Giới thiệu

Tích hợp Bản sao kỹ thuật số vào khuôn khổ thành phố thông minh mang lại tiềm năng chuyển đổi cho phát triển đô thị. Các ứng dụng của Bản sao kỹ thuật số trong quy hoạch đô thị rất rộng lớn và đa dạng, cung cấp các giải pháp sáng tạo cho quản lý năng lượng, giám sát cơ sở hạ tầng và các dịch vụ công cộng. Nhiều thành phố trên thế giới hiện nay như Singapore, Dubai, Thẩm Quyến… tùy theo khía cạnh khác nhau đang áp dụng khá thành công Bản sao kỹ thuật số để tạo ra những điều kiện thuận lợi cho quá trình qui hoạch, quản lý, phát triển đô thị và hỗ trợ ra quyết định.

Tuy nhiên, bên cạnh đó, bất chấp những lợi ích và nhiều khía cạnh ứng dụng tiềm năng của Bản sao kỹ thuật số, vẫn có vô số thách thức liên quan đến việc phát triển và triển khai chúng cho quản trị thành phố thông minh và quy hoạch đô thị. Bài viết này giới thiệu một số những thách thức quan trọng để làm rõ tính bền vững và tính thực tiễn của Bản sao kỹ thuật số, đặc biệt là khi áp dụng cho các hệ thống phức tạp như thành phố và phát triển đô thị.

Những hạn chế và rào cản trong quá trình tích hợp Bản sao kỹ thuật số trong Thành phố thông minh

Những hạn chế được nêu ra bao gồm: Quản lý và tích hợp dữ liệu; Chất lượng và đồng bộ hóa dữ liệu; Khả năng tương tác; Tiêu chuẩn và kết nối; An ninh mạng và quyền riêng tư dữ liệu; Mô hình hóa dữ liệu; Sử dụng và trực quan hóa; Độ phức tạp về mặt kỹ thuật và cơ sở hạ tầng; Hạn chế về tài chính và phân bổ nguồn lực; cũng như các Tác động chính trị xã hội và sự tham gia của công chúng.

Quản lý và tích hợp dữ liệu

Dữ liệu thành phố thường lớn, phức tạp và không đồng nhất, đòi hỏi sức mạnh tính toán cao và khả năng tương tác để thu thập và xử lý hiệu quả. Để áp ứng điều này cần phải có các tiêu chuẩn được công nhận rộng rãi cho các mô hình dữ liệu và lược đồ thiết kế để hợp lý hóa mô hình hóa thành phố và giảm thời gian, chi phí là rất cần thiết. Bản chất đa diện của tích hợp dữ liệu, là một thách thức cơ bản trong phát triển Bản sao kỹ thuật số đòi hỏi các quy trình trích xuất, chuyển tải tinh vi, kiến ​​trúc hướng dịch vụ và các kỹ thuật ảo hóa dữ liệu. Tính không đồng nhất của các hệ thống dữ liệu nguồn và việc thiếu các mã định danh chuẩn trên các hệ thống này khiến việc trích xuất và liên kết dữ liệu hiệu quả trở thành một nhiệm vụ phức tạp.

Chất lượng dữ liệu và đồng bộ hóa

Chất lượng dữ liệu, một yếu tố quan trọng đối với tiện ích của Bản sao kỹ thuật số, là một mối quan tâm cần xem xét. Việc đóng gói dữ liệu trong mỗi Bản sao kỹ thuật số là cần thiết để duy trì chất lượng, trách nhiệm về tính toàn vẹn của dữ liệu. Đồng bộ hóa dữ liệu , đặc biệt là trong các tình huống giám sát thời gian thực, đặt ra những thách thức khi chất lượng dữ liệu có thể bị ảnh hưởng bởi nhu cầu về tốc độ và hiệu quả.

Khả năng tương tác, tiêu chuẩn và kết nối

Thiếu các tiêu chuẩn được chấp nhận rộng rãi, ảnh hưởng đến khả năng trao đổi dữ liệu của các bản sao kỹ thuật số của từng lĩnh vực đô thị với các thành phố hoặc thực thể khác là một hạn chế đáng kể. Hạn chế về khả năng tương tác khiến chỉ một số ít Bản sao kỹ thuật số đô thị có thể trao đổi dữ liệu hiệu quả. Điều này có thể dẫn đến việc giải thích sai dữ liệu, dẫn đến các rủi ro tiềm ẩn về an toàn và bảo mật, cũng như hiệu suất thành phố không tối ưu trên nhiều lĩnh vực khác nhau. Trên qui mô rộng, các vấn đề về khả năng tương tác sẽ ảnh hưởng đến kết nối dữ liệu, khiến việc trao đổi dữ liệu giữa các Thành phố thông minh trở nên khó khăn và kém hiệu quả. Mặc dù việc thiết lập các tiêu chuẩn dữ liệu là một giải pháp hiện tại, nhưng tính phức tạp và đa dạng của các hệ thống liên quan đến thành phố thông minh khiến việc tạo ra một tiêu chuẩn mô hình thành phố thống nhất trở nên khó khăn.

An ninh mạng và quyền riêng tư dữ liệu

Vi phạm và rò rỉ dữ liệu nhạy cảm có thể gây ra hậu quả sâu rộng, không chỉ về quyền riêng tư dữ liệu mà còn về khả năng kiểm soát đối với cơ sở hạ tầng đô thị quan trọng kiến an ninh mạng là mối quan tâm lớn. Điều này đặt ra câu hỏi về trách nhiệm pháp lý đối với các quyết định do Bản sao kỹ thuật số đưa ra và tính bảo mật của dữ liệu của công dân. Quyền sở hữu dữ liệu thường vẫn mơ hồ và những lo ngại về quyền riêng tư, bảo mật dữ liệu sẽ làm phức tạp, tăng các hạn chế và quyền sử dụng dữ liệu trong các ứng dụng khác nhau.

Mô hình hóa, sử dụng và trực quan hóa dữ liệu

Công nghệ GIS và BIM bị giới hạn trong quản lý dữ liệu tĩnh và cần các công cụ bổ sung để xử lý dữ liệu thời gian thực. Nỗ lực tích hợp GIS và BIM với dữ liệu cảm biến để quản lý dữ liệu động đã dẫn đến sự phát triển của các mô hình tích hợp bao gồm: địa lý, tòa nhà và thành phố. Thực tế tăng cường (AR) và Thực tế ảo (VR) có thể biểu diễn các thực thể vật lý 3D nhưng không được trang bị để xử lý luồng dữ liệu thời gian thực giữa thực tế và các đối tác ảo của nó. Tích hợp BIM, GIS, AR và VR để quản lý dữ liệu trong môi trường phi cấu trúc, với các vấn đề về quyền riêng tư và bảo mật dữ liệu trở thành một thách thức mà ít được các nghiên cứu hiện tại nhắc tới.

Các Bản sao kỹ thuật số thành phố hiện nay có thể đối mặt với tình trạng hạn chế về độ chính xác, tính toàn diện và chất lượng mô tả trực quan của mô hình có thể làm ảnh hưởng đến sự biểu diễn trực quan và tình trạng thực tế của thành phố. Sự tham gia từ dữ liệu cảm biến và thông tin từ cộng đồng có thể khắc phục những thách thức liên quan đến tính chính xác về vị trí và tính nhất quán của dữ liệu. Hơn nữa, việc xác định các loại dữ liệu cụ thể cần thiết cho các nhiệm vụ cụ thể là một thách thức quan trọng. Ở các thành phố được Bản sao kỹ thuật số hỗ trợ, việc sử dụng dữ liệu thường bị bỏ qua, chủ yếu là do thiếu tài nguyên máy tính để xử lý dữ liệu toàn thành phố và dữ liệu không có cấu trúc.

Độ phức tạp về mặt kỹ thuật và cơ sở hạ tầng

Độ phức tạp về mặt kỹ thuật của Bản sao kỹ thuật số đòi hỏi một lực lượng lao động không chỉ có tay nghề mà còn đủ lớn để xử lý thiết kế, lắp đặt và bảo trì liên tục. Cơ sở hạ tầng cần thiết cho Bản sao kỹ thuật số đô thị không chỉ là phần cứng vật lý mà còn bao gồm phần mềm và khả năng kết nối mạng cần thiết để xử lý và quản lý các tập dữ liệu lớn và phức tạp theo thời gian thực.

Ràng buộc tài chính và phân bổ nguồn lực

Việc yêu cầu, đòi hỏi sự cân bằng giữa chi phí và chức năng khiên ngân sách dành cho việc triển khai và quản lý Bản sao kỹ thuật số đô thị gặp nhiều hạn chế. Giới hạn tài chính này có thể ảnh hưởng đến mức độ Bản sao kỹ thuật số có thể được sử dụng để quản lý thành phố.

Ýnghĩa chính trị xã hội và sự tham gia của người dân

Do thiếu khuôn khổ quản trị, thỏa thuận chia sẻ dữ liệu và nhận thức của các bên liên quan tạo ra những thách thức trong việc thu hút người dân và các sở ban ngành khác nhau của thành phố trong bối cảnh phải đảm bảo quyền truy cập cho tất cả. Những tác động chính trị - xã hội của việc sử dụng Bản sao kỹ thuật số đô thị vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ để hiểu bản chất, những tác động và các vấn đề trở ngại có thể cản trở việc chấp nhận rộng rãi của chúng.  

Việc giải quyết những thách thức này đòi hỏi nỗ lực chung để cải thiện quản lý dữ liệu, tăng cường khả năng tương tác, đảm bảo an ninh mạng, quản lý hiệu quả các nguồn tài chính, thu hút công chúng và các bên liên quan, đồng thời phát triển các mô hình toàn diện và chính xác.

Khoảng trống và hướng đi trong tương lai của công nghệ Bản sao kỹ thuật số thành phố thông minh

Sau một thời gian ngắn phát triển, cùng với sự phát triển của một số công nghệ mới khác đã tạo ra một số khoảng trống với những thách thức cho sự phát triển công nghệ Bản sao kỹ thuật số thành phố thông minh hiện như:

- Phát triển các khuôn khổ quản lý dữ liệu tinh vi có khả năng xử lý tính phức tạp và tính không đồng nhất của dữ liệu Bản sao kỹ thuật số đô thị, đảm bảo chất lượng của dữ liệu và đạt được sự đồng bộ hóa theo thời gian thực.

- Thiết lập các tiêu chuẩn chung thúc đẩy khả năng tương tác giữa các hệ thống và thành phố khác nhau để tăng cường khả năng mở rộng, kết nối và khả năng chuyển giao của các giải pháp Bản sao kỹ thuật số.

- Hơn nữa, cách các công nghệ mới nổi như 5G, điện toán biên và AI có thể được tích hợp vào kiến trúc Bản sao kỹ thuật số để nâng cao xử lý dữ liệu và phân tích thời gian thực.  

- Nghiên cứu, thử nghiệm để khám phá tiềm năng của các kỹ thuật học máy tiên tiến nhằm nâng cao độ chính xác dự báo của Bản sao kỹ thuật số, cho phép dự đoán tốt hơn về động lực của thành phố. Điều này có thể bao gồm dự đoán chính xác các điều kiện môi trường, như chất lượng không khí và mực nước, cho phép các thành phố phản ứng trước với các vấn đề tiềm ẩn và giảm thiểu rủi ro liên quan đến biến đổi khí hậu

Ngoài ra, sự tích hợp của động lực xã hội và cộng đồng trong Bản sao kỹ thuật số, đặc biệt là cách các động lực này tương tác trong mô phỏng kỹ thuật số giúp đánh giá, tăng cường tính hiện thực trong công tác quản lý xã hội hay quy hoạch đô thị…. Cách tiếp cận này giúp chính quyền có thể hiểu sâu hơn về sự phức tạp của đô thị, cải thiện các quy trình thiết kế có sự tham gia trong việc kiến tạo môi trường đô thị xanh, an toàn văn minh và phục hồi.

Kết luận

Việc tích hợp Bản sao kỹ thuật số vào khuôn khổ thành phố thông minh mang lại tiềm năng chuyển đổi cho phát triển đô thị. Các ứng dụng của Bản sao kỹ thuật số trong quy hoạch đô thị rất rộng lớn và đa dạng, cung cấp các giải pháp sáng tạo cho quản lý năng lượng, giám sát cơ sở hạ tầng và các dịch vụ công cộng...  Trên thế giới hiện nay, nhiều thành phố như Singapore, New Mexico (Mỹ), Rotterdam, Hà Lan hay Thượng Hải, Bắc Kinh (Trung Quốc)… đang ứng dụng Bản sao kỹ thuật số để hỗ trợ cho quá trình phát triển, quản lý và ra quyết định trong đô thị.

Tuy nhiên, hiện thực hóa hoàn toàn một Bản sao kỹ thuật số ở quy mô thành phố vẫn là mục tiêu phí trước với những những rào cản đáng kể trong quản lý dữ liệu, các vấn đề về khả năng tương tác và các mối quan tâm về an ninh mạng hay là những hạn chế về khả năng mở rộng… nhưng đã có những động lực rõ ràng để hướng tới, thực hiện mục tiêu này. Đó là sự hợp tác để đảm bảo các hệ thống này không chỉ mạnh mẽ về mặt công nghệ mà còn phù hợp với xã hội, tạo điều kiện cho việc tạo ra các hệ sinh thái đô thị kiên cường, bền vững và thực sự thông minh

Người thực hiện

Lê Việt Hưng

Phòng Dịch vụ số - Cục Chuyển đổi số quốc gia

Tài liệu tham khảo:

https://www.tech.gov.sg/media/technews/5-things-to-know-about-virtual-singapore/

https:// doi.org/10.36680/j.itcon.2021.045

https:// learning.oreilly.com/library/view/digital-twin-and/9781394303533/

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2210670724004086#bib0024

https://www3.weforum.org/docs/WEF_Global_Digital_Twin_Cities_Framework_and_Practice_2022.pdf