Bałtyk dostanie cyfrowego bliźniaka. Projekt MERMAID wesprze żeglugę, porty i offshore

Wirtualne morze, realne decyzje

Cyfrowy bliźniak Bałtyku będzie zaawansowanym modelem komputerowym, który możliwie dokładnie odtworzy warunki panujące na morzu, m.in. temperaturę wody i powietrza, siłę i kierunek wiatru, ciśnienie, wysokość fal, kierunek falowania oraz prądy morskie.

- System będzie przewidywał rozwój sytuacji i dzięki temu wspierał decyzje podejmowane przez ludzi działających na morzu - wyjaśnia prof. Piotr Gwiazda.

Narzędzie ma odpowiadać na praktyczne pytania, które codziennie zadają sobie armatorzy, kapitanowie i operatorzy infrastruktury: jakie warunki będą panowały za kilka lub kilkadziesiąt godzin, czy możliwe będzie bezpieczne wejście jednostki do portu, kiedy zaplanować prace serwisowe na morzu, w którym kierunku mogą przemieszczać się zanieczyszczenia.

- Pomiary na morzu są bardzo kosztowne i z natury punktowe. Model numeryczny pozwala przetworzyć te rozproszone dane w spójny obraz i przewidywać dalsze działania - tłumaczy lider projektu.

Polskie wybrzeże potrzebuje własnego modelu

MERMAID odpowiada na rosnące znaczenie Bałtyku dla polskiej gospodarki i bezpieczeństwa. Morze przez większą część roku bywa trudnym środowiskiem pracy: jesienią, zimą i wiosną okna pogodowe pozwalające na bezpieczne prowadzenie operacji morskich potrafią być bardzo krótkie. Polska część akwenu ma przy tym swoją specyfikę.

- Nasze wybrzeże to w dużej mierze piaszczyste plaże, długie odcinki bez dużych portów i stosunkowo trudne warunki operacyjne. To oznacza, że potrzebujemy modelu dedykowanego właśnie temu obszarowi - podkreśla prof. Gwiazda.

Offshore wind, LNG i atom czekają na prognozy

Jednym z najważniejszych zastosowań cyfrowego bliźniaka będzie wspieranie decyzji operacyjnych. Nabiera to znaczenia wraz z rozwojem morskich farm wiatrowych, terminali LNG, portów serwisowych oraz planowanych inwestycji związanych z energetyką jądrową.

- Na Bałtyku powstaje coraz więcej infrastruktury, która nie funkcjonuje wyłącznie latem i przy dobrej pogodzie. Jeżeli coś trzeba serwisować zimą, decyzja o wyjściu w morze musi być oparta na bardzo dobrej informacji o warunkach - mówi prof. Gwiazda.

System ma wspierać m.in. wejścia statków do portów, wyjścia jednostek serwisowych do farm wiatrowych, pracę pogłębiarek i obsługę infrastruktury przybrzeżnej. Stawką jest nie tylko sprawność operacji, ale przede wszystkim ograniczenie ryzyka dla ludzi, sprzętu i infrastruktury.

- Najbardziej niebezpieczne momenty w żegludze często zdarzają się w pobliżu brzegu, gdzie woda jest płytsza, a lokalne warunki szybko stają się trudne dla jednostek. Kluczowa jest możliwie wiarygodna informacja o bezpiecznych oknach czasowych dla manewru - zaznacza naukowiec.

Od plamy ropy po zakwity sinic

Cyfrowy bliźniak ma również wymiar środowiskowy. Model wesprze analizę procesów trudnych do bezpośredniej obserwacji: transportu zanieczyszczeń, zmian temperatury wody, przemieszczania się mas wodnych czy warunków sprzyjających zakwitom sinic.

System może okazać się szczególnie cenny w sytuacjach nagłych. W przypadku awarii statku, wycieku ropy lub innego zanieczyszczenia kluczowe jest szybkie określenie, w jakim kierunku będzie przemieszczała się skażona woda i które obszary wymagają natychmiastowej ochrony.

Superkomputery w wyścigu ze sztormem

Największym wyzwaniem naukowym projektu będzie sprzężenie modelu atmosfery z modelem morza oraz integracja wielu źródeł danych. Zespół sięgnie po dorobek ICM UW, które od lat rozwija numeryczne prognozy pogody.

- Ponieważ pomiary na morzu są ograniczone, kluczowe znaczenie mają metody asymilacji danych, które pozwalają łączyć obserwacje z obliczeniami modelowymi - tłumaczy prof. Gwiazda.

Obliczenia będą prowadzone na infrastrukturze dużej mocy. To warunek nie tylko jakości modelu, ale przede wszystkim jego operacyjności: prognoza musi powstać szybciej niż zjawisko, którego dotyczy. Dane generowane przez cyfrowego bliźniaka mają być udostępniane różnymi kanałami, w tym przez API, co pozwoli administracji morskiej, operatorom farm wiatrowych, portom czy jednostkom pływającym pobierać je i integrować z własnymi systemami.

Trzy lata do pierwszych usług

Projekt zaplanowano na trzy lata. W tym czasie konsorcjum UW, IO PAN i IBW PAN będzie rozwijać modele, testować je i kalibrować oraz przygotowywać narzędzia i usługi dla przyszłych użytkowników. Twórcy nie ukrywają jednak, że budowa cyfrowego bliźniaka to proces ciągły.

- Tego typu systemu nie buduje się raz na zawsze. Można stworzyć platformę i podstawowe usługi, ale ich kalibracja, doskonalenie i dostosowywanie do nowych danych oraz potrzeb użytkowników będzie trwało latami - podsumowuje prof. Piotr Gwiazda.

MERMAID pokazuje, jak zaawansowane modelowanie matematyczne, superkomputery i współpraca nauki z gospodarką mogą przełożyć się na konkretne narzędzia zwiększające bezpieczeństwo, efektywność i odpowiedzialne zarządzanie zasobami Morza Bałtyckiego.