In the framework of the Destination Earth initiative, a long-term project to take advantage of the great amount of data produced by European agencies and scientific organizations around the world, the goal of building a Digital Twin of the Earth was born. The Digital Twin Earth is a high-precision digital model of the Earth that integrates various aspects of the Earth’s system in order to monitor and simulate natural phenomena and related human activities, and that is able to explore the past and present and predict the future. To build a Digital Twin Earth it is required the scientific cooperation of European institutions, alongside with a set of technological tools such as High-Performance Computing (HPC), Cloud Computing and connectivity, Big Data, interoperable data and data standards, and Artificial Intelligence (AI) to simulate and model the Earth’s systems processes. On this work it is presented a web platform that uses open-source technologies to integrate a wide set of more than 60 geospatial layers of environmental data, provided openly and for free by Copernicus Marine Service, and Copernicus Land Monitoring Service, in addition to demographics data provided also open and free by WorldPop. With the data integrated on this platform a user is able to explore and analyze many land and sea layers. This platform is focused solely on the coastal areas of Italy, but its modular and extensible design is suitable for extending it and replicating it to other parts of the world. The platform addresses the Digital Twin Earth’s Big Data and interoperability component by integrating several geospatial data sources using a mediator-wrapper integration architecture that leverages the Open Geospatial Consortium (OGC) standards for geospatial data, the Cloud Computing and connectivity component by providing a web-based interface to explore and analyze the integrated data, and the scientific cooperation component by enabling the possibility to save and share the analysis and discoveries made through the platform. This work constitutes a proof of concept and an approach of what a Digital Twin of the Earth is capable of. To show it, a case study is presented analyzing ocean acidification on Genova and is whereabouts. The development of the platform is a work in progress, which means that many more features and functionalities are to be included in following versions, having in mind a tool that is open, data-centric, and a good example of a Digital Twin Earth.

Nell'ambito dell'iniziativa Destination Earth, un progetto a lungo termine per sfruttare la grande quantità di dati prodotti dalle agenzie europee e dalle organizzazioni scientifiche di tutto il mondo, è nato l'obiettivo di costruire un Digital Twin of the Earth. Il Digital Twin Earth è un modello digitale della Terra ad alta precisione che integra vari aspetti del sistema terrestre al fine di monitorare e simulare i fenomeni naturali e le attività umane correlate, ed che è in grado di esplorare il passato e il presente, e prevedere il futuro . Per costruire un Digital Twin Earth è necessaria la cooperazione scientifica delle istituzioni europee, insieme a strumenti tecnologici come High-Performance Computing (HPC), Cloud Computing e connettività, Big Data, dati interoperabili e standard dei dati, e Intelligenza artificiale (AI) per simulare e modellare i processi dei sistemi terrestri. In questo lavoro viene presentata una piattaforma web che utilizza tecnologie open-source per integrare un'ampia serie di oltre 70 strati geospaziali di dati ambientali, forniti apertamente e gratuitamente da Copernicus Marine Service e Copernicus Land Monitoring Service, oltre ai dati demografici forniti anche aperti e gratuiti da WorldPop. Con i dati integrati su questa piattaforma un utente è in grado di esplorare e analizzare molti strati di terra e mare. Questa piattaforma è focalizzata esclusivamente sulle aree costiere italiane, ma il suo design modulare ed estensibile è adatta per estenderla e replicarla in altre parti del mondo. La piattaforma affronta la componente Big Data e interoperabilità di Digital Twin Earth integrando diverse fonti di dati geospaziali utilizzando un'architettura di integrazione mediator-wrapper che sfrutta gli standard Open Geospatial Consortium (OGC) per i dati geospaziali, la componente Cloud Computing e connettività fornendo una interfaccia web per esplorare e analizzare i dati integrati, e la componente di cooperazione scientifica consentendo la possibilità di salvare e condividere le analisi e le scoperte fatte attraverso la piattaforma. Questo lavoro costituisce un proof of concept e un approccio di ciò di cui è capace un Digital Twin of the Earth. Per dimostrarlo, vengono presentati due casi studio, che analizzano l'acidificazione degli oceani a Genova e un'analisi della variazione biogeochimica sul delta del Po, nella Regione Veneto. Lo sviluppo della piattaforma è un work in progress, il che significa che molte più caratteristiche e funzionalità devono essere incluse nelle versioni successive, avendo in mente uno strumento aperto, incentrato sui dati e un buon esempio di Digital Twin Earth.

Towards a digital twin of the Italian coast

DUQUE ORDOÑEZ, JUAN PABLO
2021/2022

Abstract

In the framework of the Destination Earth initiative, a long-term project to take advantage of the great amount of data produced by European agencies and scientific organizations around the world, the goal of building a Digital Twin of the Earth was born. The Digital Twin Earth is a high-precision digital model of the Earth that integrates various aspects of the Earth’s system in order to monitor and simulate natural phenomena and related human activities, and that is able to explore the past and present and predict the future. To build a Digital Twin Earth it is required the scientific cooperation of European institutions, alongside with a set of technological tools such as High-Performance Computing (HPC), Cloud Computing and connectivity, Big Data, interoperable data and data standards, and Artificial Intelligence (AI) to simulate and model the Earth’s systems processes. On this work it is presented a web platform that uses open-source technologies to integrate a wide set of more than 60 geospatial layers of environmental data, provided openly and for free by Copernicus Marine Service, and Copernicus Land Monitoring Service, in addition to demographics data provided also open and free by WorldPop. With the data integrated on this platform a user is able to explore and analyze many land and sea layers. This platform is focused solely on the coastal areas of Italy, but its modular and extensible design is suitable for extending it and replicating it to other parts of the world. The platform addresses the Digital Twin Earth’s Big Data and interoperability component by integrating several geospatial data sources using a mediator-wrapper integration architecture that leverages the Open Geospatial Consortium (OGC) standards for geospatial data, the Cloud Computing and connectivity component by providing a web-based interface to explore and analyze the integrated data, and the scientific cooperation component by enabling the possibility to save and share the analysis and discoveries made through the platform. This work constitutes a proof of concept and an approach of what a Digital Twin of the Earth is capable of. To show it, a case study is presented analyzing ocean acidification on Genova and is whereabouts. The development of the platform is a work in progress, which means that many more features and functionalities are to be included in following versions, having in mind a tool that is open, data-centric, and a good example of a Digital Twin Earth.
ING I - Scuola di Ingegneria Civile, Ambientale e Territoriale
28-apr-2022
2021/2022
Nell'ambito dell'iniziativa Destination Earth, un progetto a lungo termine per sfruttare la grande quantità di dati prodotti dalle agenzie europee e dalle organizzazioni scientifiche di tutto il mondo, è nato l'obiettivo di costruire un Digital Twin of the Earth. Il Digital Twin Earth è un modello digitale della Terra ad alta precisione che integra vari aspetti del sistema terrestre al fine di monitorare e simulare i fenomeni naturali e le attività umane correlate, ed che è in grado di esplorare il passato e il presente, e prevedere il futuro . Per costruire un Digital Twin Earth è necessaria la cooperazione scientifica delle istituzioni europee, insieme a strumenti tecnologici come High-Performance Computing (HPC), Cloud Computing e connettività, Big Data, dati interoperabili e standard dei dati, e Intelligenza artificiale (AI) per simulare e modellare i processi dei sistemi terrestri. In questo lavoro viene presentata una piattaforma web che utilizza tecnologie open-source per integrare un'ampia serie di oltre 70 strati geospaziali di dati ambientali, forniti apertamente e gratuitamente da Copernicus Marine Service e Copernicus Land Monitoring Service, oltre ai dati demografici forniti anche aperti e gratuiti da WorldPop. Con i dati integrati su questa piattaforma un utente è in grado di esplorare e analizzare molti strati di terra e mare. Questa piattaforma è focalizzata esclusivamente sulle aree costiere italiane, ma il suo design modulare ed estensibile è adatta per estenderla e replicarla in altre parti del mondo. La piattaforma affronta la componente Big Data e interoperabilità di Digital Twin Earth integrando diverse fonti di dati geospaziali utilizzando un'architettura di integrazione mediator-wrapper che sfrutta gli standard Open Geospatial Consortium (OGC) per i dati geospaziali, la componente Cloud Computing e connettività fornendo una interfaccia web per esplorare e analizzare i dati integrati, e la componente di cooperazione scientifica consentendo la possibilità di salvare e condividere le analisi e le scoperte fatte attraverso la piattaforma. Questo lavoro costituisce un proof of concept e un approccio di ciò di cui è capace un Digital Twin of the Earth. Per dimostrarlo, vengono presentati due casi studio, che analizzano l'acidificazione degli oceani a Genova e un'analisi della variazione biogeochimica sul delta del Po, nella Regione Veneto. Lo sviluppo della piattaforma è un work in progress, il che significa che molte più caratteristiche e funzionalità devono essere incluse nelle versioni successive, avendo in mente uno strumento aperto, incentrato sui dati e un buon esempio di Digital Twin Earth.
File allegati
File Dimensione Formato  
2022_04_Duque.pdf

accessibile in internet per tutti

Descrizione: Final Version
Dimensione 5.19 MB
Formato Adobe PDF
5.19 MB Adobe PDF Visualizza/Apri

I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/186454