Digitaler Zwilling Tokio geht live! Verkörperte Intelligenz, Migration ohne Stichprobe, realweltliches, gemeinsames Schwarmdenken

[Einführung in „Neue Weisheit“] Nachdem die KI die Bereiche Kunstdesign und Textgestaltung revolutioniert hat, hat sie auch der Stadtplanung und der Echtzeitüberwachung urbaner Dynamiken neue Impulse verliehen.
Tokios hochauflösende Punktwolke 3D Digitaler Zwilling Das Modell ist jetzt öffentlich verfügbar! Jeder kann es kostenlos herunterladen.

Projektadresse: https://github.com/tokyo-digitaltwin

Der Maßstab des digitalen Zwillingsmodells ist hUnde, und seine Darstellung von Tokio ist unglaublich detailliert – seine absolute Positionsgenauigkeit liegt innerhalb von etwa 10 cm.

Zebrastreifen auf der Straße

Jim Fan, leitender Wissenschaftler bei NVIDIA, sagte: „Es ist selbstverständlich, dass immer mehr Städte, Häuser und Fabriken in simulierte Umgebungen importiert werden.“

Zukünftig werden Roboter nicht mehr isoliert trainiert. Sie werden als „Stahlflotte“ in einer Echtzeit-Grafikengine simuliert und mit einem riesigen Cluster skaliert, um die nächsten Billionen hochwertiger Trainingsdaten zu generieren.
Mit anderen Worten: Die Digitalisierung der physischen Umgebung und deren Übertragung in die virtuelle Simulationswelt wird die Entwicklung der Robotik erheblich beschleunigen.
Durch das Training in hochpräzisen simulierten Umgebungen können Roboter umfangreiche Trainingsdaten sammeln und in komplexen Szenarien schnell lernen.
Dieser Ansatz wird die reibungslose Migration von Robotern aus der virtuellen Welt in die reale Welt fördern und ihre Effizienz und Intelligenz in praktischen Anwendungen steigern.

Was ist ein urbaner digitaler Zwilling?
Vereinfacht ausgedrückt ist ein digitaler Zwilling eine Reproduktion einer Entität im physischen Raum, die in den Cyberspace übertragen wird.
Sobald diese Reproduktion einen gewissen Genauigkeitsgrad erreicht hat, können Verhaltensweisen simuliert und Abläufe überwacht werden, indem Echtzeitdaten von Sensoren an den physischen Objekten verwendet werden. Dies ermöglicht den Bau und die Nutzung von „Zwillingsstädten“.
Bei der digitalen Zwillingsbildung von Städten handelt es sich eigentlich um die Reproduktion von Infrastrukturen wie Gebäuden und Straßen, wirtschaftlichen Aktivitäten, Personenströmen und anderen Elementen als „Zwillinge“ im Cyberspace auf der Grundlage wahrgenommener städtischer Daten.

Mit anderen Worten, wie in der kontinuierlichen Schleife, wie sie in der folgenden Abbildung dargestellt ist, ist es möglich, fortgeschrittene Analysen und Simulationen im Cyberspace auf der Grundlage von Echtzeitdaten durchzuführen, die aus verschiedenen Aktivitätsbereichen im physischen Raum gewonnen werden, und die Ergebnisse in interaktiver Form mit hoher Geschwindigkeit in den physischen Raum zurückzuspielen.

Nach Werner Kritzinger et al. gibt es drei Phasen des digitalen Zwillings.
Die erste Phase ist die digitale Modellierung. Hierbei erfolgt die Umwandlung eines bestehenden physischen Objekts in den virtuellen Raum, in dem es dargestellt wird, manuell. Im Falle des digitalen Zwillings der Stadt werden in diesem Schritt die bereits vorhandenen historischen Daten (z. B. Verkehrsflussdaten) auf die 3D-Stadt übertragen.
Die zweite Phase wird als Digital Shading bezeichnet, ein Zustand unidirektionalen Datenflusses, der die automatische Umwandlung physischer Objekte in digitale Objekte unterstützt.
Die dritte Stufe ist der digitale Zwilling, in dem physische und digitale Objekte vollständig und in beide Richtungen verschmelzen, wobei sich jede Veränderung automatisch im anderen widerspiegelt. Im digitalen Zwilling der Stadt ist dies der Zustand des bidirektionalen Datenaustauschs im realen physischen Raum und im Cyberspace.

Für den digitalen Zwilling der Stadt gelten folgende Hauptwerte:
- Echtzeit-Datenerfassung in Verbindung mit der Realität: Erfassung verschiedener Daten in Echtzeit mithilfe fortschrittlicher Sensor- und Kommunikationstechnologien
- Analysen und Simulationen im 3D-Raum: fortgeschrittene Analysen und Simulationen wie Experimente in einem Raum, der die Realität nachbildet
- Rückkopplung an die Realität: Echtzeit-Rückkopplung der Ergebnisse in den realen Raum zur Entscheidungsfindung, Systemsteuerung usw.
Beispielsweise kann der Einsatz von digitalen Zwillingen und KI-Vorhersagemodellen zur Analyse und Regulierung von Verkehrsstaus in New South Wales die Kosten für durch Verkehrsstaus verlorene soziale Leistungen erheblich reduzieren.

Digitaler Zwilling vs. Analog
Ein digitaler Zwilling einer Stadt ist ein digitales Abbild einer Stadt, das den Zustand der realen Welt in Echtzeit widerspiegelt.
Es verändert sich ständig, während die Stadt in Echtzeit funktioniert, wie ein „Schatten“, der mit der realen Stadt lebt und atmet. Das Modell spiegelt nicht nur den aktuellen Zustand der Stadt wider, sondern kann auch schnell auf unerwartete Situationen in der Realität reagieren.
Im Gegensatz dazu ist die Stadtsimulation ein relativ statisches Modell, das auf Annahmen und vordefinierten Regeln basiert.
Es handelt sich um eine Zusammenfassung und ein Auslesen vergangener Stadtbetriebsdaten. Obwohl sie bestimmte Muster erkennen lassen, sind sie weniger präzise als die Echtzeitdaten des digitalen Zwillings. Stadtsimulationen ähneln eher der Projektion möglicher zukünftiger Zustände auf Basis der bisherigen „Geschichtsgeschichte“ der Stadt.
Im Allgemeinen handelt es sich bei digitalen Zwillingen und Simulationen in beiden Fällen um Simulationen, die auf virtuellen Modellen basieren, es gibt jedoch einige wesentliche Unterschiede.
Simulationen werden typischerweise für die Konstruktion und in manchen Fällen für die Offline-Optimierung eingesetzt. Konstrukteure geben Änderungen in die Simulation ein, um verschiedene Szenarien zu untersuchen. Digitale Zwillinge hingegen sind komplexe virtuelle Umgebungen, mit denen Menschen interagieren und die sie in Echtzeit aktualisieren können. Sie sind wesentlich größer und haben ein breiteres Anwendungsspektrum.
In Fahrzeugsimulationen beispielsweise können Fahranfänger ein immersives Trainingserlebnis erhalten, die Funktionsweise verschiedener Fahrzeugteile erlernen und unterschiedliche realitätsnahe Fahrsituationen virtuell durchspielen. Diese Szenarien entsprechen jedoch nicht dem tatsächlichen Fahrzeug.
Der digitale Zwilling des Autos hingegen ist mit dem physischen Fahrzeug verknüpft und erlernt alle Informationen über das tatsächliche Auto, wie z. B. wichtige Leistungsstatistiken, in der Vergangenheit ausgetauschte Teile, von Sensoren erkannte potenzielle Probleme, frühere Wartungsaufzeichnungen usw.

Die drei Säulen des urbanen digitalen Zwillings
Die drei Säulen des urbanen digitalen Zwillings werden als „Datenpflege“, „Datenvisualisierung“ und „Datenanalyse“ definiert.

- Datenpflege
Pflege und Zusammenführung von Geodateninformationen, die auf dem digitalen Zwilling verarbeitet werden, wie z. B. 3D-Digitalkarten, Punktwolkendaten, GIS-Daten usw., einschließlich Datenerfassung, Datenspeicherung und -verwaltung.

- Datenvisualisierung
Mithilfe von Visualisierungssystemen wie 3D-Viewern werden komplexe Daten in intuitive Grafiken, Diagramme und 3D-Modelle umgewandelt, wodurch Stadtmanager ein „digitales Abbild“ der gesamten Stadt erhalten.
Beispielsweise werden Wärmebilder verwendet, um die Bevölkerungsdichte in verschiedenen Gebieten der Stadt darzustellen, dynamische Flussdiagramme werden verwendet, um den Verkehrsfluss und Staus abzubilden, und 3D-Modelle werden verwendet, um die Verteilung des Energieverbrauchs in Gebäuden zu simulieren.
Mithilfe dieser Visualisierungen können sich die Stadtmanager einen Überblick über den Zustand der städtischen Abläufe verschaffen, so als hätten sie ein Paar „Augen“, die durch die Stadt hindurchsehen können.

- Datenanalyse
Mithilfe verschiedener Anwendungssimulatoren werden die Daten des digitalen Zwillings analysiert und für Messungen verwendet.
Am Beispiel des städtischen öffentlichen Nahverkehrs lässt sich zeigen, dass durch die Analyse von Daten wie Reisezeit, Reiserouten und Fahrtfrequenz der Fahrgäste Buslinien angepasst, der Fahrplan der Busse optimiert, die betriebliche Effizienz des öffentlichen Nahverkehrs verbessert und die Wartezeiten und Reisekosten der Fahrgäste reduziert werden können.
Im Hinblick auf das Energiemanagement können durch die Analyse der Energieverbrauchsdaten von Gebäuden präzise Energiesparpläne formuliert werden, um den Energieverbrauch der Stadt zu reduzieren und eine nachhaltige Stadtentwicklung zu erreichen.

Datenpflege, Datenvisualisierung und Datenanalyse

Digitaler Zwilling von Tokio
Das Projekt „Digitaler Zwilling Tokio“ soll bis 2030 realisiert werden, die zugehörige Beta-Version wurde bereits veröffentlicht.

Link zum Erlebnis: https://3dview.tokyo-digitaltwin.metro.tokyo.lg.jp/? _ga=2.180157796.1370176531.1735090358-57006728.1735090358