Digitální dvojče může mít i celé město
Digitální technické mapy se dnes uplatňují v řadě oborů, v řízení měst a územním plánování, dopravě, zemědělství, geologickém průzkumu, vojenství i ochraně životního prostředí. Softwarovým nástrojem pro práci s mapami a dalšími geografickými informacemi byly tradičně geografické informační systémy (GIS). Moderní systémy, jako jsou digitální technické mapy, přinášejí ovšem oproti starším aplikacím podstatně vyšší funkcionalitu.
Téma digitálních technických map otevřela před několika lety Evropská unie. Dnes pokud potřebujete provádět výkop nebo získat stavební povolení, tak musíte oslovit správce sítí, zda se v daném místě nenachází technická infrastruktura, jako jsou komunikační sítě, vodovody, kanalizace či elektrické vedení. S digitální technickou mapou stačí podat jedinou žádost.
Následující text se zaměří především na roli digitálních technických map pro plánování a řízení měst a dopravy.
Digitální dvojčata je víc než 3D model
Běžné nástroje geografických informačních systémů (GIS) nemají potřebnou úroveň podrobnosti ani schopnost modelovat vztahy. V důsledku toho je lze jen obtížné integrovat s provozními systémy, zajistit práci s daty (např. ze senzorů/IoT, transakčních systémů) v reálném čase a koordinovat logické a fyzické prvky sítě. Proto na jejich místo nastupují digitální technické mapy, které jsou schopny pracovat až na úrovni digitálních dvojčat, tedy plnohodnotné digitální reprezentace městské či dopravní infrastruktury. Ukazuje se tedy, že technologie digitálních dvojčat se může uplatnit nejen pro klasické „předměty“, jako jsou výrobky na lince či automobily, ale i u entit dalších typů.
V případě města představuje digitální dvojče mnohem více než jen statický 3D model, je to skutečná, dynamická digitální reprezentace infrastruktury, budov, silnic a mostů, vegetace a dalších prvků, která je vytvořena pomocí senzorů, dat GIS, prostorových informací a dalších technologií.
Plánování měst pomocí technologie digitálního dvojčete znamená, že ve 3D lze vizualizovat stav celé infrastruktury; když jsou pak do digitálního dvojčete integrována data o inženýrských sítích, je např. zřejmé, kde se nacházejí jednotlivé položky majetku, jako jsou plynové, vodovodní a elektrické vedení a instalace (staré i nové). To umožňuje plánovat potřebné revize nebo jiné aktualizace dříve, než dojde k haváriím.
Fyzické mapy, snímky a informační modely budov jsou jen některé ze zdrojů dat, které přispívají k robustnímu digitálnímu dvojčeti. K lepšímu pochopení a předvídání přírodních událostí, jako jsou záplavy, sesuvy půdy a další, lze využít také meteorologická data v reálném čase a historické údaje a digitální výškové modely.
Bezpečnost i plánování
Propojením fyzického a virtuálního světa dochází k plynulému přenosu dat, což umožňuje, aby virtuální entita existovala současně s entitou fyzickou. Digitální dvojčata poskytují urbanistům komplexní pohled na obce, které spravují, a jsou neocenitelným nástrojem pro představu jejich budoucnosti. Nejenže plánovačům ukazují jejich obce ve 3D, ale také jim umožňují přehrávat scénáře před zavedením změn v reálném světě.
Jakmile jsou zmapována všechna místa budov a infrastruktury, prediktivní analýza může identifikovat potenciální rizika a na místě lze přesněji naplánovat sanaci. Na základě dat proudících do digitálního dvojčete lze naplánovat správné rozmístění senzorů, takže lze zavést včasné detekční výstrahy nebo alarmy pro škodlivých látek v ovzduší, teplotní skoky, neoprávněné pohyby ad.
V lokalitách, jako jsou průmyslové komplexy, stárnoucí budovy, mosty a linky veřejné dopravy, digitální dvojče promění informace v poznatky o bezpečnosti, udržitelnosti, toku a dopadu dopravy, nebo například opodstatněnosti investic. Díky tomu se rozhodnutí začínají řídit daty a plánování je nákladově efektivnější.
V posledních letech už vznikají 2D a 3D digitální dvojčata velkých měst v ultravysokém rozlišení, která zahrnují mj. ortofotomapy ve vysokém rozlišení, šikmé snímky, digitální modely terénu, mračna lidarových bodů, 3D modely budov (LOD2), 3D sítě a mapy využití území.
Mapovací technologie a systémy ATMS v dopravě
Mnoho dopravních organizací využívá pokročilé systémy řízení dopravy (ATMS), které shromažďují, zpracovávají a ukládají dopravní údaje v reálném čase. Systém ATMS integruje technologie a slouží ke zlepšení plynulosti dopravy, snížení dopravních zácp (a tím i znečištění) a zvýšení bezpečnosti. Systémy ATMS zahrnují data z kamer, senzorů a dalších zdrojů. Lze je pokládat za nástupce klasických systémů GIS speciálně v sektoru dopravy.
Digitální mapa představuje i v případě systémů ATMS obvykle jednu ze základních vrstev. Většinu datových aktiv infrastruktury veřejné dopravy je totiž třeba namapovat na podkladovou síť, například železniční trať. Systém musí zahrnout kritická data, jako je umístění tunelů a mostů, a také aktiva, jako jsou výhybky, zastávky, stožáry, sloupy, háky, kabelovody, trolejové vedení a trakční vedení.
Právě železniční obor v úsilí o digitální transformaci dosud zaostává. Železnice nesou tíhu infrastruktury z 19. století a zároveň musí splňovat současné digitální standardy. Boston Consulting Group odhaduje, že by digitalizace mohla snížit provozní náklady provozovatelů železnic nejméně o 15 % a plná digitalizace by mohla zvýšit její kapacitu až o 20 %. Digitalizace plánování a provozu infrastruktury má zásadní význam pro snížení nákladů na údržbu, zlepšení kvality a spolehlivosti služeb, maximalizaci využití aktiv, zlepšení ekologické udržitelnosti a zvýšení příjmů.
Mapovací technologie umožňují zachytit a změřit prostředí trati a zmírnit rozpočtové nároky, které mohou vyžadovat návštěvy na místě, stejně jako manuální proces procházení železničních tratí. Provádějí měření vzdálenosti, přiřazují objekty fyzického světa a opět vytvářejí celá digitální dvojčata tratí a důležitých objektů v jejich okolí ve 3D pomocí vysoce přesného zobrazování a laserových a radarových senzorů.
Transformace železnic
V první fázi digitální transformace železniční dopravy jde především o geoprostorové řešení a přístup k přesným a aktuálním informacím kdekoli a kdykoli. Systém ovšem neslouží pouze jako zdroj informací. Využití 3D, možnosti umělé inteligence a další technologie přesahují rámec jednoduché mapy a vytvářejí dynamické digitální dvojče veškeré železniční infrastruktury a majetku. Spojení všech aktiv, prostorových a dalších dat, která jsou rozptýlena v různých systémech, odděleních a formátech, do integrovaného informačního systému železniční sítě vzniká jednotný a společný provozní obraz.
Díky geoprostorovému systému správy infrastruktury mohou provozovatelé přistupovat k časoprostorovým řídicím panelům a analyzovat, monitorovat a předvídat stav infrastruktury. Využití algoritmů umělé inteligence může pomoci s klasifikací obrazu, extrakcí prvků a prediktivní údržbou, která pomáhá minimalizovat opotřebení kolejnic a kol.
Jednotný provozní obraz železniční sítě s dynamicky aktualizovanými údaji a digitálními dvojčaty je zásadní také pro zvýšení bezpečnosti. Zranitelné a základní prvky, jako jsou výhybky a sloupy, by měly být sledovány a pravidelně kontrolovány a výsledky dokumentovány. To se týká i dalších položek, jako jsou skříně, transformátory a izolátory. Geoprostorový systém umožňuje prediktivní údržbu i odstraňování závad optimalizovat a do značné míry automatizovat.
Správa železnic bude mít digitální technické mapy na platformě Hexagon
Správa železnic jako provozovatel železniční dráhy potřebuje mít dokonale popsanou železniční síť včetně navazujícího okolí. Proto se Správa železnic rozhodla vybudovat informační systém Digitální technické mapy železnic (DTMŽ), aby mohla efektivněji připravovat investice i opravné práce a měla okamžitý přístup k informacím o spravované dopravní a technické infrastruktuře. Současně se tímto připravuje na zapojení do projektu digitální technické mapy ČR (DTM ČR).
Digitální technická mapa ČR (DTM ČR) bude součástí připravovaného národního elektronického systému Portál stavebníka, který by měl začít fungovat od roku 2024. DTM ČR vznikne propojením krajských digitálních technických map a digitálních technických map Správy železnic a Ředitelství silnic a dálnic. Propojení zajišťuje Český úřad zeměměřický a katastrální, který má bohaté zkušenosti z úspěšného vedení katastrální agendy.
„Projektem DTMŽ zdigitalizujeme dosud nezpracovanou část železniční infrastruktury včetně sítí. Veškerá data týkající se technické i dopravní infrastruktury budou k dispozici pro účely územního plánování a stavebních řízení, budou dostupná krajům, obcím i každému stavebníkovi. Od toho si mimo jiné slibujeme zrychlení a zkvalitnění povolování staveb, zejména s vazbou na výstavbu vysokorychlostních tratí,“ vysvětlil Jiří Svoboda, generální ředitel Správy.
Základem projektu Digitální technické mapy železnic (DTMŽ) v celkové hodnotě 1,3 miliardy korun je řešení ISTEM (Informační Systém TEchnické Mapy), což je unikátní agendový a geoprostorový systém vyvinutý společnostmi Ness a Hexagon. V rámci projektu DTMŽ vznikne komplexní systém zahrnující řadu komponent, od úložiště primárních dat přes správu všech geoprostorových dat až po portálové aplikace. Všechny tyto procesy pokrývá právě systém ISTEM, postavený na technologiích Hexagon.
„Ze strany zákazníka jsou s projektem spojeny vysoké nároky a očekávání, které jsou nad rámec standardního řešení digitálních technických map krajů. Úpravy na míru, včetně nového datového modelu, zohledňují specifické požadavky, například i přesnost geodetického měření, které je nutné evidovat v jednotkách milimetrů. Nadstandardní je i počet popisovaných a evidovaných prvků a úroveň detailu jejich popisu,“ uvádí Martin Silvička, generální ředitel Ness Czech, a pokračuje: „Databáze bude obsahovat obrovské množství dat. Veškerá infrastruktura v ní bude zaměřena s vysokou přesností. DTMŽ bude přebírat data ze stávajících systémů Správy železnic.“
Plánované dokončení celého projektu DTMŽ je do konce roku 2025, do konce roku 2027 pak bude pokračovat podpora a rozvoj, přičemž proběhne v několika fázích již během dodávky díla a datových prací. Rozsah implementace projektu je odhadován na 20 tisíc člověkodnů, což zahrnuje i další dodavatele, společnosti Hexagon, TKP Geo, ICZ, HSI, Altepro a Vars. Projekt sestává ze čtyř částí: kompletní infrastruktury, softwaru, datových prací a podpory spolu s rozvojem. Datové práce zahrnují digitalizaci, konsolidaci a harmonizaci veškerých dat, kterými doposud Správa železnic disponuje. Součástí dodávky jsou také 3 datová centra.
„Informační systém DTMŽ bude komplexním systémem pro uložení, správu a sdílení všech typů geografických dat v rámci organizace. Správa železnic díky tomuto projektu naplní nejenom legislativní požadavky v návaznosti na Digitální technickou mapu ČR, ale současně získá GIS platformu pro dlouhodobou správu geografických podkladů ve 2D i 3D, která se může stát pevným základem budoucích agend,“ uvádí Jakub Svatý, Country Manager společnosti Intergraph CS, působící na trhu pod značkou Hexagon.
 |
Milan Smutný Autor článku pracuje jako Senior Project Manager ve společnosti Ness Czech. |
