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Projeto Gémeo Digital: Um caso real de modelação e simulação do controlo de cheias

2022-12-01

 

 

Como deve ser construído exatamente o modelo de inundação do gémeo digital? Em que é que se deve basear? Vamos descobrir o projeto do Gabinete Chinês de Hidrologia e Recursos Hídricos que foi recentemente implementado na parte do rio Amarelo na China, visando a secção de 28 km da bacia hidrográfica.

 

As estruturas de controlo das inundações, tais como diques, barragens, esporões, diques, canais de drenagem e vias de inundação, destinam-se a proteger as zonas costeiras e ribeirinhas das cidades, explorações agrícolas e outras zonas de valor económico, bem como as pessoas que nelas vivem. Espera-se que estas estruturas evitem a inundação das regiões baixas e dos edifícios próximos, como casas, empresas, estradas e caminhos-de-ferro, em alguns casos canalizando o fluxo de água para uma massa de água, como um lago, mar ou reservatório de água. Quando corretamente concebidos e construídos, podem reduzir significativamente os danos causados pelas cheias, incentivar o desenvolvimento em zonas propensas a cheias e proporcionar segurança às comunidades. No entanto, se forem incorretamente concebidos, construídos, explorados ou mantidos, podem ser insuficientes para impedir uma inundação descontrolada e podem aumentar o risco de inundações. Assim, ao planear uma nova estrutura, os engenheiros devem dispor de dados altamente precisos para construir um modelo digital duplo de inundação que possa fornecer uma base científica para a engenharia e construção da futura estrutura de controlo de inundações.

 

 

Figura 1. Soluções do CHCNAV em frente ao Gabinete de Hidrologia e Recursos Hídricos da Província de Shandong (China).

 

 

Recolha de dados de várias fontes

O primeiro passo do projeto começou com a aquisição de dados 3D subaquáticos, terrestres e aéreos.

 

Os dados topográficos em ambas as margens do rio foram recolhidos por UAV com LIDAR e câmara ortográfica, enquanto os USV com eco-sondas de feixe único e múltiplo recolheram os dados topográficos e batimétricos subaquáticos de alta precisão:

 

 

 

 

 

 

Figura 2. Soluções de aquisição de dados do CHCNAV utilizadas no levantamento.

 

 

 

Com estes dispositivos complementares, foram obtidos dados heterogéneos de várias fontes, tais como imagens de deteção remota em grande escala, nuvens de pontos laser, dados do terreno, fotografia oblíqua, desenhos CAD e modelos BIM. O software CoPre (um software de pré-processamento de digitalização laser 3D que pode processar dados brutos capturados, incluindo trajectórias POS, dados LiDAR e imagens RGB) foi utilizado para a modelação Tilt e DOM. O software CoProcess (software concebido para as tarefas de pós-processamento da captura da realidade e geração de DEM/DTM) foi utilizado para gerar modelos DEM de alta precisão, uma representação 3D de uma superfície do solo criada a partir de dados de elevação, com uma densidade de nuvem de pontos superior a 50 pontos/m2 para as áreas acima e abaixo da água.

 

 

Figura 3. Modelos de inclinação, BIM, DOM e DEM.

 

 

Além disso, os dados de posicionamento em tempo real de alta precisão obtidos a partir das estações CORS e dos sensores GNSS do CHCNAV, bem como os dados meteorológicos e hidrológicos, os dados de vídeo de IA (inteligência artificial) e outras informações relevantes sobre o funcionamento e a manutenção das defesas contra inundações, dos canais fluviais e das albufeiras foram previamente preparados pelo Gabinete para o projeto.

 

 

Carregamento massivo de dados e renderização rápida

A quantidade de dados recolhidos e gerados na base de dados de gémeos digitais atingiu os petabytes (PB); foi utilizada uma poderosa plataforma de terceiros para a simulação e visualização de inundações em 3D para renderizar e processar rapidamente este volume de informação.

 

Figura 4. Os componentes do processo de modelação de cheias.

 

 

 

Simulação inteligente de inundações e modelação de múltiplos cenários

 

Nesta altura, foram implementadas 3 etapas adicionais:

 

Análise de dados - A análise hidrológica requer uma compreensão da forma como a água se move na paisagem. O seu objetivo é ajudar a determinar onde é provável que ocorram inundações e com que probabilidade. Os dados do local (registos climáticos, mapas de inundações, registos de caudais, resumos hidrológicos, registos do nível das águas subterrâneas, qualidade da água, dados sobre recursos, etc.) e os dados exactos e exaustivos obtidos a partir dos veículos operados remotamente e dos modelos gerados foram utilizados como base para a análise. A qualidade dos dados fornecidos foi uma contribuição essencial para um modelo de alta qualidade.

 

Modelação e simulação de inundações históricas de alta resolução - A informação histórica sobre inundações foi utilizada na fase de delimitação do âmbito para desenvolver um modelo concetual dos mecanismos de inundação. Com base nos registos de inundações reais, todo o processo de inundação para os diferentes anos foi reproduzido na plataforma de simulação de inundações de terceiros.

 

 

Figura 5. Simulação e análise das inundações históricas.

 

 

Modelação e simulação do risco de inundação em tempo real - Com base no cálculo de um modelo hidrodinâmico 3D, o processo de extrapolação de inundações em tempo real foi simulado num software de modelação de inundações de terceiros, em que os padrões de escoamento estáveis e não estáveis foram simulados por algoritmos de modelação hidrodinâmica desenvolvidos pela própria empresa.

 

 

Figura 6. Simulação do processo de extrapolação de cheias em tempo real.

 

 

Aplicação comercial personalizada

Como passo seguinte e com base no modelo digital de inundação desenvolvido, o projeto digital de gémeos de bacias hidrográficas apela a que pessoal técnico, peritos e utilizadores trabalhem em conjunto para desenvolver aplicações personalizadas para iniciativas de engenharia e construção de bacias hidrográficas nos próximos anos, de acordo com o calendário do projeto (2022-2025).

 

 

Em conclusão, a utilização de sistemas de aquisição de dados 3D em massa, como os UAVs, USVs e LiDAR do CHCNAV, para manter dados topográficos e batimétricos actualizados e de alta qualidade, é a base dos modelos gémeos digitais, pois é a base para a construção de modelos hidráulicos e para a produção de mapas de inundações. No entanto, informações desactualizadas podem aumentar significativamente o tempo e o custo do desenvolvimento de modelos digitais e a probabilidade de erro humano. Mesmo quando os dados antigos são reutilizados, e antes da aplicação de soluções de captura de realidade 3D, é fundamental confirmar que não houve alterações significativas (erosão ou deposição, crescimento de vegetação, construção, alteração, remoção, etc.) na área de estudo desde a recolha inicial de dados.

 

 

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Sobre a CHCNAV

A CHC Navigation (CHCNAV) cria soluções inovadoras de navegação e posicionamento GNSS para tornar o trabalho dos clientes mais eficiente. Os produtos e soluções da CHCNAV abrangem vários sectores, como o geoespacial, a construção, a agricultura e a marinha. Com presença em todo o mundo, distribuidores em mais de 120 países e mais de 1.500 funcionários, a CHC Navigation é atualmente reconhecida como uma das empresas de crescimento mais rápido em tecnologias geomáticas.

 

 

 

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