Model u sjeni blizanca

Inženjeri sve češće spominju i koriste tehniku digitalnog blizanca u kontekstu prometnih pitanja. 

Za rođenje pojma digitalni blizanac opće prihvaćeni datum je 2002. godina. Posljednjih godina sveopća dostupnost senzorike i HW/SW rješenja za podržavanje svega i svačega (podatci, strojno učenje, virtualna i proširena stvarnost, …) dala je ovom pristupu veliki zamah i polako ga stavlja u žižu inženjerskog interesa. Motiv za temu je došao od mojeg dobrog kolege i prijatelja Matije koji me zamolio nešto iz područja prometa što predstavlja paradigmu digitalnog blizanca. Obzirom na opće (ne)stanje ITS rješenja, odnosno IKT (eng. ICT) u hrvatskom prometnom prostoru, moj odgovor je prvotno bio negativan, ali nakon par minuta razgovora shvatio sam da ipak nisam u tom području sasvim "zelen". Imam neka (ne)posredna (skromna) profesionalna iskustva s digitalnim "polublizancima". 

Glede definicije, meni je najdraža ova, čista, jasna i jezgrovita: digitalni blizanac predstavlja virtualni prikaz stvarnog fizičkog objekta unutar virtualne stvarnosti. Moramo imati nešto fizičko (prostor, prometnice, sudionike u prometu unutar i/ili izvan brojnih vrsta i tipova prometala), o tome fizičkom dovoljno (jako puno) podataka da bi ih mogli staviti u virtualno (računalno) okruženje. Podatke o prometnoj infrastrukturi te uređajima i opremi u prometu je lako prikupiti, sistematizirati, kodirati i virtualizirati. Puno teže, da ne kažem – jako teško, je prikupiti i u virtualnom (računalnom) prostoru opisati kretanja svih sudionika u prometu. Uzimo na primjer samo motorna vozila. Njihove brojne karakteristike, od gabarita do različitih parametara ubrzanja i usporenja, možemo sistematizirati u desetak ili manje grupa, ali onda im moramo asignirati vozače kojih ima četiri osnovne grupe: od flegmatika do (najopasnijih) kolerika, a unutar tih grupa različite "nijanse". Zato je teško stvoriti virtualnu stvarnost koja zaista predstavlja ("oponaša") neki realitet sudionika u prometnu (populacije), prostora i vremena. Naravno, utrošak vremena i novaca za stvaranje virtualne stvarnosti nekoliko je (desetaka) tisuća puta je sigurnije, učinkovitije i jeftinije od "eksperimentiranja" u stvarnom prostoru i vremenu. 

Internet je već prenatrpan različitim rješenjima i "rješenjima", ali kad se malo pročeprkaju relevantni izvori izdvaja se šest područja primjene: (1) simulacija, (2) predviđanje, prognoza, (3) održavanje, (4) vizualizacija složenog rješenja, (5) analiza budućeg proizvoda i (6) interoperabilnost imovine (asset interoperability). Za promet u procesnom smislu (populacija, prostor, vrijeme) prvih pet područja je izravno primjenjivo, dok je šesto s motrišta prometa, odnosno prometne infrastrukture dominantno posao građevinske, strojarske, elektrotehničke i/ili informatičke struke.

Nadalje, imamo četiri različita tipa digitalnog blizanca. Prvi je komponentni blizanac (component twins) i odnosi se na dio neke cjeline. Kao primjer se obično navodi motor vozila koji se može promatrati kao cjelina (dio vozila) ili neka komponenta motora (senzor, prekidač, kritični dijelovi kod motora s unutarnjim izgaranjem). Drugi je blizanac imovine (asset twins), digitalni model neke tvorevine (zgrada, stroj, vozilo, …) čijim se praćenjem preveniraju kvarovi ili neke druge pojave zbog kojih bi došlo do gubitaka. Sustavski blizanac (system twins) je već malo (puno) složenija priča o nekom procesu u nekom prostoru i to je razina za prometne probleme (izazove); analiza različitih scenarija i uvjeta, od prometne potražnje do vremenskih uvjeta koji (ne)povoljno utječu na prometni proces. Četvrti ima dva naziva: blizanac poduzeća (enterprise twin) ili procesni blizanac (process twin); ime upućuje da se radi o digitalnom opisu svega, baš svega. Zasigurno najupečatljiviji primjer na Internetu je kineski grad Shanghai (26 milijuna stanovnika, 6.340 km2) koji je sav prebačen u virtualnu stvarnost. 

Svaka nova stvar, bez obzira koliko dobra bila i koliko novog i dobrog donosila, mora biti komplicirana i složena jer, Bože moj, bez toga ne bi bila zanimljiva. Zato više nije dostatan pojam digitalni blizanac jer je znanstvenostručna zajednica uspjela u usitnjavanu i kompliciranju. Ako između fizičkog objekta i virtualnog prikaza ne postoji automatizirana izmjena podataka/informacija onda govorimo o digitalnom modelu. Ako smo postigli da informacije digitalnog modela automatski putuju prema fizičkom modelu u svrsi upravljanja, unaprjeđivanja, prilagođavanja i dr., onda govorimo o digitalnoj sjeni (digital shadow). Potpuna automatizacija međusobnog tijeka informacija između fizičkog i digitalnog modela zaslužuje epitet digitalnog blizanca. U digitalnim modelima imam (skromna) iskustva koja ću opisati, za digitalnu sjenu najbolji primjer je praćenje parametara bolida Formule-1 (momčadi smiju pratiti sve parametre tijekom utrke, ali glavne intervencije na bolidu su tek poslije utrke kroz rad mehaničara), dok je primjer digitalnog blizanca spomenuti Shanghai.

[https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/31/Data_Flow_Digital_Model%2C_Digital_Shadow%2C_Digital_Twin.png ]

Prvi profesionalni susret s nečim što bi se moglo podvesti pod pojam digitalnog blizanca bila je analiza bočnog cestarinskog prolaza na autocesti 2008. godine. Nešto terenskog rada, puno podataka i dobili smo vjerodostojnu (kalibriranu) simulaciju rada – dobar opis postojećeg stanja. Lijevi grafikon pokazuje da nema prevelikih vremenskih gubitaka prilikom prolaska naplate, a desni da postoje sporadični (slučajni) procesi kada malo "zapne": plaćanje krupnim novčanicama, padne karta ili potvrda o naplati na cestu i sl..

Ako bi se desilo znatnije povećanje prometne potražnje (što se i trebalo desiti), uz isti način rada – jedno naplatno mjesto, došlo bi do problema i to povelikih. Povećani rep čekanja kumulirao bi vrijeme do dolaska na naplatu, pa bi čekanje na posluživanje otišlo "u visine". Recimo da to nije problem – svi čekamo u prometu, ali problem je što je to vrijeme čekanja upućivalo na vjerojatno protezanje repa čekanja na autocestu, a to je već jako opasno. 

Za bolje shvaćanje i prihvaćanje ozbiljnosti problema napravili smo nešto što se danas naziva digitalni model – najjednostavniji model digitalnog blizanca. Tada smo to zvali foto-realistična simulacija. Model je jasno upućivao i objašnjavao razliku između postojećeg stanja i novog stanja ako se ne promijeni rad cestarinskog prolaza. Lijeva slika pokazuje sredinu vremenskog intervala simulacije u novom stanju s jednim naplatnim mjestom s repom čekanja već na rampama čvora, a desna slika pokazuje dobro stanje u slučaju rada dva kanala posluživanja. Jasno, shvatljivo i (ne)prihvatljivo svima tko na bilo koji način odlučuju u području prometne tehnike i/ili politike.

Ovakav simulacijski model ima sve karakteristike razine digitalnog modela, odnosno najniže razine digitalnog blizanca: stvarni fizički objekti (čvor, naplata, vozila) i vremenske odrednice (dinamika prometnog procesa) prebačeni su u virtualni prostor i vrijeme. Stvarni (fizički) svijet ručno smo transferirali u virtualni svijet, a rješenje digitalnog objekta se moglo prenijeti (iako nije bilo potrebe) u bočni cestarinski prolaz jedino putem informacije od strane čovjeka. Danas je ENC sveprisutan, a taj moment se "jednim potezom" (broj i vremenska distribucija vozila s ENC-om, problemi s očitanjem uređaja i dr.) ugradi u ovakav digitalni model, dok bi običan simulacijski model (opisan grafovima) trebalo dosta "pretumbati"; nije nemoguće (dapače), ali treba dosta posla, a prezentacija putem grafova bi opet bila nekima ili svima (ne)shvatljiva.

U Hrvatskoj smo takve stvari 2008. godine nazivali simulacije (foto-realistične simulacije), a s današnje točke gledišta radilo se o najnižoj razini digitalnog blizanca – digitalnom modelu.

Nedavno je moj prijatelj i kolega Kristijan razvio digitalni model za jedan problem u Zagrebu. Tu već možemo govoriti o pravom digitalnom modelu. Grad Zagreb nudi digitalni model grada koji je Kristijan iskoristio za modeliranje virtualne stvarnosti.

Model je učinkovit i moćan (u pravom smislu te riječi), zatvorio je "stručna" usta i otvorio prostor stručnim promišljanjima (scenarijima i alternativama). Razvili smo još dosta jakih i atraktivnih modela, ali radi se o "živim pričama" i ne smijem ih (još) javno pokazivati.

Čitatelj(ica) će shvatiti naslov teme. U Hrvatskoj već odavno vladamo digitalnim modelima koji mogu odgovoriti na puno prometnih problema; osim opisanog, mi smo se bavili kontejnerskim terminalom, novim tramvajskim koridorom, novom cestovnom infrastrukturom – trasiranjem i prometnom funkcijom ceste u 3D modelu, pješačkim tokovima na zagrebačkom Glavnom kolodvoru, (ne)potrebom novih ili rekonstrukcijom postojećih (auto)cestovnih čvorova, prometnom mrežom i priključenjem novog stambenog naselja, … . Držim da smo vrlo blizu rješenja automatskog prikupljanja dovoljnog broja podataka za stvaranje digitalnih sjena. Za prave (cjelovite) digitalne blizance ćemo se još malo strpjeti. Glede hrvatskih gradova, Zadar i polako Split su najbliži toj priči, Rijeka bi trebala malo (puno) osvježiti svoj sustav, ispričavam se ako sam uvrijedio (neopravdano ispustio) neki drugi hrvatski grad, a za (buduće) dobre priče izvan gradova se može pobrinuti Država kroz distribuiranje podataka iz Nacionalne pristupne točke u realnom vremenu.