В текущее время понятие "цифровой двойник" (digital twin) практически не зарегулировано законодательством. Про понятие "гидрологический цифровой двойник города" (или территории) вообще молчу. Возникает много споров: одни требуют от цифрового двойника детального разложения на атомы, другие называют этим термином обычную лидарно-коптерную съемку. Пользуясь моментом, я внесу свои пять копеек в эту тему. Гладишь и меня потомки запомнят как одного из второпроходцев этого пути.
Напомню: я занимаюсь гидрологическими моделями территорий, моделированием зон затоплений, распространений волн паводков, созданием цифровых испытательных стендов гидравлики открытых потоков и всяких подобных интересностей.
Согласно ГОСТ 57700.37-2021:
1. Цифровой двойник изделия это система, состоящая из цифровой модели изделия и двухсторонних информационных связей с изделием.
2. Цифровая модель изделия: система математических и компьютерных моделей, а также электронных документов изделия, описывающая структуру, функциональность и поведение изделия.
3. Математическое моделирование: исследование каких-либо явлений, процессов и систем объектов путем построения, применения и изучения их математических моделей.
Из вышеописанного я делаю следующий вывод: цифровая модель изделия это трехмерная геометрия плюс математический аппарат который описывает какой-либо исследуемый процесс. Этот процесс может быть абсолютно любой: теплоперенос, гидродинамика, геомеханика, геофильтрация, распределение нагрузок, распространение электромагнитных волн...
А цифровой двойник, это вышеописанная модель с обратной связью: пользователь может изменить вводные условия и посмотреть как пойдет исследуемое явление в новых реалиях.
Если продолжать эту мысль, то
Гидрологический цифровой двойник местности, это упрощённая интерактивная модель реальных гидрологических процессов исследуемой территории, состоящая из цифровой модели рельефа (ЦМР), математического аппарата, основанного на закономерностях гидродинамики и интерфейса обмена данными, согласованного с системой мониторинга. Эта модель позволяет рассчитывать и извлекать прогнозные и текущие параметры и экспортировать их для последующей обработки и анализа.
К основным выходным параметрам относятся: отметка водной поверхности, скорость потока, глубина потока.
Расчетной схемой гидрологической модели является: процесс формирования поверхностного стока и бортового питания водотоков посредством поступления изменяющихся по времени осадков на исследуемой территории.
Заметьте, нет необходимости масштабировать наш ЦД до атомов. Если перед ним стоит задача прогноза гидрологических явлений, то и математические закономерности в нем должны описывать гидравлические и гидрометеорологические явления. Не должен такой ЦД учитывать консолидацию грунта, изменение электропроводимости земной коры и другие физические, химические или любые друге процессы.
Я обнаглею и зайду еще дальше: мат. аппарат гидравлики может быть как полный Навье-Стокса, так и частичный на уравнениях мелкой воды. Определять уровни воды можно и стационарной постановкой по Шези. Это уже вопрос точности цифрового двойника. Главное условие: соблюсти двухстороннюю связь с пользователем и адекватный вывод прогнозных данных.
В итоге мы получаем виртуальный испытательный полигон в котором изменяя условия возникновения паводка мы способны снять любую интересующую нас гидравлическую информацию в абсолютно любом месте модели.
Например, МЧС используя цифровой двойник затопления территории (см рис выше) может создать поминутный план эвакуации населения. Можно определить траекторию и скорость, с которой должен бежать человек из точки бедствия в точку спасения.
А в случае с гидродинамическим двойником водослива, пользователь инженер-гидротехник может снять показания прогнозного гидравлического прыжка. ЦД позволит ему изменить расход и посмотреть как изменится волна на виртуальном испытательном стенде.
И последний пример на сегодня. При составлении Декларация безопасности гидротехнического сооружения из цифрового двойника можно снять очень много интересной информации. Вы в любую секунду сценария гидродинамической аварии как волшебник можете сказать "СТОП!" и сделать срез в любом интересующем месте.
Цифровые двойники можно использовать в качестве генераторов исходных данных для последующего проектирования. Например, хочу я сделать проект переноса русла реки, снял необходимые гидрографы, скорости и уровни в нужном створе модели и на основании этих данных произвел расчет канала.
Дальше дело за малым: остается прописать требования к цифровому двойнику. Я их делю на следующие группы:
1. Требования к входным расчетным параметрам (кривые редукции осадков, максимальные и минимальные расходы в створах...)
2. Требования к геометрии и зональным распределениям параметров (шероховатость, инфильтрация...)
3. Требования к объектам цифрового двойника (точность ЦМР, дамбы, мосты, водопропускные трубы...)
3. Требования к валидации (контроль адекватности настройки математического аппарата и применения граничных условий)
4. Требования к выводу и выгрузке результатов моделирования (например, выгрузка расчетных поверхностей воды в CAD форматы).
PS. Ладно, ставь магарычи и бери хоть все мечи! (с)
