论文推荐 | 都柏林圣三一大学：数字孪生智慧城市模型

A digital twin smart city for citizen feedback

Gary White, Anna Zink, Lara Codecá, Siobhán Clarke

Trinity College Dublin, College Green, Dublin 2, Ireland

Abstract

A digital twin is a digital representation of a physical process, person, place, system or device. Digital twins were originally designed to improve manufacturing processes using simulations that have highly accurate models of individual components. However, with increasingly large and accurate building information models (BIM) combined with big data generated from IoT sensors in a smart city, it is now possible to create digital twin smart cities. An accurate 3D model of a city can be published online and walked around by the public to view proposed changes in urban planning and policy. This allows for easier dissemination and transparency to the public before putting these decisions into practice. This open and public model allows for an additional virtual feedback loop where citizens can interact and report feedback on planned changes in the city. Citizens can also interact with components to tag and report problems in their area. The digital twin also allows for additional experimentation where 3D data is necessary, such as flood evacuation planning. In this paper, we demonstrate a public and open digital twin of the Docklands area in Dublin, Ireland and show how this model can be used for urban planning of skylines and green space allowing users to interact and report feedback on planned changes.

Keynote

Digital twin, Smart cities, Internet of things (IoT), Urban planning, Urban policy

摘要

数字孪生是物理过程、人物、地点、系统或设备的数字化表示。数字孪生最初的设计目的是利用具有高度精确单个组件模型的模拟来改进制造流程。然而，随着建筑信息模型（BIM）规模越来越大、精度越来越高，并与智慧城市中物联网（IoT）传感器生成的大数据相结合，现在已能够创建数字孪生智慧城市。可以将城市的精确三维模型发布到网上，公众可以在其中漫步，查看城市规划和政策拟议的变化。这有利于在将这些决策付诸实践之前，更容易地向公众传播信息并提高透明度。这一开放且面向公众的模型还提供了一个额外的虚拟反馈回路，公民可以在其中进行互动，并对城市计划中的变化提出反馈。公民还可以与组件进行交互，为所在区域的问题贴上标签并进行报告。数字孪生还允许在需要三维数据的额外实验中使用，例如洪水疏散规划。在本文中，我们展示了爱尔兰都柏林码头区的一个公开且开放的数字孪生模型，并展示了该模型如何用于天际线和绿色空间的城市规划，使用户能够与计划中的变化进行互动并提供反馈。

关键词

数字孪生、智慧城市、物联网(IoT)、城市规划、城市政策

Fig. 3. Online digital twin interaction diagram.

研究背景

1. 智慧城市的发展：过去二十年中，城市变得越来越智能，利用广泛的信息和通信技术(ICT)来监控城市活动。

2. 数据的生成： 智慧城市生成的数据使得它们成为数据挖掘和机器学习的激动人心的试验场。

3. 数字孪生技术： 数字孪生是物理过程、人、地点、系统或设备的数字表示，最初设计用于通过模拟改进制造过程。

4. 数字孪生在智慧城市中的应用： 随着智慧城市中越来越大型和精确的建筑信息模型(BIM)与物联网(IoT)传感器生成的大数据相结合，现在可以创建数字孪生智慧城市。

研究方法

1. 数字孪生模型的构建： 通过结合城市不同层次的数据，创建数字孪生智慧城市模型。

2. 模拟软件：使用Unity 3D软件加载数字孪生模型，该模型是一个包含地形、建筑和基础设施前三层的3D FBX模型。

3. 模拟实验：进行了包括天际线模拟、绿色空间模拟、用户标记模拟、洪水模拟和人群模拟在内的多种模拟实验。

实验设计

1. 天际线模拟： 通过3D模型允许轻松移除和添加新提议的建筑物，评估新建筑物对城市天际线的影响。

2. 绿色空间模拟： 数字孪生模型允许在城市中创建新的公园空间或种植额外的树木。

3. 用户标记模拟： 用户可以与模型中的对象互动并标记问题，如垃圾、反社会行为、交通拥堵、涂鸦等。

4. 洪水模拟： 数字孪生可以用于紧急情况模拟，允许模拟非常罕见的事件。

5. 人群模拟： 创建了两种类型的行人：标准成人代理和老年代理，以评估不同类型的行人如何在城市中移动。

结果分析

1. 天际线模拟结果： 3D模型为公民参与城市规划决策提供了低门槛，公民可以轻松访问他们城市未来的面貌。

2. 绿色空间模拟结果： 数字孪生概念也可以用于城市中创建绿色空间，如在建筑物之间创建新的公园空间或种植额外的树木。

3. 用户标记模拟结果： 3D模型允许用户与场景中的对象互动并报告问题，如街道灯不亮或交通拥堵。

4. 洪水模拟结果： 数字孪生可以用于洪水等紧急情况的模拟，允许模拟非常罕见的事件。

5. 人群模拟结果：通过模拟实验，评估了不同类型的行人如何在城市中移动，以及如何使用数字孪生模型来评估未来城市规划决策的影响。

研究结论

数字孪生技术为智慧城市提供了一种新的模拟和规划工具，它允许公民参与和反馈，提高了城市规划的透明度和公众参与度。通过模拟实验，数字孪生模型能够评估不同的城市规划和政策决策，为城市管理者提供有价值的见解。尽管当前的数字孪生模型存在一些局限性，但通过不断收集和分析数据，模型可以逐步改进，为未来的智慧城市规划提供更准确的模拟和预测。

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