Trong bối cảnh mà sự hội tụ của công nghệ số cùng với sự đổi mới đột phá trong môi trường đô thị/nông thôn đã làm thay đổi các mô hình phát triển thành phố/đô thị truyền thống thành một thành phố thông minh/khu vực thông minh. Đi đầu trong làn sóng chuyển đổi này, thông qua đẩy nhanh việc áp dụng công nghệ số trên nhiều lĩnh vực khác nhau, các thành phố đang phát triển thành những thực thể “thông minh hơn”. Việc tích hợp 5G, (tương lai 6G), cùng với Dữ liệu lớn, cảm biến và IoT, AI, Điện toán đám mây đã trở thành một phần không thể thiếu trong cơ sở hạ tầng kỹ thuật số của một thành phố. Nhưng công nghệ này được ứng dụng đan xen chặt chẽ vào kết cấu của cuộc sống hàng ngày và làm thay đổi cơ bản các động lực xã hội theo những cách chưa từng có. Tuy nhiên, khi các mô hình kiến ​​trúc và nghiệp vụ để xây dựng các thành phố và khu vực thông minh tiếp tục phát triển, các xu hướng công nghệ mới như Bản sao kỹ thuật số - Digital Twin (DT) và Siêu vũ trụ (Metaverse) đang mở ra những không gian mới cho cho thành phố.

Tuy nhiên, giữa những lợi ích được ca ngợi của bước nhảy vọt công nghệ này, những thách thức cũng đồng thời xuất hiện, được đánh dấu bằng sự gia tăng về phân mảnh, phức tạp và không đồng nhất.

Thông qua lược dịch, tham khảo các tài liệu liên quan, bài viết này được chia thành 4 phần để giới thiệu góc nhìn về các thành phố thông minh đã biến đổi thành các hệ thống của các hệ thống, được định hình bởi các động lực đa dạng và các xu hướng đang phát triển, bao gồm các yếu tố chính trị, văn hóa và kinh tế. Trong đó là những nghiên cứu áp dụng, trường hợp điển hình của yếu tố công nghệ mới Bản sao kỹ thuật số nói chung và Bản sao kỹ thuật số thành phố thông minh nói riêng.

Các định nghĩa đa dạng về bản sao kỹ thuật số

Bản sao kỹ thuật số (DT) về cơ bản bao gồm ba yếu tố chính: thực thể vật lý, biểu diễn kỹ thuật số của nó và các liên kết dữ liệu cho phép trao đổi dữ liệu hai chiều giữa chúng.

Bảng 1. Các định nghĩa khác nhau về Bản sao kỹ thuật số.

• Phân biệt Bản sao kỹ thuật số với các dạng biểu diễn kỹ thuật số khác

Bảng 2. Phân biệt Bản sao kỹ thuật số.

• Các khía cạnh công nghệ bản sao kỹ thuật số thành phố

Bản sao kỹ thuật số thành phố -Digital Twin City (DTC) là mô tả kỹ thuật số thực tế về môi trường đô thị, bao gồm các thành phần, hoạt động và hệ thống của chúng. Nó hỗ trợ các quy trình ra quyết định nhằm đạt được kết quả ở quy mô thành phố, chẳng hạn như quy hoạch và quản lý đô thị, cũng như các dịch vụ liên quan, cung cấp góc nhìn nâng cao để đưa ra quyết định kịp thời và sáng suốt.

Một DTC bao gồm các DT phụ được kết nối với nhau, đại diện cho một số khía cạnh nhất định về chức năng và sự phát triển của môi trường thành phố. Chúng được tích hợp với các chức năng thông minh bao gồm AI, máy học và phân tích dữ liệu, có thể cho phép điều chỉnh và liên kết chính xác với tình trạng thực tế của cơ sở hạ tầng của thành phố bằng cách tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau theo thời gian thực. Các mô hình này được chế tạo để phản ánh và dự báo chính xác các điều kiện hiện tại và tương lai của các đối tượng vật lý tương đương của chúng, vừa chính xác vừa nhanh chóng.

• Kiến trúc tham khảo Bản sao kỹ thuật số thành phố

Kiến trúc của Bản sao kỹ thuật số thành phố là một khuôn khổ nhiều lớp, bắt đầu từ thực tế vật lý và mở rộng vào lĩnh vực mạng thông qua nhiều lớp xử lý dữ liệu, mô hình hóa, tích hợp và cung cấp dịch vụ (Hình 1). Mặc dù có sự đồng thuận chung giữa các nhà nghiên cứu rằng kiến ​​trúc DTC về cơ bản là nhiều lớp, nhưng số lượng và chức năng của các lớp này lại khác nhau. Tại Bảng 3 cung cấp tóm tắt về các lớp khác nhau này theo các tác giả khác nhau.

• Một số đề xuất các lớp của kiến trúc tham khảo Bản sao kỹ thuật số thành phố

Bảng 3. Các lớp bản sao kỹ thuật số thành phố.

Trong nghiên cứu của Lv và cộng sự (2022) đã đề xuất một kiến ​​trúc bốn lớp bao gồm các lớp vật lý, dữ liệu, mô hình và chức năng, nhấn mạnh sự tiến triển từ các yếu tố vật lý hữu hình và vô hình đến các chức năng mang lại giá trị của DT.

Tuy nhiên, nghiên cứu của Alva et al và cộng sự (2022) hợp lý hóa cấu trúc thành ba lớp vật lý, mạng và nhận thức, tập trung vào luồng từ các thành phần vật lý đến lớp nhận thức hỗ trợ ra quyết định, nhấn mạnh vào trải nghiệm của người dùng và quá trình xử lý dữ liệu mang tính diễn giải.

Đối với Jiang et al và cộng sự (2022) đưa ra quan điểm dựa trên thành phần, xác định năm phần thiết yếu của DT: vật lý, ảo, kết nối, dữ liệu và dịch vụ. Quan điểm này bao hàm các chức năng của các kiến ​​trúc nhiều lớp nhưng tập trung vào khả năng kết nối và các khía cạnh vận hành của DT.

Ngược lại, Lu et al và cộng sự. (2020) mô tả một hệ thống năm lớp phân cấp tách biệt việc thu thập và truyền dữ liệu thành các lớp riêng biệt, làm nổi bật tính phức tạp của việc xử lý dữ liệu và tầm quan trọng của các công nghệ truyền thông mạnh mẽ đối với DT. Nó bao gồm các lớp thu thập dữ liệu, truyền dữ liệu, mô hình hóa kỹ thuật số, tích hợp dữ liệu/mô hình và dịch vụ. Lớp thu thập dữ liệu là lớp nền tảng xử lý việc thu thập dữ liệu không đồng nhất từ ​​nhiều nguồn trong khi lớp truyền tải chịu trách nhiệm chuyển dữ liệu đến các lớp trên khác. Lớp mô hình hóa kỹ thuật số bao gồm mô tả kỹ thuật số của các cấu trúc vật lý như mô hình BIM và CIM. Lớp tích hợp dữ liệu/mô hình đóng vai trò là thành phần trung tâm của khuôn khổ kiến ​​trúc DT , tích hợp tất cả dữ liệu và mô hình và cung cấp các chức năng để thao tác, lưu trữ, phân tích và xử lý. Lớp dịch vụ, được định vị ở cấp cao nhất, cung cấp dịch vụ cho cộng đồng và tạo điều kiện thuận lợi cho sự tương tác giữa các cá nhân và các mô hình tích hợp.

Mặt khác, Ferré-Bigorra và cộng sự (2022) đưa ra một góc nhìn độc đáo bằng cách đặt một mô hình đô thị kỹ thuật số 3D vào nền tảng của CDT. Họ ủng hộ kiến ​​trúc bốn lớp với một lớp vật lý bổ sung, nhấn mạnh khả năng tương tác thông qua các cảm biến và bộ truyền động và tầm quan trọng của việc truyền động trực tiếp và cung cấp dữ liệu người dùng trong lớp dịch vụ. Bốn lớp bao gồm lớp thu thập dữ liệu, lớp mô hình hóa dữ liệu, lớp mô phỏng và lớp dịch vụ/truyền động. Lớp thu thập dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập và truyền dữ liệu tự động đến lớp mô hình hóa kỹ thuật số, có nhiệm vụ duy trì bản sao kỹ thuật số được cập nhật của hệ thống thực tế. Sau đó, lớp mô phỏng tiếp quản, phân tích dữ liệu trong mô hình và chuyển tiếp kết quả đến lớp dịch vụ/truyền động. Tại thời điểm này, DT tương tác với hệ thống vật lý, bằng cách tác động trực tiếp đến hệ thống và cung cấp thông tin cho người dùng, qua đó hoàn thành chu trình giữa các thực thể ảo và thực tế.

Tuy nhiên, cho đến nay việc phát triển Bản sao kỹ thuật số thành phố thông minh vẫn đang trong giai đoạn đầu và phải đối mặt với nhiều thách thức như sự hiểu biết vẫn chưa đồng nhất, công nghệ chưa hoàn thiện và các mô hình nghiệp vụ chưa rõ ràng. Điều này đòi hỏi sự tập hợp, thống nhất của tất cả các bên từ lãnh đạo ngành đến các học giả và những người làm việc trong lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng… để đạt được sự đồng thuận về ý nghĩa và Kiến ​​trúc của Bản sao kỹ thuật số thành phố thông minh, chia sẻ các phương pháp hay nhất để đảm bảo Bản sao kỹ thuật số thành phố thông minh phát triển hiệu quả

Người thực hiện

Lê Việt Hưng

Phòng Dịch vụ số - Cục Chuyển đổi số quốc gia

Tài liệu tham khảo:

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