Bản sao kỹ thuật số (Digital Twins) đại diện cho các mô hình ảo tái tạo chính xác các hệ thống vật lý, đã trở thành một giải pháp quan trọng trong phát triển thành phố thông minh. Chúng cho phép mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa các quy trình đô thị dựa trên dữ liệu thời gian thực thông qua tập trung vào việc tích hợp các công nghệ hỗ trợ như Internet of Things (IoT) cho thu thập dữ liệu, Machine Learning (ML) cho phân tích dự báo, Blockchain cho bảo mật, và Cyber-Physical Systems (CPS) cho tương tác giữa thế giới thực và ảo.

Cách tiếp cận mô hình Hệ thống của hệ thống (systems-of-systems SoS) trong Bản sao kỹ thuật số (Digital Twins) cho thành phố thông minh đại diện cho một khung lý thuyết tiên tiến, coi thành phố là một tập hợp các hệ thống độc lập nhưng liên kết chặt chẽ với nhau, chẳng hạn như hệ thống giao thông, năng lượng, môi trường và dịch vụ công cộng cho phép mô phỏng đa tầng, từ cấp độ nhỏ lẻ như một khu vực đô thị đến quy mô toàn diện của toàn thành phố, nhằm hỗ trợ lập kế hoạch và quản lý đô thị một cách toàn diện

Thông qua sưu tầm, lược dịch các tài liệu có liên quan, bài viết này giới thiệu một số giải pháp của Bản sao kỹ thuật số cho lĩnh vực Di chuyển thông minh trong Thành phố thông minh đang được ứng dụng tại một số thành phố trên thế giới.

Giải pháp Bản sao kỹ thuật số cho Di chuyển thông minh

• Trường hợp CityZenith Digital Twins thành phố Los Angeles

Một trường hợp sử dụng đáng chú ý minh họa lợi ích của việc sử dụng công nghệ Bản sao kỹ thuật số cho di chuyển thông minh tại Hoa Kỳ là việc triển khai hệ thống giao thông thông minh tại thành phố Los Angeles, California. Los Angeles đã và đang tích cực triển khai các giải pháp giao thông thông minh để giải quyết các thách thức về tắc nghẽn giao thông và nâng cao khả năng di chuyển trong đô thị. Bằng cách sử dụng Bản sao kỹ thuật số, chính quyền chức thành phố có thể mô phỏng và thử nghiệm các kịch bản khác nhau để xác định các điểm tắc nghẽn tiềm ẩn, dự đoán tắc nghẽn giao thông và tối ưu hóa thời gian tín hiệu giao thông theo thời gian thực. Nếu Bản sao kỹ thuật số phát hiện lưu lượng phương tiện tăng lên vào một khu vực cụ thể, nó có thể tự động điều chỉnh tín hiệu giao thông để ưu tiên di chuyển của các phương tiện đó, giảm tắc nghẽn và rút ngắn thời gian di chuyển. Sử dụng nền tảng CityZenith, thành phố đã đạt được những lợi ích đáng chú ý, bao gồm:

• • Quản lý giao thông thời gian thực: Los Angeles sử dụng mạng lưới cảm biến, camera và thiết bị kết nối được đặt khắp cơ sở hạ tầng giao thông của thành phố để thu thập dữ liệu thời gian thực về tình trạng giao thông. Dữ liệu này được xử lý bằng các thuật toán phân tích nâng cao và AI để tối ưu hóa thời gian tín hiệu giao thông, quản lý hướng làn đường và điều chỉnh lưu lượng giao thông một cách linh hoạt. Kết quả là, thành phố đã giảm ùn tắc, cải thiện lưu lượng giao thông và rút ngắn thời gian di chuyển cho người đi làm.
  • Tích hợp hệ thống giao thông công cộng: Los Angeles đã tích hợp các giải pháp kỹ thuật số vào hệ thống giao thông công cộng, bao gồm theo dõi lộ trình di chuyển theo thời gian thực, hệ thống thanh toán vé điện tử và ứng dụng di động để lập kế hoạch chuyến đi. Những công nghệ này cho phép hành khách truy cập thông tin chính xác về lịch trình xe buýt và tàu hỏa, theo dõi thời gian đến của các phương tiện giao thông công cộng và lập kế hoạch hành trình hiệu quả. Sự tích hợp này đã cải thiện độ tin cậy và sự tiện lợi tổng thể của giao thông công cộng, khuyến khích nhiều người sử dụng các phương thức di chuyển bền vững hơn.
  • Tối ưu hóa bãi đậu xe: Thành phố Los Angeles đã triển khai hệ thống đỗ xe thông minh, tận dụng cảm biến và ứng dụng di động để cung cấp thông tin theo thời gian thực về tình trạng chỗ đậu xe và hướng dẫn tài xế đến các chỗ đậu xe còn trống. Bằng cách giảm thời gian tìm kiếm chỗ đậu xe, thành phố đã giảm ùn tắc giao thông, cải thiện khả năng tiếp cận đô thị và cải thiện trải nghiệm đỗ xe tổng thể cho cư dân và du khách.
  • Ra quyết định dựa trên dữ liệu: Los Angeles sử dụng phân tích dữ liệu lớn và dữ liệu thời gian thực để đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu liên quan đến quy hoạch giao thông và đầu tư cơ sở hạ tầng.

Thông qua phân tích các mô hình giao thông, xu hướng nhu cầu và sở thích của người dùng, chính quyền thành phố có thể xác định các lĩnh vực cần cải thiện, tối ưu hóa mạng lưới giao thông và phân bổ nguồn lực một cách hiệu quả. Dữ liệu này sau đó được đưa vào một Bản sao kỹ thuật số - một bản sao ảo của hệ thống giao thông thực tế. Bản sao số này liên tục tự cập nhật dựa trên dữ liệu thời gian thực và cung cấp thông tin chính xác về tình trạng hiện tại của mạng lưới giao thông. Bằng cách kết hợp mô hình ảo này với các thuật toán phân tích tiên tiến và trí tuệ nhân tạo, các cơ quan quản lý giao thông của thành phố có được những hiểu biết sâu sắc về hoạt động của hệ thống và có thể đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu để tối ưu hóa việc quản lý giao thông.

Việc triển khai các công nghệ Di chuyển thông minh này tại Los Angeles đã mang lại nhiều lợi ích cho hệ thống giao thông, bao gồm giảm ùn tắc, rút ngắn thời gian di chuyển, nâng cao dịch vụ giao thông công cộng và tối ưu hóa quản lý bãi đậu xe. Những tiến bộ này góp phần xây dựng một hệ thống giao thông đô thị hiệu quả và bền vững hơn, giúp thành phố trở nên đáng sống hơn và nâng cao chất lượng cuộc sống tổng thể cho cư dân.

• Trường hợp Bản sao kỹ thuật số Barcelona “Thành phố 15 phút”

Tại châu Âu, thành phố Barcelona, Tây Ban Nha, đã triển khai một hệ thống Di chuyển thông minh tiên tiến, tích hợp các Bản sao số, như một phần của sáng kiến “thành phố 15 phút”, nhằm tối ưu hóa mạng lưới giao thông và cải thiện khả năng di chuyển trong đô thị. Bằng cách triển khai mạng lưới cảm biến, camera và thiết bị IoT trên toàn bộ cơ sở hạ tầng giao thông của thành phố, Barcelona thu thập dữ liệu thời gian thực về tình trạng giao thông, tình trạng chỗ đậu xe và mức độ sử dụng phương tiện giao thông công cộng. Dữ liệu này sau đó được đưa vào một Bản sao số - một bản sao ảo của Hệ thống giao thông của thành phố.

Bản sao số liên tục tự cập nhật dựa trên dữ liệu thời gian thực, cho phép chính quyền thành phố theo dõi chính xác tình trạng hiện tại của mạng lưới giao thông. Các thuật toán phân tích và AI tiên tiến được áp dụng cho Bản sao số để phân tích, tối ưu hóa mô hình giao thông, xác định các điểm nóng tắc nghẽn và dự đoán những thách thức di chuyển trong tương lai. Sử dụng bản sao số, các cơ quan quản lý giao thông của Barcelona thực hiện các biện pháp chủ động để tối ưu hóa lưu lượng giao thông và nâng cao khả năng di chuyển:

• • Quản lý di chuyển thông minh: Bản sao số cho phép giám sát tình trạng giao thông theo thời gian thực, cho phép các cơ quan chức năng xác định các điểm tắc nghẽn và điều chỉnh thời gian tín hiệu giao thông một cách linh hoạt như đồng bộ hóa tín hiệu giao thông dựa trên lưu lượng giao thông hiện tại … có thể giảm ùn tắc và cải thiện hiệu quả giao thông tổng thể.
  • Tối ưu hóa bãi đậu xe: Bản sao số tích hợp dữ liệu về tình trạng chỗ đậu xe và tình trạng sử dụng. Thông tin này giúp chính quyền thành phố hướng dẫn người lái xe đến các chỗ đỗ xe còn trống và giảm thời gian tìm kiếm chỗ đỗ xe, từ đó giảm ùn tắc giao thông và cải thiện khả năng tiếp cận đô thị.
  • Cải tiến giao thông công cộng: Bằng cách phân tích dữ liệu thời gian thực về việc sử dụng giao thông công cộng, bản sao số hỗ trợ tối ưu hóa các tuyến xe buýt và tàu điện ngầm. Thành phố có thể điều chỉnh lịch trình, phân bổ nguồn lực hiệu quả hơn và cung cấp thông tin di chuyển chính xác cho hành khách theo thời gian thực, cải thiện độ tin cậy và sức hấp dẫn của giao thông công cộng.
  • Lập kế hoạch và mô phỏng di chuyển: Bản sao kỹ thuật số đóng vai trò là công cụ hữu ích cho các nhà quy hoạch đô thị để mô phỏng và đánh giá các kịch bản di chuyển khác nhau. Họ có thể đánh giá tác động của các thay đổi cơ sở hạ tầng được đề xuất hoặc các can thiệp chính sách trước khi triển khai, đảm bảo việc ra quyết định hiệu quả và sáng suốt hơn.

Trường hợp Singapore – Bản sao số Vizzio

Tại Châu Á, Công ty VIZZIO Technologies có trụ sở tại Singapore đã “nhân bản” toàn bộ Singapore để tạo ra Bản sao số lớn nhất thế giới; mô hình tỷ lệ 1:1 của Singapore được chia thành các diện tích 1 mét vuông, tổng cộng là 728.000.000 m2. Trong một phần của nỗ lực này, Singapore đã triển khai một hệ thống Di chuyển thông minh toàn diện tận dụng tối đa Bản sao kỹ thuật số để tối ưu hóa giao thông và cải thiện khả năng di chuyển trong đô thị.

Với mạng lưới cảm biến, camera và thiết bị IoT rộng khắp được triển khai trên khắp thành phố, Singapore thu thập dữ liệu thời gian thực về tình trạng giao thông, việc sử dụng phương tiện giao thông công cộng và nhiều khía cạnh di chuyển khác. Dữ liệu này được đưa vào một Bản sao số - một bản sao ảo của hệ thống giao thông thành phố, để giám sát và phân tích chính xác. Bản sao số này được tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau và áp dụng các thuật toán phân tích nâng cao cùng thuật toán AI để thu thập thông tin chi tiết và hỗ trợ ra quyết định thông minh. Trường hợp sử dụng này được triển khai như sau:

• • Quản lý giao thông động: Bản sao số liên tục theo dõi tình trạng giao thông, bao gồm mức độ tắc nghẽn, mô hình lưu lượng và sự cố. Phân tích dữ liệu này theo thời gian thực, cơ quan quản lý giao thông Singapore có thể điều chỉnh tín hiệu giao thông, quản lý làn đường và tối ưu hóa năng lực đường bộ để cải thiện lưu lượng giao thông và giảm ùn tắc. Chính điều này giúp cải thiện lưu lượng giao thông và giảm tắc nghẽn, dẫn đến thời gian di chuyển ngắn hơn, tăng khả năng dự đoán và tăng cường khả năng di chuyển tổng thể cho cư dân và du khách
  • Giao thông công cộng tích hợp: Bản sao số tích hợp dữ liệu thời gian thực từ xe buýt, tàu hỏa và các phương tiện giao thông công cộng khác. Điều này cho phép điều phối lịch trình liền mạch, lập kế hoạch tuyến đường tối ưu và phân bổ nguồn lực hiệu quả. Hành khách có thể truy cập thông tin thời gian thực, chẳng hạn như thời gian đến và gián đoạn dịch vụ, thông qua ứng dụng di động, mang lại trải nghiệm giao thông công cộng mượt mà và đáng tin cậy hơn. Điều này giúp tăng cường sử dụng phương tiện giao thông công cộng do độ tin cậy được cải thiện, thông tin thời gian thực và sự tích hợp liền mạch các phương thức khác nhau, dẫn đến sự chuyển đổi phương thức sang các lựa chọn giao thông bền vững.
  • Lập kế hoạch chuyến đi đa phương thức: Tận dụng Bản sao số, Singapore cung cấp một nền tảng lập kế hoạch chuyến đi đa phương thức toàn diện. Người dùng có thể truy cập các ứng dụng di động hoặc trang web tích hợp dữ liệu thời gian thực từ nhiều phương thức giao thông khác nhau, bao gồm giao thông công cộng, đi chung xe, chia sẻ xe đạp và đi bộ. Bản sao số phân tích dữ liệu này để đề xuất các tuyến đường hiệu quả và bền vững nhất dựa trên sở thích cá nhân và điều kiện thời gian thực.
  • Bảo trì dự đoán và an toàn: Bản sao số cho phép bảo trì dự đoán cho cơ sở hạ tầng giao thông, chẳng hạn như cầu và đường hầm, bằng cách phân tích dữ liệu cảm biến và xác định các vấn đề tiềm ẩn trước khi chúng xảy ra. Cách tiếp cận chủ động này giúp phát hiện sự cố và bảo trì dự đoán; ngăn ngừa gián đoạn và đảm bảo giao thông an toàn và đáng tin cậy cho người đi làm. Giảm thiểu nguy cơ tai nạn và gián đoạn giao thông.

Việt Nam hiện nay, việc áp dụng Bản sao số  tại các thành phố vẫn đang ở giai đoạn sơ khai, chủ yếu tập trung vào các sáng kiến, thí điểm tại một số thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Huế…. nhằm hỗ trợ xây dựng Thành phố thông minh.

Một trong những trụ cột trọng tâm của thành phố thông minh là Di chuyển thông minh, Bản sao số có thể xây dựng, mô phỏng các mô hình, tình huống và các kịch bản quản trị để nâng cao khả năng quản lý, tối ưu hóa các nguồn lưc, giảm thiểu các vấn đề di chuyển của đô thị và nâng cao môi trường sống đô thị của người dân.

Người thực hiện

Lê Việt Hưng

Phòng Dịch vụ số - Cục Chuyển đổi số quốc gia

Tài liệu tham khảo:

1. https://datasmart.hks.harvard.edu/concept-practice-digital-twins-city-twins

2. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S221067072500232X

3. https://www.researchgate.net/publication/392872468_Smart_City_Digital_Twin_A_System-of-Systems_Approach

4. https://www.linkedin.com/pulse/vietnam-process-digital-twin-market-trends-growth-key-highlights-76xqc

5. https://www.abeam.com/vn/en/insights/102