انطلاق مشروع التوأم الرقمي لطوكيو! هجرة الذكاء المتجسد بدون عينة إلى العالم الحقيقي، التفكير الجماعي المشترك

[مقدمة الحكمة الجديدة] بعد تمكين مجالات التصميم الفني وكتابة النصوص، ضخ الذكاء الاصطناعي أيضًا حيوية جديدة في التخطيط الحضري والمراقبة الآنية للديناميكيات الحضرية.
سحابة النقاط ثلاثية الأبعاد عالية الدقة في طوكيو التوأم الرقمي النموذج متاح الآن للجميع! يمكن لأي شخص تنزيله مجاناً.

عنوان المشروع: https://github.com/tokyo-digitaltwin

يبلغ حجم نموذج التوأم الرقمي hوe، وتصويرها لمدينة طوكيو مفصل بشكل لا يصدق - دقة تحديد موقعها المطلقة في حدود 10 سم تقريبًا.

ممر عبور المشاة على الطريق

قال جيم فان، كبير علماء الأبحاث في شركة NVIDIA: "من المسلّم به أن المزيد والمزيد من المدن والمنازل والمصانع سيتم استيرادها إلى البيئات المحاكاة".

في المستقبل، لن يتم تدريب الروبوتات بشكل منفرد. بل سيتم محاكاتها كـ"أسطول من الفولاذ" في محرك رسومات في الوقت الفعلي، مع توسيع نطاقها باستخدام مجموعة ضخمة لتوليد تريليونات البيانات التدريبية عالية الجودة.
بمعنى آخر، فإن رقمنة البيئة المادية واستيرادها إلى عالم المحاكاة الافتراضية ستسرع بشكل كبير من تطوير الروبوتات.
من خلال التدريب في بيئات محاكاة عالية الدقة، يمكن للروبوتات الحصول على بيانات تدريب غنية والتعلم بسرعة في سيناريوهات معقدة.
سيساهم هذا النهج في تعزيز الانتقال السلس للروبوتات من العالم الافتراضي إلى العالم الحقيقي، وتحسين كفاءتها وذكائها في التطبيقات العملية.

ما هو التوأم الرقمي الحضري؟
ببساطة، التوأم الرقمي هو نسخة طبق الأصل من كيان موجود في الفضاء المادي تم نقله إلى الفضاء الإلكتروني.
بمجرد أن تصل هذه المحاكاة إلى مستوى معين من الدقة، يمكن للمرء محاكاة السلوكيات ومراقبة العمليات باستخدام البيانات في الوقت الفعلي المرسلة من أجهزة الاستشعار الموجودة على الأجسام المادية، مما يتيح بناء واستغلال المدن "التوأم".
إن التوأمة الرقمية للمدن هي في الواقع إعادة إنتاج البنية التحتية مثل المباني والطرق والأنشطة الاقتصادية والتدفقات البشرية وعناصر أخرى مثل "التوائم" في الفضاء الإلكتروني بناءً على البيانات الحضرية المتصورة.

بمعنى آخر، كما هو الحال في الحلقة المستمرة مثل تلك الموجودة في الشكل أدناه، من الممكن إجراء تحليلات ومحاكاة متقدمة في الفضاء الإلكتروني بناءً على بيانات في الوقت الفعلي تم الحصول عليها من مجالات نشاط مختلفة في الفضاء المادي وإعادة النتائج إلى الفضاء المادي بشكل تفاعلي وبسرعة عالية.

وفقًا لـ Werner Kritzinger وآخرين، هناك ثلاث مراحل للتوأمة الرقمية.
تُعرف المرحلة الأولى بالنمذجة الرقمية، حيث يتم تحويل الكائن المادي الموجود إلى الفضاء الافتراضي الذي يُمثله، وهي عملية يدوية. أما في حالة التوأم الرقمي للمدينة، فهي المرحلة التي تُعاد فيها البيانات التاريخية المتوفرة (مثل بيانات تدفق حركة المرور، وما إلى ذلك) إلى المدينة ثلاثية الأبعاد.
المرحلة الثانية تُعرف باسم التظليل الرقمي، وهي حالة من تدفق البيانات أحادي الاتجاه تدعم التحويل التلقائي للأشياء المادية إلى أشياء رقمية.
المرحلة الثالثة هي التوأم الرقمي، حيث تندمج الكائنات المادية والرقمية اندماجاً كاملاً في كلا الاتجاهين، إذ يتغير كل كائن وينعكس تلقائياً في الآخر. وفي حالة التوأم الرقمي للمدينة، يتمثل ذلك في حالة تبادل البيانات ثنائي الاتجاه بين الفضاء المادي الحقيقي والفضاء الإلكتروني.

أما بالنسبة للتوأم الرقمي للمدينة، فإن القيم الرئيسية هي:
- جمع البيانات في الوقت الفعلي المرتبط بالواقع: جمع بيانات متنوعة في الوقت الفعلي باستخدام تقنيات الاستشعار المتقدمة وتقنيات الاتصال
- التحليلات والمحاكاة باستخدام الفضاء ثلاثي الأبعاد: تحليلات ومحاكاة متقدمة مثل التجارب في فضاء يحاكي الواقع
- التغذية الراجعة للواقع: التغذية الراجعة في الوقت الفعلي للنتائج إلى الفضاء الحقيقي لاتخاذ القرارات والتحكم في النظام وما إلى ذلك.
على سبيل المثال، يمكن لتطبيق التوائم الرقمية ومحركات التنبؤ بالذكاء الاصطناعي على تحليل وتنظيم الازدحام المروري في نيو ساوث ويلز أن يقلل بشكل كبير من تكلفة الفوائد الاجتماعية المفقودة بسبب الازدحام المروري.

التوأم الرقمي مقابل التوأم التناظري
التوأم الرقمي للمدينة هو نسخة رقمية طبق الأصل من مدينة تم بناؤها لتعكس حالة العالم المادي في الوقت الفعلي.
يتغير النموذج باستمرار مع تطور المدينة في الوقت الفعلي، كظلٍّ ينبض بالحياة ويتفاعل مع المدينة الحقيقية. ولا يقتصر دوره على عكس الحالة الراهنة للمدينة فحسب، بل يتميز أيضاً بقدرته على الاستجابة السريعة للمواقف غير المتوقعة في الواقع.
في المقابل، تعد محاكاة المدينة نموذجًا ثابتًا نسبيًا يعتمد على الافتراضات والقواعد المحددة مسبقًا.
هي عبارة عن خلاصة وتلخيص لبيانات تشغيل المدينة السابقة، ورغم أنها قد تعكس بعض الأنماط، إلا أنها أقل دقة من بيانات التوأم الرقمي الآنية. إن محاكاة المدينة أشبه بتوقع الظروف المستقبلية المحتملة بناءً على "تاريخها الطبي" السابق.
بشكل عام، تعتبر التوائم الرقمية والمحاكاة كلاهما محاكاة تعتمد على نماذج افتراضية، ولكن هناك بعض الاختلافات الرئيسية.
تُستخدم المحاكاة عادةً في التصميم، وفي بعض الحالات، في التحسين دون اتصال بالإنترنت. يُدخل المصممون تغييرات في المحاكاة لملاحظة سيناريوهات مختلفة. أما التوائم الرقمية، فهي بيئات افتراضية معقدة يمكن للمستخدمين التفاعل معها وتحديثها في الوقت الفعلي. وهي أكبر حجمًا ولها نطاق أوسع من التطبيقات.
في محاكاة قيادة السيارات، على سبيل المثال، يمكن للسائقين الجدد الحصول على تجربة تدريبية غامرة، وتعلم كيفية تشغيل أجزاء السيارة المختلفة، ومواجهة سيناريوهات واقعية متنوعة أثناء القيادة افتراضياً. ومع ذلك، فإن هذه السيناريوهات لا ترتبط بالسيارة الحقيقية.
أما التوأم الرقمي للسيارة، من ناحية أخرى، فهو مرتبط بالسيارة المادية ويتعلم جميع المعلومات المتعلقة بالسيارة الفعلية، مثل إحصائيات الأداء المهمة، والأجزاء التي تم استبدالها في الماضي، والمشاكل المحتملة التي رصدتها أجهزة الاستشعار، وسجلات الصيانة السابقة، وما إلى ذلك.

الركائز الثلاث للتوأم الرقمي الحضري
تُعرَّف الركائز الثلاث للتوأم الرقمي الحضري على أنها "صيانة البيانات" و"تصور البيانات" و"تحليلات البيانات".

- صيانة البيانات
صيانة وتجميع معلومات البيانات الجغرافية المكانية التي تتم معالجتها على التوأم الرقمي مثل الخرائط الرقمية ثلاثية الأبعاد وبيانات السحابة النقطية وبيانات نظم المعلومات الجغرافية وما إلى ذلك، والتي تشمل جمع البيانات وتخزينها وإدارتها.

- تصور البيانات
من خلال أنظمة التصور مثل عارضات ثلاثية الأبعاد، يتم تحويل البيانات المعقدة إلى رسوم بيانية ومخططات ونماذج ثلاثية الأبعاد سهلة الفهم، مما يتيح لمديري المدن رؤية "صورة رقمية" للمدينة بأكملها.
على سبيل المثال، تُستخدم الخرائط الحرارية لإظهار الكثافة السكانية في مناطق مختلفة من المدينة، وتُستخدم مخططات التدفق الديناميكي لتمثيل تدفق حركة المرور والازدحام، وتُستخدم النماذج ثلاثية الأبعاد لمحاكاة توزيع استهلاك الطاقة في المباني.
تتيح هذه التصورات لمديري المدن رؤية حالة سير عمل المدينة بنظرة سريعة، كما لو كان لديهم زوج من "العيون" التي يمكنها الرؤية من خلال المدينة.

- تحليل البيانات
من خلال محاكيات التطبيقات المختلفة، يتم تحليل البيانات الموجودة على التوأم الرقمي واستخدامها في اتخاذ التدابير.
على سبيل المثال، عند تحليل بيانات مثل وقت سفر الركاب ومسارات السفر وتواتر السفر، يمكن تعديل مسارات الحافلات، وتحسين جدولة الحافلات، وتحسين الكفاءة التشغيلية للنقل العام، وتقليل وقت انتظار الركاب وتكاليف السفر.
فيما يتعلق بإدارة الطاقة، ومن خلال تحليل بيانات استهلاك الطاقة في المباني، يمكن وضع خطط دقيقة لتوفير الطاقة بهدف تقليل استهلاك الطاقة في المدينة وتحقيق التنمية الحضرية المستدامة.

صيانة البيانات، وتصور البيانات، وتحليل البيانات

التوأم الرقمي لطوكيو
من المخطط أن يتم إنجاز مشروع التوأم الرقمي في طوكيو بحلول عام 2030، وقد تم بالفعل إطلاق النسخة التجريبية ذات الصلة.

رابط التجربة: https://3dview.tokyo-digitaltwin.metro.tokyo.lg.jp/?_ga=2.180157796.1370176531.1735090358-57006728.1735090358