En los últimos meses estamos viendo como proliferan los llamados «Gemelos digitales». Su objetivo es obtener una copia digital de un objeto físico, de forma que enfrentando esa copia a situaciones diversas se pueda prever su comportamiento y resolver los problemas antes de que se presenten en el gemelo real. En este blog hay algunas entradas en las que sin hablar de gemelos se plantean soluciones similares (véase Componentes urbanos, y Activación de Componentes Urbanos). Sin duda en la industria son imprescindibles para testear sistemas antes de su entrada en producción. (Véase también El proyecto de edificación: ¿Un Autómata urbano virtual en el Internet de las Cosas?)
Además de en los sectores industriales los gemelos digitales están entrando con fuerza en los sistemas GIS, de la mano de las IAS y del big data. El territorio es una máquina inmensa (también hablamos de esto en la entrada Neurofisiología Urbana) , y por eso el concepto del Gemelo Digital es tan atractivo para los sistemas de gestión territorial. Si tuviésemos un territorio gemelo podríamos predecir los efectos de cualquier acción sobre su funcionamiento.
Pero ¿es posible construir un gemelo digital de un territorio? ¿Puede un sistema de inteligencia artificial ayudarnos hacerlo? Por lo que hemos visto hasta ahora los sistemas de IA en GIS se están utilizando para automatizar los procesos de identificación de estructuras y cambio territorial por teledetección. Ante la inmensa cantidad de información aportada por drones, vuelos y satélites, las IAS son una herramienta brutal para generar información vectorial 2D y 3D. Sin duda los procedimientos de restitución fotogramétrica manuales han pasado a la historia.
Los Gemelos humanos monocigóticos son casi idénticos, aunque en alguna medida (no soy un especialista) durante su desarrollo surgen mutaciones del genoma o cambios epigenéticos por factores ambientales y el envejecimiento que terminan por generar una diferencia. Asumamos también que el gemelo digital será, de forma generosa, «muy parecido» al real.
Para simplificar el problema vamos a descomponer el territorio en algunas cosas «sencillas de controlar» (no nos metamos en muchos jardines), supongamos que nuestros gemelos digitales del territorio tienen los siguientes órganos:
1.- Un sustrato físico, cuya forma se adapta continuamente a las necesidades derivadas del crecimiento y uso del territorio.
2.- Un despliegue de especies vegetales que responden a dos fuerzas a veces antagónicas: la constante diseminación natural y la siembra o distribución antrópica con propósitos productivos u ornamentales
3.- Varios sistemas que facilitan la actividad: comunicaciones superficiales o subterráneas desde sendas a enormes autopistas; sistemas de captación, tratamiento y distribución de agua; sistemas de evacuación y depuración de efluentes; sistemas de generación y distribución de energía eléctrica o hidrocarburos; sistemas de alumbrado nocturno; de telecomunicaciones digitales…
4.- Un conjunto de estructuras de actividad que van desde cabañas a grandes instalaciones industriales, a veces casi aisladas, pero normalmente formando densas urbes.
5.- Una asignación de derechos y obligaciones a personas o comunidades de personas, que determina su capacidad de uso y disfrute del sustrato y de las estructuras.
No quise meterme en muchos jardines pero esos cinco elementos tienen mucha miga, hay que tener en cuenta que además nuestro gemelo debe controlar en todos ellos los siguientes aspectos:
1.- Forma y posición: la cartografía del territorio debe identificar, medir y posicionar todos los elementos. No todos son visibles y algunos ni siquiera tienen una forma reconocible porque son relaciones o enlaces entre elementos. Aunque no sean visibles, conocer estos datos es crucial.
2.- Descripción y características: la capacidad de uso, de acción o de afección determinan la posible conducta, las posibilidades de interacción de cada elemento. Son aspectos que casi nunca se obtienen por teledetección y que deben ser objeto de carga individualizada, a veces son sencillos pero la tendencia es a que todo se complica.
3.- Proceso de creación: las actividades humanas y la propia naturaleza se encargan de añadir nuevos elementos de forma masiva, no puede ser que el gemelo dependa siempre de sistemas de teledetección para percibirlos. Al menos los producto de la actividad humana deben ser incluidos en el gemelo por los mismos procesos que se encargan de incluirlos en el gemelo real (en la entrada urbiThings y la Gestión de Expedientes en las Instituciones públicas del blog hablamos de estos procesos)
4.- Proceso de modificación: desde una tala de un árbol a una segregación de una parcela, pasando por la ampliación de un edificio, todo está sujeto a cambio constante, será también preciso conectar los procesos reales a los virtuales.
5.- Proceso de destrucción: suelen estar ligados a procesos de creación, para ellos también es preciso conectar procesos.
6.- Procesos de relación: todos los objetos están interconectados, en muchas ocasiones son relaciones topológicas que pueden resolver funciones GIS, pero la mayoría son relaciones no topológicas que generan una malla tridimensional que condiciona la función del modelo real. Generan un modelo jerárquico de un mundo donde nada existe de forma aislada.
7.- Restricciones y condicionantes de operación: determinan lo que puede o no puede ejecutar un elemento en cada momento, casi todos los elementos están sujetos a un cronograma lleno de dependencias internas. Son condiciones determinadas por la propia naturaleza del elemento, por disposiciones legislativas o administrativas o por acuerdos y contratos entre los agentes que tienen su control.
No tengo duda de que para una ciudad o un territorio concreto es posible capturar toda esta información. El territorio es un ámbito controlado (o presumiblemente controlado) por las Administraciones públicas y donde ellas no llegan pueden ayudar los procedimientos de colaboración público-privada. La colaboración activa de los ciudadanos y de las instituciones es un arma formidable para crear información y para seguir la dinámica territorial.
En este momento no hay condicionantes tecnológicos que impidan crear un ambiente cloud donde se puedan crear almacenes estructurados y seguros de datos, ni tampoco faltan las aplicaciones y la capacidad para crearlas nuevas si hacen falta. La dificultades están en coordinar a los productores de datos para que confíen en un sistema que los publica sin restricciones, hay una nula predisposición a compartir datos y por tanto todo es mucho más sencillo analizar una foto de satélite antes que conectar los procesos de uso territorial.
Siempre tengo la imagen de esa gran ciudad que alimenta sus bases de datos de edificación gracias a la imagen aérea en lugar de utilizar la inmensa cantidad y calidad de los datos que generan sus propios procesos administrativos.
Pero bueno, suponiendo que hayamos cargado nuestro gemelo con toda esta información (por supuesto acotada a un espacio y un momento determinados) y si nuestro propósito es utilizarlo para evaluar escenarios de cambio, entonces ese gemelo debe estar capacitado para computar en el tiempo de cada cambio, simulando verosímilmente los efectos que ese cambio produciría en el gemelo real. Es decir debe tener un simulador dinámico basado en tiempos y eventos que determine un estado futuro a partir de un estado actual.
Es también aquí donde el problema se agudiza, el gemelo no es solo una copia de formas físicas, es también una copia de funciones con capacidad de cómputo, con capacidad para resolver preguntas como ¿Cuánto costará el mantenimiento de los parques de un nuevo barrio, si la densidad estimada es de 45 viviendas por Ha.? o ¿Qué impacto tendrá el cambio climático en el gasto de energía de un sector y por ende en el dimensionamiento de sus redes eléctricas?
Conclusión
Para construir Gemelos Digitales de un territorio se necesitan nuevos sistemas de adquisición de datos capaces de utilizar la colaboración, nuevos modelos de datos capaces de asumir la complejidad territorial, nuevos marcos de relación entre las Administraciones y los Operadores territoriales para construir circuitos virtuosos de datos, nuevas herramientas de simulación de cambio y representación espacial. En otro caso estaremos usando GIS y sofisticadas IAs para fotointerpretar, una simplificación que tendrá una utilidad limitada a un espacio, un momento y un aspecto o sector territorial concreto pero no será un Gemelo Digital.