¿ES POSIBLE DESARROLLAR UN GEMELO DIGITAL DE CUENCA HIDROGRÁFICA?

Desarrollar un Gemelo Digital de Cuenca Hidrográfica que permita predecir virtualmente lo que sucederá en el mundo físico y, gracias a ello, mejorar la toma de decisiones y optimizar la gestión, es un objetivo alcanzable: nuevos desarrollos, como los llevados a cabo por Neurite, se enfocan en esa dirección.

¿Es posible desarrollar un Gemelo Digital de Cuenca Hidrográfica?

La respuesta rápida y simple es: “Sí, es posible, porque en el mundo digital todo es posible”.

Sin embargo, tan pronto como respondemos a la pregunta, nacen nuevos interrogantes: puede que sea posible desarrollar un Gemelo Digital de Masa de Agua que permita predecir virtualmente lo que sucederá en el mundo físico, pero ¿qué dificultades entraña?, ¿podemos superarlas?, ¿hasta qué punto resultarían costosas?

Empecemos por recordar que un Gemelo Digital o Digital Twin es una réplica digital de una entidad física, una replica virtual que se mantiene “viva”, siempre actualizada gracias a los datos, la información, que se le incorpora en tiempo real.

Los beneficios y las ventajas de contar con un gemelo digital son evidentes y conocidos: un gemelo digital permite simular el comportamiento de un sistema, de una instalación, de un proceso o de un producto, proyectarnos hacia el “futuro” y explorar escenarios hipotéticos (escenarios what-if, ¿qué pasaría si..?), para, adelantándonos a posibles cambios, dificultades o problemas, tomar en cada momento las mejores decisiones y, como consecuencia, mejorar e incrementar la eficiencia de la gestión del agua.

Un gemelo digital se articula en torno  a cuatro partes: la realidad física (modelo físico), la realidad virtual (modelo digital), la conectividad necesaria entre ambas realidades, y un entorno integrado de información. De ahí que se reconozcan como sus principales características la conectividad, la homogenización, la reprogramación y la inteligencia.

Conectividad e información

La conectividad, entendida como la conexión entre el mundo físico y su gemelo digital, es una condición tan imprescindible como factible, debido a que la mayoría de las cuencas de los países desarrollados se encuentran monitorizadas e, incluso, algunas lo están de forma intensa, gracias a la generación de datos en tiempo real mediante sensores.

  • Las agencias meteorológicas suelen tener una amplia información del comportamiento del clima, tanto a nivel local como continental: contamos, por ejemplo, con las predicciones que la UE proporciona para el clima a partir de datos en estaciones, radares y satélites.
  • Los organismos gestores de cuenca monitorizan cantidad y calidad de agua en varios puntos de los ríos embalses y acuíferos.
  • Las depuradoras, así como las plantas de tratamiento, embalses y centrales hidroeléctricas controlan, mediante sistemas SCADA, prácticamente cualquier fase del proceso.

La información necesaria existe. Por tanto, un verdadero gemelo digital de cuenca debería contar con datos actualizados vinculados con todos los elementos que intervienen de forma significativa en la cuenca:

  • Fenómenos meteorológicos (lluvia, temperatura, nieve, etc.).
  • Comportamiento físico (caudal y nivel en ríos, acuíferos, etc.).
  • Concentración de sustancias (PH, temperatura, etc.).
  • Comportamiento por causas antrópicas (caudal derivado del río a otros usos, o incorporado por retornos de riego o depuradoras, desembalses, vertidos, etc.).

Homogenización, inteligencia y reprogramación: tenemos los datos, pero ¿los podemos “compartir”?

Dado que la conectividad, la conexión entre el mundo físico y su gemelo digital, es factible, la dificultad estriba en la homogenización, porque la digitalización y almacenamiento de los datos en red es factible, pero no es suficiente: la información debe compartirse, pero cada centro de recogida de información utiliza sus propios protocolos para gestionar sus datos, estructurados de la forma que mejor se adapta a sus objetivos.

Y no solo eso: además, un gemelo digital de cuenca debería interactuar con otros posibles gemelos digitales de presas, depuradoras, centrales hidroeléctricas, plantas de tratamiento, industrias demandantes de agua, pozos de abastecimiento y regadío, etc.

Los datos se ofrecen abiertamente, pero ello no quiere decir que se compartan. Son silos de información con apariencia abierta: existen muchos protocolos, pero pocos estándares.

¿Cuál es la solución? Una plataforma colaborativa mediante pasarelas de información que integren modelos numéricos.

La inteligencia y la reprogramación, características básicas de un gemelo digital, presuponen la existencia de un modelo numérico que integre los datos y los convierta en información.

Soluciones colaborativas y pasarelas de información

Desde la aparición de los ordenadores, han existido modelos numéricos que trataban de modelar el comportamiento de fenómenos físicos. Sin embargo, estos modelos no se han extendido, en parte porque su desarrollo requiere un esfuerzo económico considerable y, en parte, por su carácter estático.

¿Por qué estático? Porque una vez completado, el modelo permanece desconectado del flujo de datos futuros y, además, los modelos no suelen conectarse entre sí: modelos de predicción de lluvia no encajan con los modelos de hidrología superficial de río, y estos se “llevan mal” con los modelos de hidrología subterránea de acuíferos, y, aunque en el mercado aparezcan de vez en cuando soluciones “todo en uno”, estas soluciones conllevan una dependencia indeseada de un único proveedor, es decir, de un único modelo.

La tecnología actual, con el IoT (Internet ofThings o Internet de las Cosas), apunta a soluciones colaborativas, no a soluciones integrales.

Un gemelo digital de cuenca solo tiene sentido si se crean pasarelas de homogenización entre silos tan herméticos como la monitorización del clima, del agua superficial, subterránea, depuradoras, embalses, etc., así como pasarelas entre modelos de flujo, transporte, contaminación en acuíferos y ríos, o procesos de toma de decisión en embalses.

Y todo ello debe conectarse en tiempo real, cuya escala es obviamente distinta para cada actor y debe estar disponible por y para todos.

Plataforma de colaboración de información y de procesos, de algoritmos y de modelos

No es fácil conseguirlo, pero nuevos desarrollos como los de Neurite convierten en un objetivo alcanzable la posibilidad de desarrollar un autentico gemelo digital de cuenca.

¿Cómo?

Estableciendo una plataforma de colaboración de información y de procesos, de algoritmos y de modelos, que no requieran grandes transformaciones de los sistemas que existen actualmente, pero que permitan la máxima colaboración, consumiendo datos de diferentes actores y compartiendo su información con otros.

No se trata de demoler silos, sino sólo de comunicarlos entre sí, aceptando su forma modular, para que pueda optimizarse la gestión de la masa de agua, permitiendo realizar previsiones y plantear escenarios what-if, en definitiva, para conseguir un gemelo digital de cuenca que permita adelantarse a cambios y dificultades, tomar en cada momento las decisiones óptimas y, como consecuencia, mejorar e incrementar la eficiencia en la gestión de los recursos.

Neurite, soluciones de software

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