Urban Strategy: local digital twins voor duurzame mobiliteit en leefbare steden

Digitalisering, elektrificatie en autonoom rijden

Intussen zijn er op het gebied van stedelijke mobiliteit drie belangrijke trends zichtbaar: digitalisering, elektrificatie en automatisering.

Mobility-as-a-Service (MaaS)

Dankzij de digitalisering kunnen platforms nieuwe vormen van mobiliteit aanbieden, zoals Mobility-as-a-Service (MaaS). De twee belangrijkste componenten van MaaS zijn (deel)diensten op het gebied van vervoer ('wielen op de grond') en MaaS-platforms (apps die zoeken, boeken en betalen combineren). Deze bieden mogelijkheden voor interoperabiliteit en eenvoudig gebruik van meerdere vervoerswijzen en -diensten. MaaS draagt dus bij aan de transitie van mobiliteit als bezit (eigendom van het vervoermiddel) naar mobiliteit als dienst (toegang tot ritten).

Het delen van mobiliteitsgegevens wordt steeds belangrijker. Om grip te houden op het gebruik van de openbare ruimte moeten overheden inzicht hebben in de gegevens die worden gedeeld. Goed gestructureerde publiek-private samenwerking zou hiervoor weleens de beste strategie kunnen blijken te zijn, ook om te sturen op maatschappelijke doelstellingen.

Als gevolg van de automatisering van auto's en verbonden mobiliteit zal de automobilist een andere rol (en verantwoordelijkheden) krijgen. De meest geëngageerde bedrijven in de sector richten zich op verschillende primaire use cases[A1] . Een voorbeeld is ride-hailing, ook wel robotaxi’s genoemd.

Autonome voertuigen

Autonome voertuigen (AV's) kunnen een ingrijpend effect hebben op het gedrag van automobilisten en de verkeerscongestie. Doordat reistijd anders wordt gewaardeerd, accepteren mensen in bepaalde gevallen langere woon-werkafstanden, en kiezen ze er bijvoorbeeld voor om in een buitenwijk of op het platteland te gaan wonen terwijl ze in de stad werken. Dit kan gevolgen hebben voor het ruimtegebruik en de vastgoedwaarde.

Elektrisch rijden

Elektrificatie van de mobiliteit zal leiden tot minder uitstoot van luchtverontreinigende stoffen en, bij lagere snelheden, tot minder lawaai en een lagere kostenstructuur van de mobiliteit. Deze drie trends zullen, zeker in combinatie, van invloed zijn op het mobiliteitsaanbod en daarmee op de manier waarop mensen zich in de stad verplaatsen. Bij een goede sturing[A2]  kunnen deze trends leiden tot minder autobezit, minder autoritten en dus minder ruimtebeslag, schonere lucht en een betere leefomgeving.

Stedelijk beleid

Zonder regelgeving zullen deze nieuwe technologieën echter leiden tot méér autogebruik, verkeersopstoppingen en stedelijk ruimtebeslag. Het is belangrijk dat beleidsmakers, en dan met name op het gebied van vervoersbeleid, zich bewust zijn van deze trends en de bijbehorende uitdagingen. Niet alleen als gevolg van de elektrificatie van de mobiliteit (met een groeiend percentage volledig elektrische auto's), maar ook vanwege autonome voertuigen en de toename van nieuwe vormen van mobiliteit, waarbij de auto vaak geen privébezit meer zal zijn maar een voorziening, zoals deelauto’s.

Snelder et al. (2022) adviseren beleidsmakers om zich te concentreren op álle vervoerswijzen, inclusief fietsen en openbaar vervoer, en te investeren in automatisering, connectiviteit, deelconcepten en elektrificatie, en een multimodale visie op toekomstige mobiliteitssystemen te ontwikkelen. Daarbij zouden stakeholders moeten worden betrokken op basis van het quadruple-helix-model, om te beslissen waar en wanneer in verschillende oplossingen moet worden geïnvesteerd. Local Digital Twins (ook wel Digital City Twins genoemd) worden steeds populairder en steeds vaker toegepast in de stad.

In Ketzler et al. (2020) worden voorbeelden beschreven van manieren waarop digital twins voor steden elders in de wereld worden geïmplementeerd. Volgens Lei et al. (2023) hangen de grootste uitdagingen vooral samen met interoperabiliteit en praktische waarde. Als organisatie voor toegepast wetenschappelijk onderzoek heeft TNO de taak om wetenschap toepasbaar te maken voor het bedrijfsleven en de samenleving. Daarom heeft TNO Urban Strategy ontwikkeld, als hulpmiddel voor steden en lokale stakeholders om Local Digital Twins toe te passen voor het aanpakken van stedelijke opgaven.

Urban Strategy, voorspelbare digital twins

Dankzij de Urban Strategy-technologie kunnen steden, kennisinstellingen (bijv. universiteiten) en private partijen interactieve, integrale en voorspellende digital twins van steden bouwen. De beschrijving van het technologische concept van Urban Strategy in dit artikel geeft de lezer inzicht in hoe de uitdagingen op het gebied van interoperabiliteit tussen silo's kunnen worden opgelost. Een aantal voorbeelden van toepassingen laat de toegevoegde waarde zien van Local Digital Twins die verder gaan dan de Proof-of-Concepts-fase. Het artikel sluit af met een aantal toekomstige ontwikkelingen die moeten bijdragen aan duurzame mobiliteit en de leefbaarheid in steden. De huidige modellen van de Urban Strategy-tool omvatten de volgende elementen:

1. De vervoersvraag: het aantal verplaatsingen per vervoerswijze, op basis van activiteiten per verkeerszone;
2. Multimodale toewijzing aan de vervoersnetwerken, waaronder wegverkeer, openbaar vervoer, fietsverkeer en deelmobiliteit;
3. Emissies en luchtkwaliteit, gebaseerd op onder meer de samenstelling van het wegverkeer en het wagenpark, plaatselijke topologie, meteorologie, achtergrondconcentraties en andere bronnen;
4. Geluidsemissies en de voortplanting en impact van geluid: op basis van verkeerskenmerken, topologie (geluidswerende objecten), soorten wegdek, woninglocaties;
5. Energieverbruik van mobiliteit: verwachte vraag naar elektriciteit, onder meer door openbaar vervoer, effect op het elektriciteitsnet (netcongestie), effect van lokale hernieuwbare bronnen.

Urban Strategy in steden

Urban Strategy wordt al gebruikt in steden als Delhi, Amsterdam, Singapore en op Curaçao.

Delhi

Door nieuw waargenomen vracht-, vloot- en verplaatsingskenmerken te combineren met sociaaleconomische en ruimtelijke gegevens, is met behulp van Urban Strategy een vierfasenmodel geïmplementeerd. Het model is toegepast om diverse vervoersmaatregelen te evalueren, zoals vrachthubs en toegangsbeperkingen.

Singapore

De Land Transport Authority (LTA) wil in 2030 de helft van haar busvloot hebben geëlektrificeerd en in 2040 een 100% schonere busvloot hebben. Elektrische bussen behoren in Singapore tot de voorlopers op het gebied van elektromobiliteit omdat hierdoor veel uitstoot (CO2, NOx, PM) kan worden teruggedrongen. Om de LTA te helpen deze transitie optimaal te laten verlopen, is met behulp van Urban Strategy een digital twin van het (elektrische) bussysteem ontwikkeld. Deze geeft inzicht in de trade-offs tussen diverse oplossingen, technologieën en exploitatiestrategieën.

Curaçao

De Digital Twin Curaçao helpt op basis van verschillende scenario's een goede afweging te maken tussen verschillende beleidskeuzes met betrekking tot de elektrificatie van vervoer, te beginnen met e-bussen en de opwekking van duurzame energie, onder meer via zonnepanelen.

Lees het volledige artikel in Smart City Global Journal 2023 p.174-194 (in het Engels).