In nauwe samenwerking bouwden vier partijen – imec, VITO, Cegeka en stad Brugge – de voorbije twee jaar aan een zogenaamde digitale tweeling (of digital twin) van de stad Brugge. Deze digitale representatie van de fysieke leefomgeving, ondersteunt beleidsmakers en stadsmakers in het nemen, opvolgen en communiceren van beslissingen voor hun stad. Op basis van historische en actuele data kunnen ze de toestand en evolutie van hun stad opvolgen, alsook via rekenmodellen de impact van hun beslissingen te laten voorspellen, alvorens ze door te voeren. Op dit moment is dit prototype uitgerust om mobiliteit en luchtkwaliteit in kaart te brengen, alsook hun onderlinge relatie.
“We zetten het prototype al effectief in voor onze dagelijkse werking. We gebruiken de digitale tweeling nu op verschillende plekken in onze organisatie. Ten eerste om een beter beeld te krijgen over de luchtkwaliteit in onze stad. En daarnaast voor het ondersteunen van beleidsmaatregelen rond mobiliteit en hun impact op het openbare domein. Hierbij zetten we de digitale tweeling in als extra instrument bovenop ander studies en manuele tellingen. ” zegt Bram De Vreese, datamanager van de stad Brugge. “De digitale tweeling helpt ons momenteel het meest in onze communicatie naar burgers. Doordat we bepaalde mobiliteitsbeslissingen beter kunnen onderbouwen, objectiveert het dialogen die anders veelal op basis van aannames en buikgevoel gebeurden.”
Bekijk hier de showcase demovideo:
Bouwblokken en functionaliteit
“In de digitale tweeling komen een heel aantal datastromen samen,” legt Stefan Lefever, technisch directeur bij imec, uit. “Voor mobiliteit zijn dat gegevens van de sensoren van het Agentschap Wegen en Verkeer (AWV), van signalisatiebedrijf SignCO en van het Vlaamse burgerinitiatief Telraam. Voor luchtkwaliteit laden we de gegevens in van de sensoren van de Vlaamse Milieumaatschappij (VMM), van de Brugse startup Qweriu, van het wereldwijde burgerinitiatief Sensor.Community (voorheen gekend als Luftdaten) en van een eigen meetfiets die we door de stad hebben laten rijden.”
Op die manier komen een hele set historische en actuele data in de digitale tweeling ter beschikking van de tevens ingebrachte rekenmodellen. Voor mobiliteit vertrouwde het consortium daarvoor op het model van Cegeka, een in Hasselt gevestigd IT-bedrijf met internationale ervaring in het uitrollen van digitale bedrijfsoplossingen. Het won de aanbesteding die de stad Brugge uitschreef voor dit traject. Tim Jacobs, product manager van Cegeka Mobilize licht toe: “We hadden vanuit onze expertise in verkeersmodellen buiten dit traject al een eigen product ontwikkeld op basis van Artificiële Intelligentie en big data. Toch was het voor ons een meerwaarde om als partner in dit traject te kunnen stappen en niet gewoon als leverancier. Zo hebben we ons product kunnen verbeteren op een aantal punten die specifiek zijn voor historische steden zoals Brugge. Denk aan de grote aantallen voetgangers en fietsers die in zo’n steden aanwezig zijn, waar onze modellen toch typisch ontwikkeld waren in omgevingen waarin gemotoriseerd verkeer dominant is. Dat speelt een rol wanneer je bijvoorbeeld ergens een ‘zachte knip’ wil maken in een straat. Ook is de capaciteit van smalle kasseiwegen minder dan van recentere wegen die op wegenkaarten vaak onder dezelfde categorie vallen.
Bram De Vreese bevestigt: “Het was voor ons als opdrachtgever heel fijn dat Cegeka hier als ontwikkelaar mee aan de slag ging telkens we merkten dat onze metingen in de stad afweken van de voorspelde resultaten uit hun rekenmodel. Ook merk ik dat het hele project een meerwaarde heeft gehad vanwege de product- en marktgerichte aanpak die zij als private partij inbrachten.”
Voor de rekenmodellen van luchtkwaliteit was dan weer VITO verantwoordelijk. In de huidige implementatie koos het consortium voor een model dat werkt met jaargemiddelden. Dat geeft een goed globaal beeld van het verschil in luchtkwaliteit tussen bepaalde straten en wijken. Het geeft alleen minder grote wijzigingen aan in relatie tot tijdelijke mobiliteitsingrepen, zoals bijvoorbeeld een schoolstraat. Maar mits toegang tot bijkomende databronnen, zijn er ook modellen beschikbaar die de luchtkwaliteit in kaart brengen op meer actuele basis zoals per dag- of uurgemiddelde.
Stijn Vranckx, onderzoeker bij VITO legt uit hoe het traject in hun agenda paste: “Bij VITO doen we breder onderzoek naar leefklimaat in de stad, waarbij ook zaken als hittestress, landgebruik en overstromingsmodellen aan bod komen. Luchtkwaliteit is vanzelfsprekend ook een belangrijke parameter en dit project was een ideale gelegenheid om hierin voortgang te realiseren en een aantal plannen te concretiseren die al langer op de plank lagen. Zo vormden onze modellen al onderdeel van eerdere digital twin trajecten, onder andere in het kader van het Europese project Digital Urban European Twins (DUET) waarin imec ook partner was. Dankzij het traject voor Brugge hebben we samen met imec experten onze kennis op de verschillende domeinen aan elkaar kunnen koppelen. Het toont aan dat de nodige technische infrastructuur relatief vlot aan elkaar te koppelen is zodra de juiste context ervoor is.”
Interoperabiliteit en ontwikkelproces
Toch moet er aan heel wat randvoorwaarden worden voldaan om dit type projecten tot een goed einde te brengen. Stefan Lefever noemt het een anti-disciplinaire aanpak en verklaart waarom een digitale tweeling meer is dan enkel softwareontwikkeling: “Een eerste belangrijk aspect bij digitale tweelingen is het maatschappelijke. Het is van essentieel belang beleidsmakers en stadsmedewerkers te tonen hoe digitale tweelingen helpen om beleidsbeslissingen te nemen die onderbouwd worden door data: voor complexe hedendaagse problemen laten we ons niet langer sturen door buikgevoel. Vervolgens is er het zakelijke aspect. Een digitale tweeling vereist de facto een samenwerking tussen meerdere publieke en private partijen. Die moeten dus op een schaalbare, kwalitatieve, betrouwbare en economisch faire manier gegevens met elkaar kunnen uitwisselen.
En vervolgens is er het technische aspect. Waarbij je binnen de gestelde randvoorwaarden de nodige gegevensbronnen en rekenmodellen aan elkaar koppelt zodat ook de juiste use cases kunnen aangepakt worden. Hierbij komen dan een heel aantal aspecten om de hoek zoals interoperabiliteit, transparantie en nauwkeurigheid. We proberen hierin steeds de Europese en andere standaarden te volgen, bijvoorbeeld zoals vooropgesteld door de wereldwijde Open and Agile Smart Cities (OASC) organisatie.”
Dimitri Schuurman, innovatie-expert methodologie en monitoring bij imec, legt uit hoe deze aspecten terugkwamen in het ontwikkelproces met de stad Brugge: “Een van de eerste belangrijke stappen was een diepgaande vijfdaagse innovatiesprint waarin we potentiële use cases in kaart brachten, prioriteerden en uitwerkten aan de hand van ons eigen ontwikkelde digital twin use case canvas. Vervolgens zijn we een co-creatie traject gestart met alle betrokken partijen. Zodra alles voldoende helder was, is dan het technische implementatietraject gestart dat in drie fases is verlopen: (1) het verzamelen en inladen van alle databronnen, (2) de integratie van de rekenmodellen afzonderlijk en (3) ze op elkaar afstemmen om ook cross-domein relaties te onderzoeken.”
Opschaling en volgende stappen
Bram De Vreese volgde het hele traject mee op als coördinator voor de stad Brugge en ziet zowel de voordelen als de uitdagingen: “Het was een intensief traject waarin we ons toch meer in hebben moeten verdiepen dan ik oorspronkelijk had ingeschat. Bijvoorbeeld als het gaat over de organisatie van onze eigen sensordata die we ook in het project wilden inbrengen. Ook was het een cultuurverandering om mee te stappen in een ontwikkeltraject in plaats van kant en klare software aan te kopen. Om dat goed te doen, moesten wekelijks de juiste mensen aan tafel verschijnen en dat vroeg bij aanvang toch wat interne overtuigingskracht. Door het einddoel en de meerwaarde steeds voor ogen te blijven houden, is dat wel gelukt en hebben we er als stedelijke organisatie ook veel uit geleerd.
“Samen met steden als Antwerpen en Gent speelt de stad Brugge een voortrekkersrol in het gebruiken van een digitale tweeling bij het nemen van beleidsbeslissingen, maar om deze echt breed te kunnen inzetten in Vlaanderen kan ook een regionale aanpak ondersteunen, zoals dat in verschillende landen in het buitenland wordt opgezet of loopt.”
Joris Vanderschrick, programmamanager duurzame stedelijke omgevingen bij imec: “Data-gebaseerd beleid is een universeel gegeven voor landen en regio’s. Hoewel de use cases per stad of gebied kunnen veranderen, zie ik een grote meerwaarde om de gezamenlijke kennis, ontwikkelingen, producten en services te bundelen en dit optimaal ter beschikking te stellen in Vlaanderen, om zo de brede adoptie van digital twins te versnellen. In Nederland werd al zo een initiatief uitgewerkt bij Geonovum, een overheidsstichting (het Nederlandse equivalent van een vzw) die zich inzet voor gegevensuitwisseling over domeinen heen. Daarin werd een visie uitgewerkt omtrent een nationale digital twin infrastructuur voor de fysieke leefomgeving te realiseren, met als doel de kennis omtrent digital twins te delen. Ook in Luxemburg wordt, onder leiding van het Luxemburg Institute for Science and Technology (LIST) gewerkt aan een landelijke digitale tweeling. En ook in het Verenigd Koninkrijk zie ik een aantal initiatieven met gelijkaardige ambities. Het is een strategische keuze om als land of regio te investeren in het beschikbaar maken van de nodige oplossingen om een data-gedreven beleid mogelijk te maken voor je burgers en lokale besturen. En wat mij betreft zeker een die loont. Vlaanderen heeft daarbij het voordeel dat het al veel benodigde expertise in huis heeft. Als ik onze kennispositie omtrent digital twins op een Europees niveau bekijk, dan ben ik overtuigd dat we trots mogen zijn op wat we in huis hebben. En ook geen kansen mogen laten liggen om die ten goede te laten komen van onze eigen regionale ontwikkeling.”
