CONCEPT OF A DIGITAL TWIN FOR WATER MANAGEMENT IN IRRIGATION SYSTEM

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The analysis of modern challenges of water resources use in irrigated agriculture under conditions of growing population, developing production, climate change is carried out, and the state of water use management in the domestic reclamation water management complex is characterized. The prospect of application of digital twin technologies as an effective approach to optimization of water use management in inter-farm irrigation system is substantiated. The concept of digital twin control model as a basis for use in the practice of reclamation water management complex operation service is presented. The purpose of creating a digital twin model for water management in inter-farm irrigation systems is to ensure efficient and sustainable systemic water use based on optimizing water distribution and water consumption, increasing agricultural land productivity, and reducing the negative impact on the agricultural landscape. The list of model tasks includes: modeling of water use processes; optimization; monitoring and analysis of the control system state in real time; analysis and assessment of the impact of external factors; forecasting; decision-making support and generation of alternative scenarios for water use management; efficiency assessment; algorithm development; sensitivity analysis and identification of critical factors; integration with other systems. The structure of the model of digital twin of the process of water use management of inter-farm irrigation systems is proposed and the structural-functional scheme "Digital twin of the process of management of technical operation of irrigation system" is developed, the central link of which is the model of technical operation optimization as a special case of the model of water use optimization.

About the authors

L. V Kireicheva

Federal Scientific Center for Hydraulic Engineering and Land Reclamation named after A.N. Kostyakov

Grand PhD in Engineering Sciences, Professor Moscow, Russia

D. A Rogachev

Federal Scientific Center for Hydraulic Engineering and Land Reclamation named after A.N. Kostyakov

Email: rogachev.soft@gmail.com
PhD in Engineering Sciences, Leading Researcher Moscow, Russia

M. M Khismatullin

Management of Land Reclamation and Agricultural Water Supply in the Volga Federal District

Grand PhD in Agricultural Sciences Kazan, Republic of Tatarstan, Russia

References

  1. Боровков А.И., Рябов Ю.А. Определение, разработка и применение цифровых двойников: подход Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» // Цифровая подстанция. 2019. № 12. С. 20–25.
  2. Borovkov A.I., Ryabov Yu.A. Opredelenie, razrabotka i primenenie cifrovyh dvojnikov: podhod Centra kompetencij NTI SPbPU «Novye proizvodstvennye tekhnologii» // Cifrovaya podstanciya. 2019. № 12. S. 20–25.
  3. ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения».
  4. GOST R 57700.37–2021 «Komp’yuternye modeli i modelirovanie. Cifrovye dvojniki izdelij. Obshchie polozheniya».
  5. Дорохов А.С., Павкин Д.Ю., Юрочка С.С. Технология цифровых двойников в сельском хозяйстве: перспективы применения // Агроинженерия. 2023. Т. 25. № 4. С. 14–25. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2023-4-14-25
  6. Dorohov A.S., Pavkin D.Yu., Yurochka S.S. Tekhnologiya cifrovyh dvojnikov v sel’skom hozyajstve: perspektivy primeneniya // Agroinzheneriya. 2023. T. 25. № 4. S. 14–25. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2023-4-14-25
  7. Зверьков М.С., Смелова С.С., Булгакова Т.Г. Создание «цифрового двойника» и ретроспективный анализ динамики состояния гидромелиоративной системы на эксплуатационном этапе ее жизненного цикла с использованием геоинформационных систем // Природообустройство. 2023. № 5. С. 6–12. https://doi.org/10.26897/1997-6011-2023-5-6-12
  8. Zver’kov M.S., Smelova S.S., Bulgakova T.G. Sozdanie «cifrovogo dvojnika» i retrospektivnyj analiz dinamiki sostoyaniya gidromeliorativnoj sistemy na ekspluatacionnom etape ee zhiznennogo cikla s ispol’zovaniem geoinformacionnyh sistem. Prirodoobustrojstvo. 2023. № 5. S. 6–12. https://doi.org/10.26897/1997-6011-2023-5-6-12
  9. Зверьков М.С., Брыль С.В. Нормативные и методические аспекты и пример создания цифрового двойника гидромелиоративной системы с использованием данных дистанционного мониторинга // International Agricultural Journal. 2022. Т. 65. № 3. https://doi.org/10.55186/25876740_2022_6_3_24
  10. Zver’kov M.S., Bryl’ S.V. Normativnye i metodicheskie aspekty i primer sozdaniya cifrovogo dvojnika gidromeliorativnoj sistemy s ispol’zovaniem dannyh distancionnogo monitoringa // International Agricultural Journal. 2022. T. 65. № 3. https://doi.org/10.55186/25876740_2022_6_3_24
  11. Исаева С.Д., Дедова Э.Б., Матвеев А.В. и др. Интеллектуальная система поддержки принятия решений для управления мелиоративно-водохозяйственным комплексом: К 100-летию Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова. М.: Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А.Н. Костякова, 2024. 204 с. https://doi.org/10.37738/VNIIGIM.2024.19.62.001
  12. Isaeva S.D., Dedova E.B., Matveev A.V. i dr. Intellektual’naya sistema podderzhki prinyatiya reshenij dlya upravleniya meliorativnovodohozyajstvennym kompleksom: K 100-letiyu Vserossijskogo nauchno-issledovatel’skogo instituta gidrotekhniki i melioracii im. A.N. Kostyakova. M.: Vserossijskij nauchnoissledovatel’skij institut gidrotekhniki i melioracii imeni A.N. Kostyakova, 2024. 204 s. https://doi.org/10.37738/VNIIGIM.2024.19.62.001
  13. Кирейчева Л.В., Рогачев Д.А., Юрченко И.Ф., Рогачев А.Ф. Оптимизация распределения ограниченных водных ресурсов методами эволюционно-генетического программирования // Международный сельскохозяйственный журнал. 2024. № 2(398). С. 233–238. https://doi.org/10.55186/25876740_2024_67_2_233
  14. Kirejcheva L.V., Rogachev D.A., Yurchenko I.F., Rogachev A.F. Optimizaciya raspredeleniya ogranichennyh vodnyh resursov metodami evolyucionno-geneticheskogo programmirovaniya // Mezhdunarodnyj sel’skohozyajstvennyj zhurnal. 2024. № 2(398). S. 233–238. https://doi.org/10.55186/25876740_2024_67_2_233
  15. Мелиорация земель. Методика оценки дистанционными методами технического и экологического состояния: ГОСТ Р 70611-2022. М.: Росстандарт. [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200195123 (дата обращения: 18.09.2023).
  16. Melioraciya zemel’. Metodika ocenki distancionnymi metodami tekhnicheskogo i ekologicheskogo sostoyaniya: GOST R 70611-2022. M.: Rosstandart. [Elektronnyj resurs]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200195123 (data obrashcheniya: 18.09.2023).
  17. Ольгаренко В.И., Ольгаренко И.В., Дезюра С.Д. и др. Система интегральных показателей оценки эффективности водопользования // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2019. № 1(33). С. 139–152. https://doi.org/10.31774/2222-1816-2019-1-139-152
  18. Ol’garenko V.I., Ol’garenko I.V., Dezyura S.D. i dr. Sistema integral’nyh pokazatelej ocenki effektivnosti vodopol’zovaniya // Nauchnyj zhurnal Rossijskogo NII problem melioracii. 2019. № 1(33). S. 139–152. https://doi.org/10.31774/2222-1816-2019-1-139-152
  19. Ольгаренко В.И., Ольгаренко И.В., Коржов И В., Ольгаренко В.И. Принципы применения информационных технологий при организации и проведении планирования водопользования на оросительных системах // Мелиорация и гидротехника. 2024. Т. 14. № 3. С. 100–115. https://doi.org/10.31774/2712-9357-2024-14-3-100-115
  20. Ol’garenko V.I., Ol’garenko I.V., Korzhov I V., Ol’garenko V.I. Principy primeneniya informacionnyh tekhnologij pri organizacii i provedenii planirovaniya vodopol’zovaniya na orositel’nyh sistemah // Melioraciya i gidrotekhnika. 2024. T. 14. № 3. S. 100–115. https://doi.org/10.31774/2712-9357-2024-14-3-100-115
  21. Прохоров А., Лысачев М. Цифровой двойник. Анализ, тренды, мировой опыт/ Научн. ред. проф. Боровков А. Издание первое, исправленное и дополненное. М.: ООО «АльянсПринт», 2020. 401 с.
  22. Prohorov A., Lysachev M. Cifrovoj dvojnik. Analiz, trendy, mirovoj opyt/ Nauchn. red. prof. Borovkov A. Izdanie pervoe, ispravlennoe i dopolnennoe. M.: OOO «Al’yansPrint», 2020. 401 s.
  23. Рогачев Д.А., Кирейчева Л.В., Юрченко И.Ф., Рогачев А.Ф. Технология управления системным водопользованием с применением методов искусственного интеллекта и моделей – двойников организации // Международный сельскохозяйственный журнал. 2024. № 4(400). С. 404–410. https://doi.org/10.55186/25876740_2024_67_4_404
  24. Rogachev D.A., Kirejcheva L.V., Yurchenko I.F., Rogachev A.F. Tekhnologiya upravleniya sistemnym vodopol’zovaniem s primeneniem metodov iskusstvennogo intellekta i modelej – dvojnikov organizacii // Mezhdunarodnyj sel’skohozyajstvennyj zhurnal. 2024. № 4(400). S. 404–410. https://doi.org/10.55186/25876740_2024_67_4_404
  25. Рогачев Д.А., Юрченко И.Ф., Рогачев А.Ф. Управление системным водораспределением на основе экономикоматематического моделирования и методов искусственного интеллекта // Мелиорация и гидротехника. 2023. Т. 13. № 3. С. 87–106. https://doi.org/10.31774/2712-9357-2023-13-3-87-106.
  26. Rogachev D.A., Yurchenko I.F., Rogachev A.F. Upravlenie sistemnym vodoraspredeleniem na osnove ekonomikomatematicheskogo modelirovaniya i metodov iskusstvennogo intellekta // Melioraciya i gidrotekhnika. 2023. T. 13. № 3. S. 87–106. https://doi.org/10.31774/2712-9357-2023-13-3-87-106
  27. Системы и сооружения мелиоративные. Правила обследования и мониторинга технического состояния: ГОСТ Р 70611-2022. М.: Росстандарт. [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1300337598 (дата обращения: 18.09.2023)
  28. Sistemy i sooruzheniya meliorativnye. Pravila obsledovaniya i monitoringa tekhnicheskogo sostoyaniya: GOST R 706112022. M.: Rosstandart. [Elektronnyj resurs]. URL: https:// docs.cntd.ru/document/1300337598 (data obrashcheniya: 18.09.2023)
  29. Тюльпа Д. Применение искусственного интеллекта в промышленности Предпосылки и возможности // САПР и графика. 2020. № 1(279). С. 26–30. EDN: ODSKEP. https://sapr.ru/article/25989.
  30. Tyul’pa D. Primenenie iskusstvennogo intellekta v promyshlennosti Predposylki i vozmozhnosti // SAPR i grafika. 2020. № 1(279). S. 26–30. EDN: ODSKEP. https://sapr.ru/article/25989.
  31. Цифровые двойники в высокотехнологичной промышленности: монография / под ред. А. И. Боровкова. СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2022. 492 с.
  32. Cifrovye dvojniki v vysokotekhnologichnoj promyshlennosti: monografiya / pod red. A. I. Borovkova. SPb.: POLITEHPRESS, 2022. 492 s.
  33. Щедрин В.Н., Бабичев А.Н., Домашенко Ю.Е. и др. Ресурсы агромелиоративных систем: Научно-практическое издание. М.: Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса, 2021. 312 с. EDN: JXLZJB.
  34. Shchedrin V.N., Babichev A.N., Domashenko Yu.E. i dr. Resursy agromeliorativnyh sistem: Nauchno-prakticheskoe izdanie. M.: Rossijskij nauchno-issledovatel’skij institut informacii i tekhniko-ekonomicheskih issledovanij po inzhenernotekhnicheskomu obespecheniyu agropromyshlennogo kompleksa, 2021. 312 s. EDN: JXLZJB.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.