数字双胞胎构成智慧城市的基础

3D模型,仿真和实时物联网数据的结合意味着智能城市数字孪生正在被利用来优化从交通模式到能效的一切。

3D模型,仿真和实时物联网数据的结合意味着智能城市数字孪生正在被利用来优化从交通模式到能效的一切。

城天顶’s SmartWorldPro digital twin technology aggregates, integrates, analyzes 和 visualizes smart city project data 上 a single 3D platform. Image courtesy of 城天顶.


数字孪生作为一种改善产品设计,创建主动维护服务和优化工业资产性能的方法而迅速受到关注,随着它们成为未来智慧城市的基础,它们正在以完全不同的规模形成。

在智慧城市的设计环境中,数字双胞胎充当城市的虚拟副本’的资产;考虑建筑物,道路,交通模式,照明系统,移动解决方案,能源和电网能力。但它’不足以创建这些资源的3D表示。 

就像产品数字孪生一样,智能城市的数字孪生将3D信息,建筑环境的空间建模,机电系统的仿真和数学模型与来自物联网(IoT)平台的实时数据馈送进行配对,例如传感器集成的建筑物和设备。智慧城市数字孪生还整合了其他私人和公共数据源,以提供生活,呼吸的城市空间表现。 

有了智能城市数字双胞胎,公用事业公司可以优化和创建自持和可再生能源网格,急救人员可以运行假设情景,为火灾或洪水等紧急情况做准备,城市规划人员可以规划和管理交通方式来避免拥堵,并通过放置适当的植被和公园来应对城市蔓延的影响。 

将物理世界和虚拟世界融合在一起,形成一个数字双胞胎,可以帮助城市规划者和管理者做出更好的决策,使公民了解并参与其中,并成为解决重大公共卫生,安全和环境问题的机制。

适用于为未来的市政设计组件的工程师—自动驾驶汽车,公交车队,智能照明系统或建筑物—智慧城市数字孪生成为开发周期的关键部分,可告知设计要求并提供有关该资产在实际条件下的运行方式的反馈。随着智慧城市建筑师对设计和规划的深入研究,核心资产的数字化双胞胎将成为必不可少的目标,因为它们旨在创建整体图景。

“[城市规划客户]在设计阶段对数字孪生的要求越来越高,该数字孪生可以连接到要在下游使用的信息源,”迈克尔·詹森(Michael Jansen)解释说 城天顶,是SmartWorldPro数字孪生平台的制造商。 

“他们想要一个数字双胞胎,因为他们想探索十年来的能源成本—it’不足以说我们’重新准备提供优质的产品。他们想要答案并能够运行方案,” Jansen says. “There’设计社区使用数字孪生提供基于证据的结果的能力,对于做得更好的人来说,它将改变游戏规则。”

孪生崛起

无论是在智慧城市或智慧产品的设计中发挥作用,数字孪生技术的使用都在不断扩大。根据市场研究公司的最新研究,到2026年,数字双胞胎市场预计将从目前的约4亿美元的市值激增至超过350亿美元 全球市场洞察. Gartner研究 据估计,实施物联网项目的组织中有四分之三已经在或计划在一年内使用数字孪生。 

随着概念的发展,Gartner期望组织整合多个数字双胞胎。例如,在发电厂中,每台设备的数字双胞胎被同步以获得用于分析整体操作的合成图像。同样,可以将无数设计双胞胎连接起来以创建智慧城市基础设施的组合。 

Gartner说,实施数字双胞胎的公司中有61%已经集成了至少一对个体数字双胞胎,而74%的公司计划在未来五年内采用这种方法。

通过数字孪生技术,人工智能和机器学习技术,GE Digital正在帮助客户管理和优化现代且具有弹性的能源网格。 图片由GE Digital提供。

“The biggest thing we’在智慧城市中寻找的是如何使系统互连并将城市转换为系统的系统,”解释了数字产品管理高级副总裁Sean Moser GE数字’的网格软件团队。与专注于模仿材料物理或产品行为的典型产品数字孪生模型不同,在智慧城市环境中的数字孪生模型是模拟动态系统。

“想像一下数字孪生模型,它模拟零件或组件的物理过程,然后模拟整个机器的数字表示形式,” Moser says. “这些事物的聚合继续进行分类,并封装到智能城市的数字孪生中。”

达索系统èmes 一直积极参与许多开拓性的智慧城市项目。其3DEXPERIENCity平台正用于创建虚拟新加坡,这是一个耗资7300万美元的项目,旨在设计3D城市模型和协作数据平台,以建设更具弹性和可持续性的城市。 

3DEXPERIENCity虚拟雷恩市是城市的数字孪生,其基础是用于制定有效公共政策的几何和地形要素。 图片由达索系统提供èmes.

新加坡规划人员正在使用CATIA和SIMULIA等工具创建统一的3D数据模型,所有公共机构,企业和研究人员都可以利用该模型来确定各种用例,从确定安装太阳能电池板的最佳位置,分析行人模式到规划建筑物达索的西蒙·赫菲托(Simon Huffeteau)表示,着眼于最大程度地减少风洞 ’建筑,城市和地区副总裁。

Dassault工具套件还帮助建立了3DEXPERIENCity Virtual Rennes项目,其中包括一个涉及大规模可视化的用例,旨在帮助法国城市的规划人员优化绿色空间。通过捕获树木的数量,类型,年龄和位置等细节,该城市正在创建城市树冠的虚拟双胞胎。 

“城市的数字孪生不是纯粹的物理数字模型,” Huffeteau says. “虚拟双胞胎使您可以模拟和代表现实世界的日常操作方式。”

孪生智慧城市 

对数字双胞胎的兴趣—和数字双胞胎,特别是用于智慧城市的设计—增长,除达索系统公司外,各种供应商也在加紧èmes. 

宾利系统微软 最近宣布扩大合并微软的联盟’奔特力系统的Azure 物联网数字双胞胎和Azure地图’iTwins平台使工程师,建筑师和城市规划人员可以在城市规模的数字孪生系统中工作。 

作为合作的一部分,两家公司将提供ProjectWise 365,这是一种基于Azure云的解决方案,用于提高基础架构设计协作的速度和质量。他们还致力于确保Bentley iTwins平台可以利用Azure 数字孪生s,Azure 物联网中心和Azure Time Series Insights来存储和处理运营数据的集成。

其他用例和智慧城市数字孪生工具集包括:

Climate change 和 resiliency. 城天顶 is 上e of the leaders in this space with its SmartWorldPro Version 2 digital twin technology, which aggregates, integrates, analyzes 和 visualizes smart city project data 上 a single 3D platform. The platform, currently underpinning more than two dozen building 和 smart city initiatives around the world, is primarily being adopted to help cities 和 urban planners deal with the effects of climate change, Jansen says. 

“大规模汇总数据的能力有助于他们大规模开发适应气候变化的战略,” he says.

例如,作为新墨西哥州的一部分’s new “smart infrastructure”以及其碳中和能源计划,SmartWorldPro将为替代智能能源基础设施建模。国家’第五大化石燃料电力正在推动一项耗资数十亿美元的项目,其中包括太阳能和风能阵列,为国家供电,同时为能源市场交易产生盈余。

城天顶’sSmartWorldPro平台也是Amaravati的信息模型基础,Amaravati是为印度安得拉邦开发的65亿美元的新智慧城市首都。数字孪生平台将加速先进的出行和交通监控解决方案以及先进的小气候和气候变化监控系统的开发。多节点IoT传感器与Smart World Pro结合使用,可提供实时施工监控以及环境和健康监控。

自动驾驶汽车和出行解决方案。交通模式和出行解决方案是智慧城市设计中的大问题,而模拟和数字孪生可以发挥重要作用。根据智慧城市计划管理机构Karen Giese的说法,无论是绘制智能交通信号灯的安装位置还是建立最安全的十字路口,数字双胞胎都可以使城市规划人员和移动解决方案设计师更加了解新技术和基础设施的实际情况。 西门子 移动性和智能交通系统。

与传统的仿真模型不同,传统的仿真模型在车辆设计和行为上都做到了完美,数字双胞胎是动态的,可以从传感器,LiDAR和摄像头获取实时信息以捕获车辆’的观点,并提供了一定程度的粒度’t been seen before. 

“您可以在车辆最终将要在其中运行的环境中创建越多的数字孪生,就越了解’重新设计该车辆以使其成功,” Giese says. “您需要一个数字双胞胎,从控制器中的芯片到机械和电气系统再到交通和城市的数字双胞胎。”

可以窥见西门子前进的方向的一项努力是与F的伙伴关系édé国际口粮’汽车(FIA)和本特利系统,以提高在拉力赛比赛中观众和驾驶员的安全。互联汽车技术,在Simcenter Amesim中创建的3D模型和仿真,西门子智能交通系统公司和西门子PLM软件集团的人工智能(AI)图像分类和传感器网络将创建精选拉力赛阶段的数字双胞胎,并帮助检测观众的危险位置。官员说,这些概念和经验教训将最终用于下一阶段:帮助改善城市的行人安全。

智能公用事业和电网。智慧城市的另一个大型数字双胞胎应用涉及能源效率和电网优化管理。这是GE Digital押注各种产品和服务的领域。截至2018年,该公司拥有120万个数字双胞胎,涉及300,000种资产,从单个设备到整个电厂。 

在一个特定的示例中,GE刚刚发布了一种由AI驱动的面向公用事业的视觉智能平台,该平台可提取所有形式的视觉检查数据并执行自动分析,以将数据关联到公用事业网络的数字孪生中。然后,该双胞胎有助于促进资产检查和植被管理,并允许公用事业公司对树木和其他植被进行预测性维护,这些维护可能会在强风和暴风雨期间造成电源故障。

尽管关于智慧城市的数字双胞胎在很大程度上影响着城市规划人员,建筑公司和建筑师,但设计工程师的参与最终将成为当务之急。 

“When you’是一名在给定框架和产品要求集中工作的工程师,您并非孤立无援—总会有一个多尺度的元素,” says Dassault’s Huffeteau. “能够连接这些元素显然是所有虚拟双胞胎的愿景和未来的一部分。 ”

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贝丝·斯塔克波尔

贝丝·斯塔克波尔(Beth Stackpole)是《 数字工程。发送有关此文章的电子邮件至 [电子邮件 protected].

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