Hur Singapore skapade den första digitala tvillingen i landet


Nyligen avslutade Singapore arbetet med vÀrldens första digitala tvilling av en hel nation. Bentley Systems verktyg pÄskyndade processen att omvandla rÄ GIS-, lidar- och bilddata till verklighetsnÀt, byggnads- och transportmodeller för landet.

“Vi förestĂ€llde oss att dessa byggstenar kommer att vara en del av byggandet av metaversen med början med 3D-kartlĂ€ggning och digitala tvillingar,” berĂ€ttade Hui Ying Teo, senior lantmĂ€tare vid Singapore Land Authority, till VentureBeat.

Hon sÀger att hon tÀnker pÄ digitala tvillingar som en replikering av den verkliga vÀrlden genom intensiv digitalisering och digitalisering. De Àr avgörande för hÄllbar, motstÄndskraftig och smart utveckling. Hennes team har utvecklat ett ramverk som möjliggör en enda kÀlla till sanning över flera digitala tvillingar som speglar olika aspekter av vÀrlden och anvÀndningsfall.

Singapore Àr en önation och stigande havsnivÄer Àr ett stort problem. En integrerad digital tvillinginfrastruktur hjÀlper redan Singapore att svara pÄ olika utmaningar som klimatförÀndringarnas effekter. En enda, exakt, pÄlitlig och konsekvent terrÀngmodell stödjer den nationella vattenmyndighetens resursförvaltning, planering och kustskyddsinsatser.

De digitala tvillingsatsningarna hjÀlper ocksÄ till i utbyggnaden av förnybar energi. En integrerad kÀlla för byggnadsmodelldata hjÀlpte till att skapa en solcellsfÀrdplan för att uppfylla regeringens Ätagande att distribuera tvÄ gigawatts topp (GWp) solenergi till 2030.

FrÄn kartlÀggning till vÀnortsverksamhet

En stor skillnad mellan en digital tvilling och en karta Ă€r att en digital tvilling stĂ€ndigt kan uppdateras som svar pĂ„ ny data. En sofistikerad datahanteringsplattform krĂ€vs för att hjĂ€lpa till att uppdatera data som samlats in av olika processer för att representera stadens separata men sammanlĂ€nkade digitala tvillingar. “För att uppnĂ„ den fulla potentialen bör en digital tvilling representera inte bara det fysiska utrymmet utan ocksĂ„ det juridiska utrymmet (matrikelkartor över Ă€ganderĂ€tter) och designutrymmet (planeringsmodeller som BIM),” sa Teo.

Stads- och nationella regeringar undersöker olika strategier för att omvandla enskilda geografiska, infrastruktur- och Àgarregisterdatasilos till enhetliga digitala tvillingar. Detta Àr ingen lÀtt uppgift eftersom det finns betydande skillnader mellan hur data samlas in, de filformat som anvÀnds och underliggande datakvalitet och noggrannhet. Dessutom mÄste regeringar skapa dessa kartor pÄ ett sÀtt som respekterar medborgarnas integritet, konfidentialitet för företagsdata IP och sÀkerheten för underliggande data.

Till exempel speglar datakÀllor som matrikelundersökningar grÀnserna för ÀganderÀtter över fastighets-, mineral- och markanvÀndningsdomÀner. Skadliga eller oavsiktliga Àndringar av dessa register kan Àventyra integritet, konkurrensfördelar eller ÀganderÀttigheter.

Singapore Àr vÀrldens nÀst mest tÀtbefolkade nation, vilket leder till betydande utveckling av vertikala byggnader och infrastruktur. Traditionella kartlÀggningsmetoder fokuserade pÄ 2D-geografi. Efter att en stor översvÀmning ödelade landet 2011, lanserade regeringen ett ambitiöst 3D-kartprogram för att kartlÀgga hela landet med hjÀlp av snabbfÄngstteknik, vilket ledde till den första 3D-kartan 2014. Den hÀr kartan hjÀlpte olika statliga myndigheter att förbÀttra policyutformning, planering och verksamhet och riskhantering.

Men kartan blev förÄldrad. SÄ 2019 lanserade SLA ett andra försök att upptÀcka förÀndringar över tid och uppdatera den ursprungliga kartan med förbÀttrad noggrannhet för att Äterspegla landets dynamiska stadsutveckling. Projektet kombinerade flygkartlÀggning av hela landet och mobil gatukartering av alla allmÀnna vÀgar i Singapore.

FÄnga en gÄng, anvÀnd av mÄnga

Tidigare skulle varje statlig myndighet genomföra sin egen topografiska undersökning för att förbĂ€ttra planeringsbeslut. “Dubbletter var inte ovanliga pĂ„ grund av olika utvecklingstidslinjer,” sa Teo.

Partnerskapet med Bentley hjĂ€lpte SLA att implementera en strategi för att “fĂ„nga en gĂ„ng, anvĂ€nda av mĂ„nga.” Denna strategi maximerade tillgĂ€ngligheten till kartan genom att göra den tillgĂ€nglig som en nationell 3D-karta med öppen kĂ€llkod för projekt bland statliga myndigheter, myndigheter och konsulter. SĂ„ smĂ„ningom hoppas de kunna förbĂ€ttra 3D-kartan för att stödja 4D för att karakterisera förĂ€ndringar över tid.

De kombinerar lidar och automatiserade bildtagningstekniker för att kartlÀgga nationen snabbt. Den nya snabba fÄngstprocessen bidrog till att minska kostnaderna frÄn 35 till 6 miljoner SGD och tiden frÄn tvÄ Är till endast Ätta mÄnader.

SLA:n tog över 160 000 högupplösta flygbilder under fyrtioen dagar. Bentleys ContextCapture-verktyg arbetade för att förvandla dessa till ett 0,1 meter exakt rikstÀckande 3D-verklighetsnÀt. De anvÀnde ocksÄ Bentleys Orbit 3DM-verktyg för att omvandla mer Àn tjugofem terabyte lokal gatudata till den digitala tvillingen.

Teamet standardiserade pÄ ett par filformat för olika aspekter av data. LAS och LAZ anvÀnds för punktmolndata. GeoTIFF anvÀnds för att anpassa bilder med fysiska utrymmen. CityGML lÀgger till stöd för vektormodeller och ytor.

Att balansera öppenhet och trygghet

Teo sa att det Ă€r viktigt att hitta en lĂ€mplig balans mellan öppen data och sĂ€kerhet. Öppna data gör det möjligt för anvĂ€ndare att anvĂ€nda lĂ€mpliga verktyg för att möta deras organisations behov, oavsett applikationer. Denna öppenhet behövde dock vĂ€gas mot sĂ€kerhets- och integritetshĂ€nsyn. De var tvungna att sĂ€kerstĂ€lla att rĂ„data kunde behandlas sĂ€kert och göras tillgĂ€ngliga för myndigheter, företag och medborgare med lĂ€mpliga integritetsskydd.

Alla teammedlemmar genomgick sÀkerhetskontroller och data bearbetades i en sÀker, kontrollerad miljö. Dessutom anvÀndes olika sensibiliserings- och anonymiseringstekniker för att skydda konfidentialitet. Detta gjorde det möjligt för dem att dela data mer brett mellan byrÄer som Àr involverade i planering, riskhantering, drift och policy utan att pÄverka nÄgons datarÀttigheter.

Databehandlingen slutfördes i en kontrollerad miljö – vilket innebĂ€r att den var isolerad frĂ„n omvĂ€rlden utan nĂ€tverksĂ„tkomst. Detta hĂ€mmade vissa processer, som att fĂ„ teknisk support nĂ€r de stötte pĂ„ ett problem. “Men, en balans mĂ„ste hittas mellan tid och sĂ€kerhet för en sĂ„dan nationsskala av kartlĂ€ggning,” sade Teo.

VentureBeats uppdrag ska vara ett digitalt stadstorg för tekniska beslutsfattare att fÄ kunskap om transformativ företagsteknologi och handla. LÀs mer om medlemskap.