Digitale Zwillinge revolutionieren, wie wir unsere physische Welt verstehen und gestalten. Geoinformationssysteme (GIS) sind dabei die technische Grundlage, um diese digitalen Abbilder präzise und dynamisch zu erstellen, darzustellen und zu bearbeiten, während Künstliche Intelligenz die Potenziale der Digitalen Zwillinge erweitert.
Die digitale Transformation verändert die Art und Weise, wie wir unsere Umwelt verstehen und gestalten. Geoinformationssysteme (GIS) sind dabei das Herzstück dieser Veränderung, denn sie ermöglichen aufgrund der vielfältigen Daten, die mit ihnen verarbeitet werden können, eine umfassende Abbildung und Analyse der physischen Welt in Digitalen Zwillingen. Diese digitalen Abbilder der Realität sind der Schlüssel für nachhaltige Lösungen in Bereichen wie Stadtplanung, Bau, Umweltmanagement und Mobilität.
Die technologische Evolution von Digital Twins
Digitale Zwillinge haben sich in den letzten Jahren von statischen Repräsentationen zu vielfältigen, dynamischen und intelligenten Systemen entwickelt. Die Basis dafür bildet eine robuste Enterprise-IT-Struktur, die durch GIS unterstützt wird.
Diese zugrunde liegende Enterprise-IT ermöglicht es mithilfe von GIS, räumliche Daten in Echtzeit zu verarbeiten und die physische Welt immer aktueller und präziser abzubilden. Geobasisdaten dienen dabei als “Single Source of Truth” im Rahmen einer starken Enterprise-IT und bilden zusammen das Fundament für Digitale Zwillinge.
Durch die stetige technische Weiterentwicklung von Geoinformationssystemen haben sich auch die Digitalen Zwillinge in den letzten Jahren von einfachen, statischen Darstellungen zu dynamischen, interaktiven Modellen weiterentwickelt.
Der Digitale Zwilling vereint vielfältige Datenlayer zu einem Gesamtmodell.
Diese Evolution ist durch vier wesentliche Stufen gekennzeichnet:
- Stufe 1: Statische Modelle – Digitale Abbilder, die auf historischen Daten basieren und diese modellieren.
- Stufe 2: Dynamische Modelle – Die Integration von Echtzeitdaten in diese Modelle ermöglicht eine aktuelle Spiegelung der Realität.
- Stufe 3: Prädiktive Modelle – Durch die tiefgehende Analyse historischer Daten lassen sich Vorhersagen über zukünftige Ereignisse treffen.
- Stufe 4: Autonome Modelle – KI-gestützte Systeme erkennen Muster und treffen eigenständig Entscheidungen, um Prozesse zu optimieren.
Übrigens: Moderne GIS-Plattformen wie ArcGIS bieten flexible Anpassungsmöglichkeiten durch APIs und SDKs sowie die Interoperabilität mit verschiedenen Standards und Open-Source-Technologien. Sie sind sowohl On-Prem, cloud-native als auch im traditionellen Software-Deployment verfügbar. So entsteht ein offenes, erweiterbares System, das den vielfältigen Anforderungen der heutigen digitalen Welt gerecht wird.
Mithilfe von Kollaboration zu robusten Digitalen Zwillingen
Nur durch die Kombination von Ideen und Kräften in bereichs- und abteilungsübergreifender Zusammenarbeit können wirklich tiefgreifende Analysen mit hoher Aussagekraft erschaffen werden. Auf Basis der vorhandenen umfangreichen Geobasisdaten und unterstützt durch ein leistungsfähiges Enterprise-IT System, werden so ganz unterschiedliche Stakeholder miteinander zusammenarbeiten. Im Ergebnis entstehen somit Digitale Zwillinge die auf unterschiedlichste Fragestellungen und Bedürfnisse Antworten bieten.
Datenmanagement als Säule des Erfolgs
Dies führt zum nächsten Punkt, einer Säule des nachhaltigen Erfolgs von Digitalen Zwillingen: Das Datenmanagement. Das Datenmanagement spielt in allen technologischen Stufen eine zentrale Rolle und ist eine dauerhafte Aufgabe die für den Aufbau und Betrieb von nachhaltigen Digitalen Zwillingen von Beginn an mitgedacht werden muss. Die riesigen Mengen an Sensordaten, die in Echtzeit erfasst werden, müssen zeitnah aggregiert, verarbeitet und in einen räumlichen Kontext gebracht werden. Hier spielen geographische Informationssysteme wie ArcGIS ihre Stärken aus: Sie die Kombination verschiedenster Quellen räumlicher und nichträumlicher Daten und schaffen so die Grundlage für wertvolle Analysen.
Doch die Daten müssen nicht nur gesammelt, sondern auch kontinuierlich aktualisiert werden. Ein erfolgreicher Digitaler Zwilling lebt von der Dynamik seiner Daten. Nur wenn diese regelmäßig auf dem neuesten Stand gehalten werden, können fundierte Entscheidungen getroffen werden – sei es in der Stadtplanung, der Verkehrssteuerung oder beim Umweltschutz.
Fachanwendungen sind die maßgeschneiderten Tore in die Welt der Digitalen Zwillinge
GIS fungiert somit als Single-Source-of-Truth, indem es Enterprise-IT mit Geobasisdaten kombiniert und das Datenmanagement vereinfacht. Doch auch der Zugriff und die zielgenaue Bearbeitung durch unterschiedliche Stakeholder müssen gesichert sein. Hierzu bieten sich die Fach-Applikationen an. Diese können auf der gemeinsamen Datenbasis die notwendigen Geodaten spezifisch bereitstellen und bearbeitbar machen.
Individuelle Fach-Applikationen ermöglichen es, mit Geodaten für spezifische Szenarien zu arbeiten und diese z.B. auch zielführend zu visualisieren. Ein Beispiel sind Desktop-Apps, welche die Fachplanungen zuverlässig unterstützen, indem sie 3D-Modelle bereitstellen. Oder einfache und intuitive mobile Apps, die eine schnelle Datenerfassung erlauben, etwa im Außendienst. Ansprechend gestaltete und verständliche Web-Apps fördern die Bürgerbeteiligung und schaffen durch kartenbasierte Visualisierungen in StoryMaps oder Dashboards Transparenz. So nimmt ein Digitaler Zwilling verschiedenste Formen an und hilft so die unterschiedlichsten Bedürfnisse zu bedienen.
Echtzeitdaten und prädiktive Analysen – Die nächste Stufe der Digitalisierung
Unsere Welt verändert sich ständig, und Digitale Zwillinge müssen in der Lage sein, diese Dynamik abzubilden. Echtzeitdaten spielen dabei eine entscheidende Rolle. Sie ermöglichen es, aktuelle Trends in den Daten zu erfassen und in räumliche Analysen einzubinden. Durch die Verknüpfung von Sensordaten mit räumlichen Informationen entstehen völlig neue Einblicke, die sowohl in der Krisenbewältigung als auch im täglichen Leben von Nutzen sind.
Besonders spannend ist die Möglichkeit, historische Daten zu analysieren und mit Echtzeitdaten zu kombinieren, um so aktuelle Muster und Trends zu erkennen. Diese prädiktiven Analysen können dabei helfen, zukünftige Ereignisse wie Naturkatastrophen oder Verkehrsspitzen vorherzusehen und rechtzeitig Maßnahmen zu ergreifen. So wird aus einem passiven Abbild der Realität ein aktives System, das uns hilft, proaktiv zu handeln.
Künstliche Intelligenz und GIS – Eine Symbiose für die Zukunft
Mit der Integration von Künstlicher Intelligenz (KI) in GIS-Systeme eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten. KI-Algorithmen, speziell im Bereich des Machine Learnings, können riesige Datenmengen automatisch analysieren, klassifizieren und auf Basis dessen Vorhersagen treffen. Besonders interessant ist der Bereich des Deep Learnings, der es ermöglicht, unstrukturierte Daten wie Luftbilder oder Videos effizient auszuwerten.
Beispielsweise können durch KI:
- Luftbilder automatisch analysiert werden, um Objekte wie Straßen, Fahrzeuge oder Gebäude zu klassifizieren.
- 3D-Punktwolken schnell verarbeitet werden, um detaillierte digitale Modelle zu erstellen.
- Prädiktive Analysen auf Basis historischer Daten durchgeführt werden, um Ereignisse wie Naturkatastrophen oder Verkehrsstörungen vorherzusagen.
Transparenz und Partizipation durch offene Umwelt-Zwillinge
Ein weiterer entscheidender Vorteil Digitaler Zwillinge liegt in ihrer Offenheit und Transparenz. Offene Umwelt-Zwillinge ermöglichen es beispielsweise, Daten und Modelle zu relevanten Umweltindikatoren wie Temperatur, Sonneneinstrahlung oder Regenmenge öffentlich zugänglich zu machen. Dies fördert nicht nur das Vertrauen in die Datenqualität, sondern auch die Überprüfbarkeit von Modellen und Prognosen. Gerade im Bereich der Umweltforschung ist diese Transparenz unerlässlich, um interdisziplinäre Zusammenarbeit zu fördern und innovative Lösungen zu entwickeln.
Die Möglichkeit, die Öffentlichkeit in die Gestaltung und Überwachung von Umweltthemen einzubeziehen, trägt zudem dazu bei, das Umweltbewusstsein in der Gesellschaft zu stärken. Bürgerinnen und Bürger können sich aktiv an der Überwachung und Analyse von Umweltveränderungen beteiligen und so zu einer nachhaltigeren Welt beitragen.
Fazit
GIS und Digitale Zwillinge sind zentrale Bausteine der digitalen Transformation. Sie ermöglichen es, die physische Welt im digitalen Raum und in Echtzeit abzubilden und bieten so die Grundlage für nachhaltige und fundierte Entscheidungen. Durch die Integration von Künstlicher Intelligenz werden diese Systeme in Zukunft noch leistungsfähiger und bieten neue Möglichkeiten für die Analyse und Vorhersage. Offene Digitale Zwillinge fördern zudem Transparenz und Partizipation und tragen dazu bei, das Umweltbewusstsein in der Gesellschaft zu stärken.
Die Zukunft der Digitalen Zwillinge liegt in der Kombination von regelmäßig aktualisierten Geobasisdaten, angereichert mit Daten aus unterschiedlichsten Quellen u.a. Echtzeitdaten, prädiktiven Analysen und KI-gestützten Systemen. Nur so können wir die komplexen Herausforderungen unserer Zeit bewältigen und eine nachhaltige Zukunft gestalten.
