Titulo Estágio
Desenvolvimento de Digital Twins para Monitorização Inteligente de Redes de Distribuição de Água
Áreas de especialidade
Engenharia de Software
Sistemas Inteligentes
Local do Estágio
Instituto Pedro Nunes, Coimbra (Laboratório de Informática e Sistemas)
Enquadramento
O desperdício de água nas redes de distribuição urbanas continua a representar perdas económicas e ambientais de grande relevância. O projeto WaterScan, em desenvolvimento conjunto pelo IPN, Fibersight e Universidade de Coimbra, propõe uma solução integrada que alia fibras óticas, modelos de inteligência artificial e Digital Twins (DTs) para detetar fugas em tempo real, otimizando a operação e manutenção da infraestrutura. Os DTs constituem réplicas virtuais dinâmicas da rede física, alimentadas por medições contínuas de humidade e temperatura recolhidas pelo sensor optoeletrónico. Permitem testar cenários de operação, antecipar anomalias e validar estratégias de intervenção antes da aplicação no terreno, reduzindo custos e riscos. O estágio enquadra-se na fase de investigação e desenvolvimento do projeto, co-financiado por fundos nacionais, e incide na criação e integração dos DTs que suportarão o sistema WaterScan.
Objetivo
A criação de Digital Twins tem como objetivo principal melhorar a eficácia dos sistemas reais, permitindo a validação e otimização das tecnologias de deteção de fugas antes da sua implementação. Estes sistemas oferecem uma plataforma segura para simular vários cenários de fuga e variáveis em ambiente controlado, o que facilita a identificação de melhorias e reduz custos. Para alcançar este objetivo, é necessário: 1) projetar a arquitetura de software dos DTs; 2) implementar os DTs; 3) integrá-los com o software existente de controlo, aquisição e análise de dados.
Pretende-se, portanto, que o estagiário conceba, implemente e valide um Digital Twin que represente digitalmente de forma fiel a hidráulica e a topologia de segmentos de uma instalação de rede de água, possibilitando a simulação de cenários de fuga, a calibração de algoritmos de deteção e a geração de indicadores operacionais. O DT deve sincronizar-se em tempo real com os dados adquiridos pelo sistema optoelectrónico, expor serviços via API para consulta externa e disponibilizar ferramentas de análise dos dados.
Plano de Trabalhos - Semestre 1
• F1 – Revisão do estado da arte (25 %)
Levantamento de plataformas de modelação hidráulica, motores de simulação e frameworks de DT aplicadas a redes de utilidade pública; análise de requisitos de precisão e desempenho.
• F2 – Especificação de arquitetura (25 %)
Definição de modelo de dados, escolha de motor de simulação e desenho das interfaces de integração com o sistema de aquisição e com o módulo de IA.
• F3 – Protótipo inicial (25 %)
Implementação de um DT simplificado para um troço representativo da rede; ingestão de dados históricos; validação preliminar de coerência hidráulica e latência de atualização.
• F4 – Relatório Intermédio (25 %)
Preparação do relatório intermédio do estágio.
Plano de Trabalhos - Semestre 2
• F5 – Implementação e integração (70 %)
Expansão do DT a toda a rede piloto; sincronização em tempo real com fluxos de humidade/temperatura; desenvolvimento de dashboards de visualização.
• F6 – Testes e validação funcional (20 %)
Execução de cenários de fuga simulados e comparação com dados de campo; análise de desempenho e ajuste de parâmetros.
• F7 – Documentação técnica e relatório final (10 %)
Escrita de documentação técnica e relatório de estágio.
Condições
Este trabalho será integrado num projeto de investigação cofinanciado, sendo que o aluno poderá candidatar-se a uma bolsa de investigação para licenciado no âmbito deste projeto, nos termos da legislação aplicável e regulamentos do IPN. O valor da bolsa é de 1040,98€, em linha com a tabela de bolsas de investigação da FCT.
Observações
Áreas de especialidade: Digital Twins, Modelação Hidráulica, Inteligência Artificial aplicada a infraestruturas de água
Orientador
Carla Guerra Azevedo
caazevedo@ipn.pt 📩