Можливості та перспективи концепції цифрових двійників: приклад у сільському господарстві

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.273975

Ключові слова:

імітаційне моделювання, приміське сільське господарство, цифрові двійники, оновлені дані, віртуальний аналог

Анотація

У статті розглянуто засоби та напрямки вдосконалення результатів імітаційного моделювання приміського землеробства і, як наслідок, створення цифрових двійників фермерських господарств. Більшість інноваційних технологій все ще вважаються новими напрямками для експериментів у сільському господарстві. Однак цифрові двійники, які розробляються для сільського господарства, реалізують багато ідей, які вже були випробувані в інших галузях. У статті представлено оптимізаційну задачу, яка дозволяє змоделювати приміське сільське господарство для забезпечення міста свіжою продукцією. Особливу увагу приділено моделюванню сталого розвитку приміського сільського господарства та характеристиці відповідних даних. У той же час, однією з найбільших проблем є необхідність постійно збирати та оновлювати розширювані дані про об’єкт, щоб створити цифрових двійників. Результатом дослідження є побудова системи імітаційного моделювання, що формує цифрові двійники приміського рослинництва та тваринництва, та визначення пріоритетів відбору релевантних даних. Для визначення умов реалізації можливостей переходу від моделювання приміського землеробства до цифрових двійників представлено загальну систему моделювання, що складається з імітаційної та оптимізаційної моделей, а також обрано набір метрик для постійного збору та оновлення цифрових двійників. Створена імітаційна модель була попередньо відпрацьована шляхом запуску десятків різних варіантів у вигляді наборів вихідних даних, і в результаті роботи моделі в статті представлені найкращі (оптимальні) відповіді. Визначено необхідні кроки для реалізації цього переходу. В результаті діяльності запропонованої концептуальної системи інформація в режимі реального часу та аналітика дозволяє оптимізувати роботу господарства

Біографії авторів

Fuad Ibrahimov, Public Association “Center for Socio-Economic and Environmental Research”

Researcher

Ulviyya Rzayeva, Azerbaijan State University of Economics (UNEC)

PhD on Mathematics, Associated Professor

Department of Digital Technologies and Applied Informatics

Rasul Balayev, Azerbaijan State University of Economics (UNEC)

D.Sc on Economics, Professor

Department of Digital Technologies and Applied Informatics

Посилання

  1. Liu, M., Fang, S., Dong, H., Xu, C. (2021). Review of digital twin about concepts, technologies, and industrial applications. Journal of Manufacturing Systems, 58, 346–361. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2020.06.017
  2. Shahzad, M., Shafiq, M. T., Douglas, D., Kassem, M. (2022). Digital Twins in Built Environments: An Investigation of the Characteristics, Applications, and Challenges. Buildings, 12 (2), 120. doi: https://doi.org/10.3390/buildings12020120
  3. Wright, L., Davidson, S. (2020). How to tell the difference between a model and a digital twin. Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences, 7 (1). doi: https://doi.org/10.1186/s40323-020-00147-4
  4. Singh, M., Fuenmayor, E., Hinchy, E., Qiao, Y., Murray, N., Devine, D. (2021). Digital Twin: Origin to Future. Applied System Innovation, 4 (2), 36. doi: https://doi.org/10.3390/asi4020036
  5. Pylianidis, C., Osinga, S., Athanasiadis, I. N. (2021). Introducing digital twins to agriculture. Computers and Electronics in Agriculture, 184, 105942. doi: https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105942
  6. Dahmen, U., Rossmann, J. (2018). Experimentable Digital Twins for a Modeling and Simulation-based Engineering Approach. 2018 IEEE International Systems Engineering Symposium (ISSE). doi: https://doi.org/10.1109/syseng.2018.8544383
  7. Wagg, D. J., Worden, K., Barthorpe, R. J., Gardner, P. (2020). Digital Twins: State-of-the-Art and Future Directions for Modeling and Simulation in Engineering Dynamics Applications. ASCE-ASME J Risk and Uncert in Engrg Sys Part B Mech Engrg, 6 (3). doi: https://doi.org/10.1115/1.4046739
  8. Tao, F., Cheng, J., Qi, Q., Zhang, M., Zhang, H., Sui, F. (2017). Digital twin-driven product design, manufacturing and service with big data. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 94 (9-12), 3563–3576. doi: https://doi.org/10.1007/s00170-017-0233-1
  9. Yan, D., Liu, L., Liu, X., Zhang, M. (2022). Global Trends in Urban Agriculture Research: A Pathway toward Urban Resilience and Sustainability. Land, 11 (1), 117. doi: https://doi.org/10.3390/land11010117
  10. Beacham, A. M., Vickers, L. H., Monaghan, J. M. (2019). Vertical farming: a summary of approaches to growing skywards. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 94 (3), 277–283. doi: https://doi.org/10.1080/14620316.2019.1574214
  11. Orsini, F., Kahane, R., Nono-Womdim, R., Gianquinto, G. (2013). Urban agriculture in the developing world: a review. Agronomy for Sustainable Development, 33 (4), 695–720. doi: https://doi.org/10.1007/s13593-013-0143-z
  12. Cohen, N. (2007). The Suburban Farm: An innovative model for civic agriculture. UA-Magazine, 55–58. Available at: https://www.researchgate.net/publication/242766513_The_Suburban_Farm_An_innovative_model_for_civic_agriculture
  13. Stefani, M. C., Orsini, F., Magrefi, F., Sanyé-Mengual, E., Pennisi, G., Michelon, N. et al. (2018). Toward the Creation of Urban Foodscapes: Case Studies of Successful Urban Agriculture Projects for Income Generation, Food Security, and Social Cohesion. Urban Horticulture, 91–106. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-67017-1_5
  14. Dubbeling, M., van Veenhuizen, R., Halliday, J. (2019). Urban agriculture as a climate change and disaster risk reduction strategy. Field Actions Science Reports, 20, 32–39. Available at: https://journals.openedition.org/factsreports/5650#text
  15. Owens, G. R. (2016). ‘We are not farmers’: Dilemmas and prospects of residential suburban cultivators in contemporary Dar es Salaam, Tanzania. The Journal of Modern African Studies, 54 (3), 443–467. doi: https://doi.org/10.1017/s0022278x16000392
  16. Hite, D., Sohngen, B., Templeton, J. (2003). Zoning, Development Timing, and Agricultural Land Use at the Suburban Fringe: A Competing Risks Approach. Agricultural and Resource Economics Review, 32 (1), 145–157. doi: https://doi.org/10.1017/s1068280500002562
  17. Purcell, W., Neubauer, T. (2023). Digital Twins in Agriculture: A State-of-the-art review. Smart Agricultural Technology, 3, 100094. doi: https://doi.org/10.1016/j.atech.2022.100094
  18. Balayev, R. A., Mirzayev, N. S., Bayramov, H. M. (2021). Sustainability of urbanization processes in the digital environment: food security factors. Acta Scientiarum Polonorum Administratio Locorum, 20 (4), 283–294. doi: https://doi.org/10.31648/aspal.6819
  19. Neethirajan, S., Kemp, B. (2021). Digital Twins in Livestock Farming. Animals, 11 (4), 1008. doi: https://doi.org/10.3390/ani11041008
  20. Boschert, S., Rosen, R. (2016). Digital Twin – The Simulation Aspect. Mechatronic Futures, 59–74. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-32156-1_5
  21. Schluse, M., Rossmann, J. (2016). From simulation to experimentable digital twins: Simulation-based development and operation of complex technical systems. 2016 IEEE International Symposium on Systems Engineering (ISSE). doi: https://doi.org/10.1109/syseng.2016.7753162
  22. Balaev, R. (2007). Urbanization: the urban economy and the food problem. Baku: Elm, 223–234.
  23. Semenov, P. V., Semishkur, R. P., Diachenko, I. A. (2019). Conceptual model оf digital twin technology implementation for oil and gas industry. Gas industry, 7 (787), 24–30. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/kontseptualnaya-model-realizatsii-tehnologii-tsifrovyh-dvoynikov-dlya-predpriyatiy-neftegazovogo-kompleksa
  24. Walters, J. P., Archer, D. W., Sassenrath, G. F., Hendrickson, J. R., Hanson, J. D., Halloran, J. M. et al. (2016). Exploring agricultural production systems and their fundamental components with system dynamics modelling. Ecological Modelling, 333, 51–65. doi: https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2016.04.015
  25. van der Burg, S., Kloppenburg, S., Kok, E. J., van der Voort, M. (2021). Digital twins in agri-food: Societal and ethical themes and questions for further research. NJAS: Impact in Agricultural and Life Sciences, 93 (1), 98–125. doi: https://doi.org/10.1080/27685241.2021.1989269
  26. State Statistical Committee of the Republic of Azerbaijan. Available at: https://stat.gov.az/menu/6/statistical_yearbooks/?lang=en
  27. Nasirahmadi, A., Hensel, O. (2022). Toward the Next Generation of Digitalization in Agriculture Based on Digital Twin Paradigm. Sensors, 22 (2), 498. doi: https://doi.org/10.3390/s22020498
  28. Chaux, J. D., Sanchez-Londono, D., Barbieri, G. (2021). A Digital Twin Architecture to Optimize Productivity within Controlled Environment Agriculture. Applied Sciences, 11 (19), 8875. doi: https://doi.org/10.3390/app11198875
Можливості та перспективи концепції цифрових двійників: приклад у сільському господарстві

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-02-28

Як цитувати

Ibrahimov, F., Rzayeva, U., & Balayev, R. (2023). Можливості та перспективи концепції цифрових двійників: приклад у сільському господарстві. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(13 (121), 102–112. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.273975

Номер

Том 1 № 13 (121) (2023): Трансфер технологій: промисловість, енергетика, нанотехнології

Розділ

Трансфер технологій: промисловість, енергетика, нанотехнології

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Fuad Ibrahimov, Ulviyya Rzayeva, Rasul Balayev

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.