information Modeling), pero ahora está etiquetada como una aplicación de “Urban Digital Twin Technology”.

Este artículo describe otra iniciativa prometedora en la aplicación de la tecnología de gemelos digitales a nivel de ciudad: el proyecto DUET.

Visión general del proyecto DUET.

El proyecto DUET (Digital Urban European Twins, Gemelos Digitales Urbanos y Europeos), como su nombre indica, se centra en la creación de gemelos digitales, es decir, réplicas virtuales, de ciudades en Europa para permitir un mejor diseño, operación y gestión. Es un proyecto de innovación financiado por el programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea con el objetivo principal de mejorar la formulación de políticas urbanas en las ciudades al permitir que los funcionarios de la ciudad comprendan el impacto de los cambios en el mundo real antes de tomar decisiones políticas cruciales. Las ideas se pueden probar virtualmente en el gemelo digital antes de implementarlas en la realidad con diferentes tipos de análisis hipotéticos, por ejemplo, explorar los patrones de sombreado en una región antes de encargar asientos al aire libre en áreas peatonales (Figura 1). Los beneficios adicionales del proyecto que podrían seguir incluyen una mayor transparencia en la toma de decisiones; una mejor comunicación con el público sobre el funcionamiento diario de la ciudad, lo que a su vez puede alentar a los ciudadanos a involucrarse más; y rompiendo los silos entre las diferentes agencias gubernamentales involucradas en la administración de la ciudad y mejorando la colaboración entre ellas.

Varias organizaciones en toda Europa con una variedad de antecedentes están involucradas en la iniciativa DUET, incluidos funcionarios municipales, académicos, investigadores, profesionales de modelado de datos y especialistas técnicos en gemelos digitales. Uno de los socios tecnológicos clave es Virtual City Systems , una empresa comercial que desarrolla modelos de ciudades en 3D y proporciona soluciones asociadas de planificación urbana y simulación urbana. Está brindando su profunda experiencia técnica específica de dominio al proyecto DUET y ha desarrollado muchas de las características de su plataforma de gemelos digitales. De hecho, fue en un seminario web reciente organizado por Virtual City Systems que pude aprender más sobre el proyecto DUET (Gemelos Digitales Urbanos y Europeos).

Seminario web organizado por Virtual City Systems

La implementación actual del proyecto incluye una plataforma base en la que se pueden extraer diferentes conjuntos de datos de la ciudad, incluidos mapas, topología, modelos 3D, tráfico, clima, ruido, etc. Como prueba de concepto, se han realizado implementaciones piloto para tres Ciudades europeas: Flandes, Bélgica; Atenas, Grecia; y Pilsen, República Checa. Para cada ciudad, se implementaron diferentes casos de uso, por ejemplo, el impacto del cierre de un puente en Pilsen, encontrar áreas sombreadas en Gante (una provincia de Flandes) para ubicar asientos al aire libre (que se muestra anteriormente en la Figura 1), estudiar la contaminación del aire en Atenas, etc. En la Figura 2 se muestra una lista completa de los casos de uso que se han implementado hasta ahora y se puede explorar en https://citytwin.eu/ .

Tecnología

La diferencia clave entre un modelo BIM y un gemelo digital, en el caso de un edificio o activo de infraestructura, es que un modelo BIM es estático mientras que un gemelo digital es dinámico, siempre sincronizado con el objeto físico que está «hermanando» a través de la uso de sensores, dispositivos IoT, dispositivos de captura de realidad, cámaras, etc. En el caso de una entidad mucho más grande y compleja como una ciudad, el gemelo digital está aún más involucrado, ya que no solo debe ser una réplica digital de los objetos físicos en la ciudad, y en sincronía con en todo momento, pero también vincular los muchos sistemas y procesos que subyacen a la ciudad y cómo funciona. Los ejemplos incluyen tráfico, servicios públicos, patrones climáticos, zonificación, permisos, entrega postal, recolección de basura, departamentos de bomberos, policía, mapas de riego, etc., y así sucesivamente.

La plataforma tecnológica que se ha construido para el proyecto DUET tiene en cuenta esta diversidad de datos con una configuración abierta, flexible y escalable, que se muestra en la Figura 3. En el núcleo de la plataforma están los componentes que gestionan los diferentes conjuntos de datos y modelos, las interrelaciones entre ellos, y los distintos modos de comunicación, tanto dentro de la plataforma como en la interacción con el usuario. En las afueras de esta plataforma central, más débilmente acoplados pero aún como parte integral del gemelo digital, hay componentes adicionales que incluyen las diferentes fuentes de datos como IoT, tráfico, ruido, temperatura, contaminación, etc., que serán necesarios para el diferentes casos de uso que aborda la plataforma; datos de referencia como mapas, redes de carreteras e información meteorológica; modelos, tanto geométricos como analíticos, que no solo proporcionen entradas a la plataforma, sino que también tomen salidas relevantes para ellos (por ejemplo, un cambio en el modelo de tráfico afectará el modelo de calidad del aire y, por lo tanto, será recogido por este último); y las aplicaciones de visualización y comunicación con los usuarios de la plataforma tanto en computadoras como en dispositivos móviles (Figura 4).

Figura 3. La arquitectura de software de la plataforma DUET.

Figura 4. La aplicación para acceder a la plataforma DUET está disponible tanto en una computadora como en dispositivos móviles.

Si bien esto fue solo una descripción general de alto nivel de los fundamentos tecnológicos del proyecto DUET (hay una explicación más detallada en https://www.digitalurbantwins.com/technical-approach ), lo que es importante tener en cuenta es que la plataforma es extensible. y permite que se integren más datos en él de la misma manera que los conjuntos de datos actuales en las implementaciones de muestra. Y cuantos más tipos de datos se integren, más amplia será la gama de casos de uso que se pueden abordar. Entonces, por ejemplo, si se va a mostrar una lista de rutas ciclistas recomendadas en una ciudad, se requerirán datos sobre todos los carriles para bicicletas disponibles, así como datos sobre accidentes ciclistas para determinar qué rutas son las más seguras.

La plataforma DUET (Gemelos Digitales Urbanos y Europeos) está basada en la nube y es accesible a través de un navegador web, y brinda la opción de encender y apagar contenido desde un panel a la izquierda del visor gráfico, como se muestra en la Figura 5. Dado que puede usarse para conectarse a muchos conjuntos de datos diferentes, también existe la opción de seleccionar exactamente qué datos cargar en la implementación actual según el tipo de análisis que se realice. Por ejemplo, la Figura 6 muestra la activación de un conjunto de datos de «contornos de ruido de los ferrocarriles», que posteriormente es visible en el visor.

Figura 5. Selección del contenido a mostrar en el visor DUET de entre los datos que se cargan.

Figura 6. Selección de un conjunto de datos específico para conectarse a la plataforma, que posteriormente se muestra en el visor.

Implementaciones de muestra

Anteriormente en la Figura 2, vimos las implementaciones del prototipo DUET que se han completado hasta ahora. Uno de ellos es un proyecto europeo asociado llamado Urbanage que se centra en mejorar la calidad de vida de las personas mayores, basándose en datos de ciudades inteligentes. Utiliza DUET para detectar lugares cómodos y llenos de sombras dentro de la ciudad donde las personas mayores pueden buscar refugio en los días de verano extremadamente calurosos, así como determinar a qué hora su banco favorito estará cubierto por las sombras de los árboles y edificios cercanos. La implementación de este caso de uso en la plataforma DUET se muestra en la Figura 7. La rueda de navegación en la esquina superior derecha de la ventana gráfica se puede usar para atravesar la ciudad y ubicar un lugar específico. Luego, el usuario puede abrir el panel de configuración de la sombra, que se muestra a la izquierda, y mueva los controles deslizantes para especificar la hora del día y la fecha para obtener una simulación precisa. La implementación también permite a los usuarios colocar un marcador o una ubicación específica y agregar un comentario para compartirlos con otros.

Figura 7. La implementación de Urbanage para encontrar ubicaciones ricas en sombras en la ciudad de Gante.

Otro caso de uso, también relacionado con el sombreado, es la instalación de un equipo solar en un parque de la ciudad de Pilsen. El equipo que la ciudad quería instalar incluía bancos, cámaras, parquímetros y potencialmente otros dispositivos inteligentes, y dado que no quería construir ninguna infraestructura eléctrica adicional, todos los dispositivos tenían que funcionar con energía solar. Por lo tanto, era necesario colocar los dispositivos o sus paneles solares externos en lugares con suficiente luz solar. Además, en el caso de las cámaras, era importante encontrar las ubicaciones ideales para su instalación con respecto al campo de visión. La plataforma DUET se utilizó para estos dos requisitos: identificar ubicaciones con suficiente luz solar para la instalación del equipo solar (Figura 8);

Figura 8. Colocación de marcadores para identificar ubicaciones para instalar equipos solares en función de la exposición solar.

Otra implementación más compleja que demuestra el poder de la plataforma DUET (Gemelos Digitales Urbanos y Europeos), especialmente su capacidad para permitir el análisis hipotético, es predecir el impacto en el tráfico que tendría el cierre de un puente en la ciudad de Gante. Esta implementación requería conectar DUET al modelo de tráfico de Gante. La idea es que un experto pueda bloquear el tráfico en un conjunto de carreteras y dejar que el modelo calcule el impacto en las otras carreteras de la zona. Se puede mostrar el tráfico antes y después, así como un mapa delta que muestra las calles que han aumentado y disminuido el tráfico (Figura 10). Además del desvío del tráfico resultante del cierre, la plataforma también puede proporcionar el impacto del cambio en el ruido y la contaminación del aire al comunicarse con los modelos de aire y ruido respectivamente (Figura 11).

Figura 10. Bloqueando una vía en DUET (imagen superior) y viendo el impacto del cierre en el tráfico de las demás vías (imagen inferior). Las carreteras que se muestran en verde oscuro no tienen tráfico, las carreteras de color verde claro tienen un tráfico reducido, mientras que las carreteras de color rosa tienen un tráfico aumentado.

Figura 11. También se puede apreciar el impacto del cierre vial en los niveles de calidad del aire en la región.

Conclusión

Una estadística interesante relacionada con la planificación urbana es que el 80% de los datos que son relevantes para la formulación de políticas no se utilizan en la actualidad. El objetivo del proyecto DUET (Gemelos Digitales Urbanos y Europeos) es cambiar eso mediante la creación de una plataforma, utilizando la tecnología de rápido avance de los gemelos digitales, donde se pueden traer, visualizar y analizar más datos de la ciudad que están disponibles para tomar decisiones mejor informadas que pueden mejorar. la vida de sus ciudadanos. Si bien el proyecto DUET aún se encuentra en la fase de prototipo con un conjunto limitado de implementaciones de casos de uso, se ha desarrollado para que sea escalable, de modo que se puedan abordar muchos más casos de uso al incorporar datos adicionales a la plataforma.

Un proyecto como DUET sirve como un buen modelo para demostrar cómo se pueden crear y utilizar gemelos digitales para mejorar el diseño, la gestión y el funcionamiento de las ciudades, allanando el camino para que otras ciudades, no solo en Europa sino en todo el mundo, creen sus propios gemelos digitales. Ya hay un número creciente de iniciativas de «ciudades inteligentes» en muchos países, y la tecnología de gemelos digitales es un factor habilitador clave. Así como los teléfonos inteligentes ahora son omnipresentes y comenzamos a ver más hogares inteligentes, en algún momento, con toda probabilidad, viviremos en ciudades inteligentes que pueden hacer que la vida diaria sea más fácil y eficiente para sus habitantes.

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