Een duidelijk afgebakende definitie van de fysieke leefomgeving is er niet. De fysieke leefomgeving is de omgeving, waarin wij als mensen leven, wonen, werken, reizen en recreëren. De fysieke leefomgeving bestaat uit bouwwerken, infrastructuur, water, maar bijvoorbeeld ook bodem en ondergrond, lucht, natuur, landbouw, landschappen en cultureel erfgoed.
We beschrijven hieronder onderwerpen die relevant zijn voor de fysieke leefomgeving in de context van digital twins.
Representatie van de fysieke leefomgeving
Een relevant contextueel aspect van digital twins zijn de dimensies waarin we de fysieke leefomgeving kunnen weergeven. Dimensies van weergave staan ook wel bekend als 1D, 2D, 3D, 4D en 5D. Voor de weergave van geografische objecten en activiteiten onderkennen we in ieder geval deze vijf dimensies van weergave.
1D
De 1D weergave is doorgaans een schematische weergave, zoals een spoorkaart (de metrokaart van London is een bekend voorbeeld van een 1D weergave) of een leidingschema van het elektriciteitsnet. Onze leefomgeving is hierin “platgedrukt” en ons blikveld op de kaart is van boven. De weergave is vaak abstracter en de directe geografische referentie aan het aardoppervlak met coördinaten ontbreekt. Vaak wordt een indirecte verwijzing naar de werkelijkheid gebruikt, zoals aanduiding met nummers en namen zoals bijvoorbeeld de stationsnamen van de metro en de lijnnummers van metrolijnen.
2D
Met een 2D weergave gaan we 2 variabelen vastleggen:. de x- en y-coördinaten. Daarmee geven we geografische objecten en activiteiten hun positie op het aardoppervlak. Dat maakt het mogelijk om exactere positiebepalingen te doen en om berekeningen uit te voeren. In een 2D visualisatie kunnen we ruimtelijke patronen en relaties ontdekken. Voegen we de derde variabele toe, de hoogte of z-coördinaat, dan gaan we 3D. Onze fysieke leefomgeving is immers niet plat maar 3D.
3D
3D geeft opnieuw meer mogelijkheden voor het uitvoeren van berekeningen, maar kent ook een krachtigere visualisatie. Met 3D kunnen complexe berekeningen worden uitgevoerd, zoals volumeberekeningen voor zandwinning, zichtlijnen bij de planning van hoogbouw en schaduwslag van windmolens. 3D visualisatie geeft een buitengewoon herkenbare weergave voor een breed publiek.
4D
Met de factor tijd gaan we van 3D naar 4D. Een 4D weergave is dynamisch. Doordat de factor tijd of t-coördinaat is toegevoegd, is de weergave gekoppeld aan een bepaald tijdstip. Dat maakt het mogelijk om een zekere mate van dynamiek, die we in de werkelijkheid meten en zien in de vorm van continue veranderingen, bewegingen, verplaatsingen, en activiteiten van mensen, dieren, dingen en verschijnselen, ook kunnen vastleggen. Omdat de fysieke leefomgeving een dynamisch karakter heeft, is de weergave van de werkelijkheid in een digital twin ook dynamisch en 4D.
5D
Tot slot, wordt als 5e dimensie van de digital twin het ruimtelijke schaalniveau van weergave beschouwd. Een 5D weergave houdt rekening met het schaalniveau. Denk daarbij aan inzoomen op Google Earth; bij het inzoomen vanuit de aarde naar een gebouw ergens in Nederland zien we steeds meer detail. De 5D digital twin zorgt ervoor dat het juiste (geografisch) detailniveau op het juiste moment wordt weergegeven. Overigens wordt de 5e dimensie zeer context-afhankelijk ingevuld. Zo is de 5e dimensie in de bouwwereld de kostenfactor; ook de kosten worden in de tijd bijgesteld tijdens een bouwproject in plaats van dat ze enkel aan het begin van het project worden gedefinieerd. In de filmindustrie is 5D de toevoeging van belevingselementen als stoelbeweging, wind en waterdruppels. Voor de gaming industrie is 5D de besturing van de game met lichaamsbewegingen via fysieke simulatoren. We zien dus dat de 5e dimensie op verschillende wijzen wordt gebruikt.
Referenties en meer informatie
Geografische schaalniveaus
Als we een digital twin van de fysieke leefomgeving gaan opbouwen, moeten we het zeker hebben over wat we digitaal representeren uit de fysieke leefomgeving in ruimte en tijd. Als het gaat om variëteit in ruimte kunnen we dat het beste duidelijk maken met het begrip ‘inzoomen’; met Google Earth hebben we geleerd dat we de aarde steeds dichterbij kunnen bekijken, waarbij het schaalniveau verandert van een groot gebied naar een klein gebied. Het geografisch schaalniveau is als het ware de grootte van het gebied dat je bekijkt. Wat is dan het schaalniveau van onze digital twins voor de fysieke leefomgeving? Wij gaan in dit kookboek natuurlijk niet over de aarde, maar onze digital twins spelen zich af op het grondgebied van Nederland en wat zich binnen Nederland afspeelt. Ook weer op verschillende geografische schaalniveaus; van het nationale niveau naar het provinciale en regionale niveau en naar het lokale niveau van de gemeente of de stad. Maar dan kunnen nog een niveautje lager; van de stad naar de wijk, de buurt en de straat en haar individuele artefacten en objecten zoals woningen of de lantaarnpaal. En de woning bestaat weer uit kamers.
Het lijkt dat we steeds verder afzakken, maar toch stellen we hier even een grens. Wij hebben hier over de geografische objecten in de fysieke leefomgeving. In het woordenboek van het Kadaster staat de definitie van het geografisch object. “Een geografisch object is een abstractie van een fenomeen in de werkelijkheid dat direct of indirect geassocieerd is met een locatie relatief ten opzichte van het aardoppervlak.“ Dat is nogal een abstracte definitie. Maar deze definitie wordt concreter als we deze plaatsen in de context van de digital twin, die data en informatie verwerkt. Wij hebben het over geografische objecten, waarover wij informatie verzamelen die dus direct of indirect geassocieerd is met een locatie relatief ten opzichte van het aardoppervlak.
En dat betekent weer, het gaat om objecten en verschijnselen, die een geografische referentie aan het aardoppervlak hebben en dus beschikken over x- en y-coördinaten. Dit is dan de directe associatie met het aardoppervlak. De objecten en hun relaties waar we het over hebben zijn vaak al gedefinieerd in een registratie en hun definities zijn vastgelegd in een ‘bibliotheek’. Digital twins van de fysieke leefomgeving gaan over de geografische objecten en hun onderlinge relaties en connectiviteit. Deze geografische objecten zijn verbonden met het aardoppervlak via x- en y-coördinaten, ze zijn gedefinieerd en hun relaties met andere objecten zijn beschreven. Dit wordt ook wel een ‘ontologie’ genoemd. En dat alles wordt in een ’bibliotheek’ vastgelegd, zodat de definities van objecten en hun relaties terug te vinden zijn en breed kunnen worden ingezet. Bijvoorbeeld voor de uitwisseling van data tussen verschillende digital twins.
De factor tijd
Naast variëteit in ruimte kennen digitals twins voor de fysieke leefomgeving ook variatie in tijd. Dat is de temporele dimensie. De werking van de digital twin heeft namelijk altijd een tijdsdimensie. Deze dimensie heeft te maken met het gegeven dat de digital twin het mogelijk maakt om een toekomstig scenario door te rekenen. Wat we dus willen, is kijken of een ingreep in de huidige situatie effect sorteert; we voorspellen of simuleren als het ware een situatie in de toekomst. Daarbij wordt uitgegaan van de actuele situatie – het tijdstip nu – en gekeken naar de effecten op tijdstip straks.
De leefomgeving verandert continu. Natuurlijk zijn er onderdelen van de fysieke leefomgeving, die niet of niet snel veranderen, zoals gebouwen. Maar die kunnen wel weer eigenschappen hebben, die continue veranderen. Zoals bijvoorbeeld de energieconsumptie van het gebouw of de energieproductie met zonnepanelen. Deze gegevens kan je ‘vangen’ met behulp van sensoren. Deze zijn alom aanwezig in onze fysieke leefomgeving. Soms bedoeld voor veiligheid, zoals camera’s, maar ook om de gezondheid van de fysieke leefomgeving te meten, zoals de kwaliteit van de lucht en het water maar ook de overlast van geluid en hittestress. Die sensoren in de openbare ruimte en gebouwen leveren een stroom aan data die je real time in digital twins kunt verbeelden om situaties te monitoren. Ook kan je dit soort gegevens gebruiken om er rekenmodellen mee te maken of voeden. Die rekenmodellen zijn hulpmiddelen waarmee je mogelijke scenario’s kunt afspelen. Dit wordt bijvoorbeeld toegepast om evacuatie routes te kunnen plannen.
Dynamiek zit er ook in natuurlijke aspecten van de fysieke leefomgeving. Het weer verandert bijvoorbeeld continu, wind, temperatuur en luchtvochtigheid zijn dynamische variabelen. Maar ook het grondwater- en oppervlaktewaterpeil varieert, de luchtkwaliteit neemt toe (of af) en de bodem beweegt waardoor ons land daalt.
Tot slot zorgen wij als mensen ook voor dynamiek. Ons woon-werkverkeer, het transport op de weg, op het water en in de lucht zorgt voor dynamiek en continue bewegingen in de fysieke leefomgeving. We recreëren in natuurgebieden, sporten binnen en buiten, winkelen, gaan op bezoek bij familie en vrienden en dat geeft beweging en ruimtelijke interacties in fysieke leefomgeving.