Ein Urbaner Digitaler Zwilling (UDZ), auch Urban Digital Twin genannt, ist ein digitales Abbild der realen Welt. Dabei wird meist ein Bundesland, eine Stadt oder eine Kommune in einem Modell dargestellt. Dieses Modell soll Prozesse im urbanen Raum abbilden, regulieren oder simulieren können. Da Städte, Bundesländer oder Kommunen äußerst komplexe Systeme sind, ist eine vollständige virtuelle Nachbildung unmöglich. Ein urbaner digitaler Zwilling stellt daher stets eine dynamische, virtuelle Abbildung eines Teilsystems eines urbanen Raums dar. So können für dieselbe Stadt mehrere digitale Zwillinge existieren, die sich in ihrem Anwendungsfall, ihren Funktionen und den zugrunde liegenden Daten unterscheiden.
Im LVermGeo SH beschäftigen wir uns abteilungsübergreifend mit der Thematik der Urbanen Digitalen Zwillinge. Für die Zukunft planen wir, eigene digitale Zwillinge für verschiedene Anwendungsfälle in Schleswig-Holstein zu entwickeln. Doch woraus besteht ein Digitaler Zwilling überhaupt?
Grundsätzlich unterscheiden sich UDZ je nach vorhandener Geobasisinfrastruktur und dem jeweiligen Anwendungsfall deutlich in ihren Komponenten. Grundlage sind häufig offene urbane Datenplattformen, über die die Datenintegration erfolgt. Diese Plattformen sollten interoperabel, erweiterbar und skalierbar sein und bieten oft Funktionen zur Nutzerverwaltung und Datenvisualisierung. Je nach Anwendungsfall können sie um verschiedene Funktionen ergänzt werden. Werden Echtzeitdaten benötigt, können diese über Internet-of-Things-Systeme (IoT-Systeme) eingebunden werden. Beispiele hierfür sind Kameras zur Verkehrsüberwachung und Ampelschaltungsoptimierung, Sensoren zur Luftqualitätsmessung an Hauptverkehrsachsen – um bei erhöhten Werten den Verkehr gegebenenfalls umzuleiten – oder Straßenlaternen mit Bewegungsmeldern. Solche IoT-Systeme erweitern die Einsatzmöglichkeiten und Funktionen digitaler Zwillinge im urbanen Raum erheblich.
Die DIN SPEC 91607 „Digitaler Zwilling für Städte und Kommunen“ beschreibt vier Reifegrade eines digitalen Zwillings:
Erster Reifegrad: Der UDZ schafft ein Abbild der Realität und generiert Wissen. Hier sind Visualisierungen möglich, Daten werden berechnet, komplexe Simulationen durchgeführt sowie Daten gespeichert und verwaltet.
Zweiter Reifegrad: Der Digitale Zwilling unterstützt faktenbasierte Entscheidungsprozesse, indem er Ergebnisse dokumentiert, Erkenntnisse bewertet und datengestützte Beschlussvorlagen erstellt.
Dritter und vierter Reifegrad: Hier liegt der Fokus auf der Interaktion zwischen dem UDZ und der physischen Realität. Während in der dritten Stufe Steuerungs- und Regelungsaufgaben noch manuell erfolgen, kann der UDZ in der vierten Stufe diese Aufgaben eigenständig übernehmen. Dabei findet ein kontinuierlicher Austausch statt: Daten aus der realen kommunalen Welt fließen in die virtuelle Abbildung (die digitale Lebenswelt), werden dort verarbeitet und analysiert, und Steuerungsbefehle werden zurück an die reale Welt gesendet. Dieser fortlaufende Prozess, bei dem reale und virtuelle Welt sich gegenseitig beeinflussen und anpassen, wird als „Kreislauf“ zwischen virtueller Lebenswelt und kommunaler Realität bezeichnet.