数字双胞胎，或称为数字孪生（Digitaltwins，DT）是具备数据功能的城市模型，城市管理者可运用这些模型来仿真模拟现实世界中从道路交通到自然灾害的各类城市压力源。据联合国预测分析，到2050年，全球三分之二的人口将生活在城市地域，这将致使全球将出现43个特大城市（城市地域的居民超过1000万）。人类活动的这种聚集呈现出严重影响运输、公用事业和通信系统的潜力。再加上与气候变化和全球大流行相关的迫在眉睫的挑战，城市居民将面临着极大规模的不确定性。
在城市人口激增的同时，传感器和数据采集设备也在激增。到2025年，物联网（IoT）预期将拓展到将近420亿个互联设备，形成79兆字节以上的数据。（1ZB为1万亿GB。）如果进行周密的应用，这些海量的信息可以用于更好的理解、规划和确定城市应对机制的优先级。通过更清晰明了地可视化数据并将其与实际挑战相对应，我们可以塑造未来。
1、欢迎来到数字孪生（DT）时代！
DT是城市中心及其复杂系统的数字图片或3D可视化。该工具使城市管理者可以模拟支持短期和长期计划与响应的方案。通过整合有关现实世界对象（如建筑物、树木、人行道）和基础设施要素（如水管、下水道系统、连接管道）的数据，以及相关静态数据（如许可法规、建筑法规）和在处理时处理的动态数据数据采集（也称为边缘数据，如天气状况、行人交通计数、车辆行驶等），城市规划人员可以实时勾画出城市的运行情况。这种虚拟环境可以实时反映现实，并测试和预测分析潜在性的可能结果。
DT解决方案已在先进制造业中运用了将近20年，但如今仅在某些大小的城市级别上运用。直至近期，在许多城市范畴内压根还没有实现所有这些功能所需的技术能力。这种先进的数据可视化工具依赖于先进的传感器技术以及高水平的数据采集、优化和分析，这需要海量的计算能力和带宽。既然5G网络正在全球各国各地的城市中推广，我们最终应该有能力实现DT解决方案的真正潜力。
2、5G助力DT
伴随着新一代互联网连接5G的普及，网速和容量将迅速提升。5G可以将IoT提升到一个新的水准并实现大规模边缘计算，进而使DT解决方案变得可行，这是智慧城市的基础构建块，在这些城市中，互联的技术和数据可以解决城市运营并解决居民的生活品质。在5G之前的世界中，城市可以采集有关行人流量、车辆流量或水流量的数据，但是处理和传输会因网络容量而变慢。由于5G的速度、带宽和可支持的连接设备数量的显著增加，因此可以近乎实时地处理、传输和分析海量数据。实际用例可以包含事前准备，实时协作和对自然灾害的响应以及优化城市运营。
3、灾害应对
灾难响应全都在于了解当前状况，掌握未知因素以及清晰，迅速地进行沟通。考虑到错综复杂的行政层级关系，医疗保健提供者和物流公司，应对工作通常比起协调工作更像是争夺战。通过在飓风等危险事件出现之前构建虚拟副本，DT可以帮助缓解这种混乱并支持响应策略。比如，模拟海浪和大风对现有土地和基础设施的影响可以帮助预测分析核心要素，比如电网强度、必要的疏散工作以及对建筑物的潜在破坏。汇总这些分析数据有助于领导者识别可能的问题，明确行动计划的优先级并潜在地避免生命损失。
DT也可以作为核心支持机制来绘制核心资产并在出现灾难性事件时实时跟踪它们。由于已经设计了框架，并且已经合并了数据集，因此可以迅速通知各类利益相关者，并且可以更轻松地就运输食物、明确输电线和挽救生命做出决策。
4、出行和运输
证明启用5G的DT的价值并不会形成灾难。自动驾驶汽车的兴起为在无风险的数字城市环境中测试这一新兴技术提供了一个很好的场景。虚拟环境比城市街道更适用于帮助规划人员从迅速变化的参数中学习。可以在几分钟内引入、实施和审核各类方案，而不会形成不利的人类影响。DT允许城市重新构建出行梦，并尝试新的办法来解决交通拥挤。想象一下，城市可以避免由于建筑或天气条件而造成 的车道停车，或者使急救人员可以迅速安全地处理交通事故。
DT也有利于检验新方法和新技术。是否还记得共享单车和拼车公司之类的替换交通方式何时开始达到顶峰？比如，拼车的引入使许多城市领导人猝不及防，骑手的便捷有时候会给驾驶者带来极大的干扰。DT可能揭示了潜在性的情况并构建了更成功的实施方案。预先考虑与停车、包裹递送等相关的新进展。借助于实时信息，送货司机可以优化路线并预测分析各类包裹送货选项，可以帮助物流公司仿真模拟最佳和次优方案。更好的信息将带来更好的计划方案。
5、可持续的城市景观
DT技术还可以加强人们对在特定城市区域投资，在哪投资以及投资多少以缓解环境问题的普遍了解。通过使用预测分析的交通流量和空气质量对城市街道设计进行建模，城市可以优化其模型并更精确地预测分析特定响应的结果，比如封闭街道或降低速度限制，以及增加关键的绿色基础设施（如电动汽车充电站）。房地产开发商和设计师可以在规划过程中使用DT，以帮助确认如何提高能源效率。通过对建筑设计元素（比如太阳能电池板或屋顶花园）或可持续建筑材料（比如自动调光玻璃或增加照明系统的照明系统）进行建模，DT可以支撑对经济没有不利影响的环保决策。在构建昂贵的系统之前，可以对可持续性措施进行建模。
6、DigitalTwins和5G的下一步是什么？
很明显，DT可以在确认城市的下一步发展中发挥出重要作用。通过共享信息、案例研究和早期成果，我们可以提升对该功能强大工具的认识。与此同时，尤为重要的是，继续构建DT所依赖的5G基础设施。市领导可以通过标准化许可流程和简化政策来支撑这项工作，以便于运营商可以清晰地知道如何投资和加速部署。
伴随着全球城市化，愈来愈多的城市将达到需要新解决方案的能力。迫切需要并且将继续需要采集数据，优化其有用性并可视化如何将其应用于城市挑战，比如灾难响应、交通运输和可持续性。DT可以通过为社区领导人提供数据和分析手段来改善跨部门的决策和规划，进而在极大程度上帮助城市发展。可视化未来会限制基于过时信息或错误假设进行难忘投资的风险。最重要的是，它可以帮助提升人们想象人口行为和参与的效率和新方法，并避免灾难性破坏和生命损失。因此，DT解决方案可以真正实现美好的未来。