DUET

Summary

DUET is developing and validating the use of Digital Twins for better policy making. The three city test beds cover a range of scales for testing different scenarios related to the field of mobility, health and environment. These policy domains were chosen for testing purposes due to immediate policy needs in all areas and the fact that these issues often intersect and impact each other, providing a perfect opportunity for robustly testing the Digital Twins with multidisciplinary input and multi-sectoral output.

Starting from a similar data cloud concept, three city test beds - each committed to digital transformation - have been chosen to cover different geographical scopes, spatial challenges, and policy needs and will be rolled out in a cascading order to (a) have more efficient use of resources (b) demonstrate transferability towards other cities and regions, (c) ensure lessons learned are captured and used during the project. The piloting will end with the cities using each others data/models/APIs to demonstrate interoperability and potential for Policy Ready Data-as-a-Service.

Scope

Flanders Region: The Flanders DUET Digital Twin will concentrate on the design of new measures, implementation of actions and evaluation of the success of actions as foreseen in for example Flanders Regional Mobility Plan, and the Flanders Environment Plan20 which aims both for smoother mobility through actions that are kinder to the environment and reduces the impact on human health.
Athens: Athens sees data informed decision making as a key pillar for city and business transformation. In an era of exponential and constant change, Athens wishes to embrace Digital Twin use to understand city relationships and overcome engagement barriers with stakeholders, co-create new innovative digital services and deliver new business value.
Pilsen: The Pilsen Digital Twin will focus on the interrelation between transport and noise pollution in a 3D environment. Noise pollution in the city environment is influenced by many factors. One of the factors is the local road transport - especially the traffic volumes that pass by the built-up environment, types of vehicles and traffic conditions such as speed limits.

Domains

Transport & Mobility: How might we better understand the mobility streams in cities and neighbourhoods to get a better view of the mobility impact on citizens' lives? How do city officials and citizens perceive that traffic issues affect both the quality of everyday life and the environment in the city center and how might they take up initiatives?

Health & Environment: How might we measure, simulate and understand the impact of noise and air pollution with the goal to improve the living environment of citizens? How can city officials and citizens adopt measures that tackle pollution within the city by combining environmental and traffic data and promote a green city mobility?

Spatial Planning: How might we measure, simulate and understand the impact of new city developments as new building developments and (attracting) new activities on citizens’ lives? How will the city redesign policies referring to traffic regulations in small areas of the city taking into account their local character, existing data and citizens’ participation, in order to analyse the impact of several policies through a Digital Twin and adjust urban planning?

Public Safety: How might we foresee appropriate safety measures on those places with a higher offence or crime rate to improve citizens' safety?

Public Engagement: How might we create a dedicated tech community around the digital twin, with the goal to deliver new and innovative services to citizens?

Pollution Reduction: How can the city suggest and implement strategies focusing on pollution reduction, urban environment protection and how can citizens contribute to these strategic plans and adopt a greener way of life?

Integratie luchtkwaliteitsmodel in Flanders DUET Digital Twin

Binnen het DUET project is een specifieke use case rond luchtkwaliteit opgezet voor Vlaanderen, geformuleerd als volgt.

"As a public servant of the mobility or environmental protection department, I want to know the level and impact on air pollution when certain roads would be closed, so I can discover causes of air pollution and the impact on citizens well-being in the city."

Deze use case is verder vertaald tot de nood om een responsief luchtkwaliteitsmodel te koppelen aan de Digital Twin omgeving. Dit luchtkwaliteitsmodel dient de output van het mobiliteitsmodel te gebruiken als input. Het mobiliteitsmodel berekent wat de wijziging is in de mobiliteitssituatie wanneer een actie zoals het afsluiten van een weg wordt genomen in de Digital Twin omgeving.

Schematisch overzicht van de integratie van het QUARK luchtkwaliteitsmodel in de DUET Digital Twin omgeving

Op basis van de vereisten is VITO's QUARK luchtkwaliteitsmodel geselecteerd. Bovenstaand schema toont de data flow die is opgezet. Dit doorloopt verschillende stappen.

Via een model agent API wordt elke 10 seconden (frequentie instelbaar) een poll gedaan. Dit resulteert in een bericht met een lijst events (if any). Elk event bevat een uniek-scenario-id en een link naar de specifieke data van het mobiliteitsmodel. Deze specifieke data is een JSON bestand. Dit bestand bevat voor elke link in het verkeersnetwerk de nieuwe waardes en de nodige meta-data.
De duet-model-agent-api doet per event een POST naar de duet-quark service. In de duet-quark service komen de events in een wachtrij terecht en worden vervolgens afgehandeld.
Als volgende stap wordt voor elk scenario de uitstoot van stikfstofoxides (NO2 en NOx) en fijn stof (PM10 en PM2.5) berekent per wegsegment.
QUARK maakt vervolgens voor de verschillende types luchtverontreiniging (NO2, PM10 en PM2.5) een jaargemiddelde concentratiekaart. Dit wordt als Geotiff bestand ter beschikking gesteld. Er zijn zowel kaarten met de totale concentraties als verschilkaarten ten opzichte van een referentiescenario.
De duet-quark service maakt een GeoServer layer (met WMTS url) aan voor elke GeoTiff en stuurt een bericht naar duet-model-agent-api met het scenario-id en de WMTS urls van de aangemaakte kaarten.
De duet-model-agent-api stuurt een JSON bericht naar de message-broker. Dit bericht bevat het scenario-id, de client-id, de topic en de WMTS URLs van de gegenereerde kaarten. Via de URL kan de visualisatie schil van de Digital Twin de resultaten weergeven. Onderstaande kaart is een voorbeeld van zo'n visualisatie.

Voorbeeld van een luchtkwaliteitskaart met de verschillen in stikstofdioxide concentraties in Gent door een weg af te sluiten.

Tijdens de configuratie van het QUARK model op maat van Gent (de pilootstad) is de doorrekening van het referentiescenario reeds gebeurd. Hierbij is ook al overige input naast mobiliteit voor het luchtkwaliteitsmodel voorbereid. Dit zijn ondermeer

de achtergrondconcentraties door andere bronnen dan wegverkeer
de meteorologische data
configuratieparameters zoals de gehanteerde resolutie

De luchtkwaliteitsberekeningen gebeuren op een rekencluster gekoppeld aan dataopslag. De doorlooptijd vanaf mobiliteitsinput tot visualisatie van luchtkwaliteitsresultaten bedraagt ongeveer een 2-tal minuten.

Zoals in de dataflow is beschreven wordt er voor de datauitwisseling in de huidige koppeling gewerkt met een rechtstreekse link naar de model-input en -output via URL. Dit is een verbeterpunt voor de toekomst. In de DUET architectuur is voorzien om deze data-uitwisseling te laten verlopen via een model-data-API. Dit is hier niet toegepast omwille van de te grote omvang van de bestand aan de inputkant en een (nog) niet ondersteund bestandsformaat aan de output kant.

De integratie van QUARK in de DUET Digital Twin omgeving is voorgesteld op een VLOCA workshop. De opname is beschikbaar via deze link en een verslag is opgenomen op deze VLOCA pagina.

DUET

Inhoud

Summary

Scope

Domains

Integratie luchtkwaliteitsmodel in Flanders DUET Digital Twin

Partners