Bản sao số giúp giải quyết các thách thức đô thị hiệu quả hơn

Bản sao số là một trong những thành quả công nghệ hiện đại nhất của cách mạng công nghiệp 4.0. Công nghệ này được các chuyên gia nhận định là công nghệ đóng vai trò nòng cốt trong việc vận hành các thành phố thông minh (TPTM) trên thế giới. Cụ thể, công nghệ bản sao số có thể giúp hoạt động sản xuất và vận hành đô thị hiệu quả hơn; cải thiện không gian sống đô thị trở nên đáng sống và thuận tiện hơn; xây dựng môi trường sinh thái đô thị bền vững.

Về sản xuất và vận hành đô thị, bản sao số được sử dụng để phân tích những kịch bản phức tạp về người dân, hàng hóa, năng lượng và thông tin như tối ưu hóa bố cục không gian đô thị, giảm ùn tắc giao thông tại các nút giao thông phức tạp. Từ đó, giúp các nhà quản lý nắm bắt được tình hình hoạt động của đô thị, giảm chi phí quản lý và cải thiện chất lượng cuộc sống của người dân.

Ngoài ra, công nghệ bản sao số có thể giúp các thành phố giám sát, kiểm soát tình trạng khẩn cấp, dự đoán trước các rủi ro có thể xảy ra, đồng thời nhanh chóng đưa ra các biện pháp ứng phó với những trường hợp bất thường và hiện tượng lạ như thời tiết, sự cố,… trong thành phố.

Chính vì vậy, nhiều thành phố trên thế giới đã tích cực triển khai thí điểm bản sao số. Tuy nhiên, một số thành phố khác vẫn còn đang xem xét, đánh giá những ưu nhược điểm của công nghệ này và cân nhắc các lựa chọn.

Bài viết chia sẻ kinh nghiệm của 3 thành phố là Tallinn (Estonia), Des Moines (Mỹ) và Seoul (Hàn Quốc) trong việc triển khai bản sao số: lộ trình triển khai, kết quả và lợi ích đạt được cũng như những thách thức và định hướng tương lai.

Tại sao công nghệ bản sao số được lựa chọn?

Theo Andres Maremäe, người tham gia dự án GreenTwins của thành phố Tallinn, thủ đô Estonia, câu trả lời là bản sao số giúp đưa ra quyết định tốt hơn. Với sự phổ biến gia tăng của các cảm biến từ xa có giá cả phải chăng, việc thu thập dữ liệu đã trở nên đơn giản hơn. Tuy nhiên, thách thức đặt ra là tổ chức dữ liệu và sử dụng nó trong quá trình ra quyết định. Công nghệ bản sao số sẽ giúp xử lý toàn bộ dữ liệu và trình bày dữ liệu theo cách dễ hiểu nhất.

Ở Tallinn, nhu cầu về bản sao số lần đầu tiên xuất hiện trong lĩnh vực xây dựng và quy hoạch đô thị. Hơn 10 năm đã trôi qua kể từ khi mô hình thành phố Tallinn 3D đầu tiên được tạo ra trong khu phố cổ thời trung cổ để giới thiệu Tallinn đến khách du lịch. Ngay sau đó, công nghệ này đã được sử dụng trong quy hoạch thành phố, và bây giờ là mô hình 3D toàn bộ thành phố 3D.

Theo Andres Maremäe, mô hình thành phố 3D là một thành phần trực quan của bản sao số và mặc dù mô hình này không được sử dụng để trực quan hóa tất cả dữ liệu có sẵn, nhưng nó giúp nắm bắt các vấn đề dễ dàng hơn.

Trong khi đó, Aaron Greiner, Giám đốc GIS của thành phố Des Moines, Mỹ cho biết: khi Des Moines tiếp tục phát triển và xây thêm các tòa nhà mới, chúng tôi cần một giải pháp hiện đại để có thể phân tích các dự án trong tương lai và tác động của chúng đối với tầm nhìn trong khu vực trung tâm thành phố, đặc biệt là bảo vệ tầm nhìn của mái vòm vàng mang tính biểu tượng của tòa nhà Iowa State Capitol.

"Khi chúng tôi xem xét kế hoạch phát triển một Khu chợ mới giữa sân chơi bóng và tòa nhà Capitol, ứng dụng bản sao số giúp chúng tôi có thể hình dung các tòa nhà đa chức năng và nhà ở mới sẽ có khả năng ảnh hưởng như thế nào đến tầm nhìn trước khi chúng được xây dựng".

Trong khi đó, Yoo Byoung Min, bộ phận GIS của Chính quyền đô thị Seoul (SMG) và là người quản lý nền tảng bản sao số của Seoul cho biết: SMG đã bắt đầu dự án bản sao số S-Map để giải quyết các vấn đề đô thị bằng cách mô phỏng các kịch bản môi trường và phát triển khác nhau và cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu trong lĩnh vực văn hóa và du lịch.

S-Map có khả năng mô phỏng rất nhiều kịch bản khi kết hợp dữ liệu môi trường với dữ liệu không gian trên khắp Seoul ở dạng 3D. Điều này không chỉ tối đa hóa hiệu quả của công tác quy hoạch, tái phát triển và tái thiết đô thị mà còn cung cấp các dịch vụ bản đồ tùy chỉnh khác nhau cho người dân.

Những kết quả bước đầu

Andres Maremäe chia sẻ: Ở Tallinn, chúng tôi đang ở giai đoạn đầu của hành trình triển khai bản sao số, nhưng chúng tôi đang đạt được những tiến bộ nhanh chóng. Tallinn có lợi thế tốt vì Estonia có công nghệ tiên tiến, có quan hệ hợp tác tuyệt vời với Helsinki và chiến lược của thành phố là hỗ trợ phát triển và triển khai các công nghệ mới. Các nhà lãnh đạo thành phố nhận thức được tầm quan trọng của quá trình ra quyết định dựa trên dữ liệu.

Các lộ trình triển khai bản sao số bao gồm thu thập dữ liệu vật lý trên các con đường công cộng hàng năm bằng cách quét và chụp ảnh laser di động, sau đó trích xuất thông tin về biển báo, vạch kẻ đường và quảng cáo ngoài trời, v.v.

Theo đó, trong khu phố cổ thời trung cổ của Tallinn, giao thông dành cho người đi bộ hiện được giám sát bởi các cảm biến và dữ liệu được sử dụng để tổ chức các hoạt động du lịch, ví dụ, các nhà hàng có thể điều chỉnh giờ mở cửa theo hành vi của du khách.

Ngoài ra, năm nay thành phố còn bắt đầu lên kế hoạch về một dự án thu thập và lưu trữ các mạng lưới tiện ích ngầm để đưa chúng vào trong mô hình thành phố 3D và giúp việc quản lý tài sản hiệu quả hơn. Nhiều cảm biến khác nhau đã được lắp đặt và bổ sung thêm để đo lưu lượng và giám sát mức tiêu thụ năng lượng cũng như thời tiết trong các tòa nhà công cộng.

Còn theo Aaron Greiner, Des Moines bắt đầu sáng kiến bản sao số của mình bằng cách tập trung xây dựng mô hình 3D của trung tâm thành phố Des Moines và các khu vực xung quanh, bao gồm các mô hình tòa nhà chi tiết có mái và một số cấu trúc tường được thêm vào.

"Với bản sao số ban đầu được tạo ra, chúng tôi có thể sử dụng bản đồ cơ sở 3D này với các bộ dữ liệu cơ sở hạ tầng hiện có (các tiện ích, giao thông, v.v.) và cung cấp thông tin đó trong một số ứng dụng web khác nhau mà nhân viên dịch vụ phát triển của chúng tôi có thể sử dụng để tiếp cận làm việc trong không gian ba chiều", Aaron Greiner cho biết.

Nhờ vậy giúp đơn giản hóa quy trình làm việc và cải thiện khả năng của nhân viên dịch vụ phát triển trong việc thảo luận và trình bày các tác động mà các dự án đề xuất có thể gây ra về tầm nhìn.

Trong khi đó, S-Map của Seoul tái tạo toàn bộ diện tích Seoul (605,2 km2) trong không gian mạng 3D. Nó chứa dữ liệu về 600.000 công trình trên mặt đất như cầu đường bộ, cầu vượt và cầu đi bộ cũng như các công trình ngầm như hệ thống cấp nước, đường ống khí đốt, viễn thông và hệ thống sưởi.

Các công trình trong nhà bao gồm ga tàu điện ngầm và các phương tiện chữa cháy đều được tích hợp IoT. Bản đồ địa lý và đường đồng mức, các điểm kiểm soát nội suy và trắc địa cũng được đưa vào.

Các chức năng hỗ trợ bao gồm: phân tích 3D để phản ánh chính sách; chẩn đoán mô phỏng và dự đoán; quản lý tích hợp và trực quan hóa thông tin không gian 3D; và sự tham gia của người dân.

Yoo Byoung Min cho biết thành phố sử dụng S-Map để đánh giá quy hoạch đô thị và xây dựng nhằm tăng tính khách quan và đưa ra quyết định dựa trên bằng chứng. S-Map còn được SMG sử dụng để hỗ trợ việc ra quyết định của 7 ủy ban, bao gồm cả Ủy ban Quy hoạch đô thị và đánh giá tác động giao thông.

Các con đường gió trên khắp Seoul cũng được bắt nguồn từ S-Map. Đường gió, sức mạnh và ảnh hưởng của các đặc điểm địa hình được kiểm tra trong không gian 3D và được sử dụng để bố trí tòa nhà, ngăn chặn sự lây lan của cháy rừng và giảm bụi mịn cũng như hiệu ứng đảo nhiệt đô thị.

"Đối với người dân, chúng tôi cung cấp dịch vụ trực tiếp giải thích các điểm du lịch chính bằng thực tế ảo thông qua S-Map", Yoo Byoung Min bổ sung thêm.

Ngoài ra, trong đầu năm 2022, SMG còn cung cấp chế độ xem đường phố trực tuyến trên S-Map tất cả 14.699 con hẻm ở Seoul, bao gồm cả những con hẻm nhỏ hẹp không có sẵn ngay cả trong các dịch vụ bản đồ trực tuyến lớn.

Thách thức và kỳ vọng

Andres Maremäe, thành phố Tallinn cho biết: Quy hoạch đô thị được mô phỏng trước khi tiến hành bất kỳ công trình xây dựng nào hoặc trước khi đưa ra các quyết định dài hạn. Trong mô phỏng, chúng tôi có thể sử dụng dữ liệu giao thông trong thế giới thực và xem xét các ý kiến đóng góp của người dân.

Trong khi Aaron Greiner, Des Moines mong muốn: Chúng tôi kỳ vọng sẽ được tiếp tục sử dụng bản sao số trong công tác lập kế hoạch phát triển, đặc biệt là khi phân tích tác động của các cấu trúc xung quanh và việc xây dựng trong tương lai

"Bản sao số sẽ cho phép SMG thực hiện mô phỏng để dự đoán tác động của các thảm họa và tai nạn, chẳng hạn như cháy rừng và dự đoán cách các tòa nhà và cấu trúc mới được xây dựng trong thành phố có thể cản trở các mô hình gió của khu vực này hay có thể làm ô nhiễm bụi mịn trầm trọng hơn", Yoo Byoung Min cho biết.

Bên cạnh những lợi ích mang lại, việc triển khai bản sao số cũng gặp không ít thách thức. Theo Andres Maremäe, mặc dù có nhiều công ty tư nhân và công ty khởi nghiệp phát triển bản sao số, nhưng hiện vẫn còn thiếu các đối tác có năng lực để phát triển các giải pháp kỹ thuật số mới, toàn diện. Và một yếu tố khác là con người. Thói quen rất khó thay đổi và thay đổi văn hóa là một vấn đề tế nhị.

Còn theo Aaron Greiner, bên cạnh việc xây dựng mô hình, thách thức lớn nhất mà nhóm phải phải đối mặt để thu được nhiều lợi ích nhất từ bản sao số là tìm ra các phương pháp trong đó mô hình có thể được tận dụng để hỗ trợ công việc của các nhân viên phòng ban khác./.