Digital Twin for Marine Pollution Control (MPCS)

Abstract

Spills of hydrocarbons or other dangerous substances can have disastrous consequences for the environment and biodiversity, so it is crucial for the marine ecosystem that pollution response plans are scrupulously adhered to. It is therefore necessary to invest in the training of all those involved in maritime pollution control, so that pollutants can be collected and contained as quickly and effectively as possible.This master’s thesis presents a Digital Twin prototype, capable of assisting maritime pollution control and predicting the evolution of a spill, based on the MOHID - Water Modelling System mathematical model. The integration of this model enables the planning and evaluation of spill containment strategies.The results obtained through a Design Science Research (DSR) approach include the creation of an Application Programming Interface (API) that integrates and manages the MOHID mathematical model, the architecture and the instantiation of the Digital Twin prototype for evaluation as part of the international Marine Pollution Control Simulator (MPCS) project. The evaluation of the prototype developed demonstrated its relevance to the project’s needs.This work introduces contributions to the preparation of response teams in the event of a marine spill and aims to help define containment strategies. It also presents an example of how Digital Twins can be adopted in training andeducation environments, providing a valuable contribution to the continued advancement of this area.

Os derrames de hidrocarbonetos ou outras substâncias perigosas podem ter consequências desastrosas no meio ambiente e na biodiversidade, pelo que é crucial para o ecossistema marinho que os planos de combate à poluição sejam escrupulosamente cumpridos. Por conseguinte, é necessário apostar na formação e treino de todos os intervenientes no controlo da poluição marítima, para que a recolha e contenção dos poluentes seja efetuada o mais rapidamente possível e de forma eficaz. Esta dissertação de mestrado apresenta um protótipo de Digital Twin, capaz de auxiliar o controlo de poluição marítima e prever a evolução de um derrame, tendo por base o modelo matemático MOHID - Water Modelling System. A integração deste modelo permite o planeamento e avaliação de estratégias de contenção do derrame. Os resultados obtidos através de uma abordagem de DSR incluem a criação de uma API que integra e gere o modelo matemático MOHID, a arquitetura e a instanciação do protótipo de Digital Twin para avaliação no âmbito do projeto internacional MPCS. A avaliação do protótipo desenvolvido demonstrou a sua relevância face às necessidades do projeto. Este trabalho introduz contribuições para a preparação das equipas de resposta perante a ocorrência de um derrame marítimo e pretende auxiliar na definição de estratégias de contenção. Apresenta também um exemplo de como Digital Twins podem ser adotados em ambientes de treino e formação, proporcionando uma valiosa contribuição para o avanço contínuo desta área.