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Predictive Digital Twins for Critical Infrastructure Protection: Simulation of Hazardous Gas Transport

Bonari, Jacopo und Kühn, Lisa und Mattuschka, Marco und Danwitz, Max und Popp, Alexander (2025) Predictive Digital Twins for Critical Infrastructure Protection: Simulation of Hazardous Gas Transport. European Safety and Reliability (ESREL) and Society for Risk Analysis Europe (SRA-E ) conference, 2025-06-15, Stavanger, Norwegen.

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Kurzfassung

The release of hazardous airborne substances in densely populated areas poses a significant threat to urban population as well as to critical infrastructures. In emergency situations, the prediction of the dispersion process of a gas contaminant in the atmosphere is a matter of paramount importance to put in place adequate counter-measures in a timely manner. To this scope, an equivalent mathematical model describing the problem is formulated, where the incompressible Navier-Stokes equations are used to estimate the air flow in a built environment and the´advection-diffusion equation models the pollutant's transport and dispersion itself. In order to promptly obtain valid results, the solution procedure is split in two phases. In a first offline preparatory stage, computationally intensive wind flow simulations are carried out for various atmospheric conditions, leveraging on model order reduction techniques. In a second online stage, the provided wind field is used as an input to model the dispersion process. The simulation combines a physics-driven model, i.e., the advection-diffusion equation, and sensor data gathered from the physical environment, this allowing also for the analysis of optimization strategies to improve the sensors location. The final target of the workflow under consideration foresees its integration in a hybrid digital twin framework, a paradigm that has been proven to be a valid tool in the context of crisis management and useful to foster the resilience of critical infrastructures.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/219041/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Predictive Digital Twins for Critical Infrastructure Protection: Simulation of Hazardous Gas Transport
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bonari, Jacopojacopo.bonari (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8435-6466NICHT SPEZIFIZIERT
Kühn, Lisalisa.kuehn (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0006-8215-6093NICHT SPEZIFIZIERT
Mattuschka, Marcomarco.mattuschka (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0009-6325-3578NICHT SPEZIFIZIERT
Danwitz, Maxmax.vondanwitz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2814-0027NICHT SPEZIFIZIERT
Popp, Alexanderalexander.popp (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8820-466XNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Digital Twins, Hazardous Gas Transport
Veranstaltungstitel:European Safety and Reliability (ESREL) and Society for Risk Analysis Europe (SRA-E ) conference
Veranstaltungsort:Stavanger, Norwegen
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:15 Juni 2025
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:keine Zuordnung
DLR - Forschungsgebiet:keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):keine Zuordnung
Standort: Rhein-Sieg-Kreis
Institute & Einrichtungen:Institut für den Schutz terrestrischer Infrastrukturen > Simulationsmethoden für Digitale Zwillinge
Institut für den Schutz terrestrischer Infrastrukturen
Hinterlegt von: Bonari, Jacopo
Hinterlegt am:16 Jan 2026 10:57
Letzte Änderung:16 Jan 2026 10:57

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