Συνεχης ενημερωση

    Τετάρτη, 15-Σεπ-2021 15:38

    Διασφαλίζοντας την αξία των φυσικών υδάτινων συστημάτων με τη βοήθεια της Τεχνητής Νοημοσύνης και του ΙοΤ

    Διασφαλίζοντας την αξία των φυσικών υδάτινων συστημάτων με τη βοήθεια της Τεχνητής Νοημοσύνης και του ΙοΤ
    • Εκτύπωση
    • Αποστολή με email
    • Προσθήκη στη λίστα ανάγνωσης
    • Μεγαλύτερο μέγεθος κειμένου
    • Μικρότερο μέγεθος κειμένου

    Τεχνολογίες αιχμής όπως η τεχνητή νοημοσύνη (ΑΙ) που συναντάμε στη βιομηχανία και το Διαδίκτυο των Πραγμάτων (IoT) συμβάλλουν στη διαφύλαξη της υψηλής αξίας των φυσικών υδάτινων συστημάτων, αποτρέποντάς τα από τη ρύπανσή τους. 

    Τα φυσικά υδάτινα συστήματα  έχουν μεγάλη αξία. Υποστηρίζουν ένα ευρύ οικοσύστημα για τη χλωρίδα και την πανίδα. Διατηρούν τους ανθρώπους υγιείς, αποτρέποντας τις ασθένειες που μεταδίδονται από το νερό. Προστατεύουν και δημιουργούν ευκαιρίες για τουρισμό και αναψυχή.

    Στα φυσικά υδάτινα συστήματα αναπτύσσονται φυσικά οικοσυστήματα απαραίτητα για τη βιωσιμότητα του περιβάλλοντος, ωστόσο γίνονται αποδέκτες του επεξεργασμένου ή ανεπεξέργαστου νερού και λυμάτων, οπότε επηρεάζονται σημαντικά από την ανθρώπινη δραστηριότητα.

    Σε πόλεις σε όλο τον κόσμο - και ιδιαίτερα σε παλαιότερες πόλεις - η απορροή των όμβριων υδάτων και τα οικιακά λύματα μεταφέρονται στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού χρησιμοποιώντας κοινό δίκτυο σωληνώσεων. Ένα πλεονέκτημα αυτών των λεγόμενων μικτών δικτύων λυμάτων-όμβριων (CSS) είναι ότι το νερό απορροής, το οποίο θα μπορούσε να μολυνθεί με λάδι, φυτοφάρμακα, λίπασμα και άλλα, καθαρίζεται πριν απελευθερωθεί στη φύση. Αυτά είναι καλά νέα για το περιβάλλον.
     
    Ωστόσο, υπάρχει ένα αρνητικό: Κατά τη διάρκεια έντονων βροχοπτώσεων ή όσο λιώνουν τα χιόνια,  ένα παντορροϊκό δίκτυο μπορεί να έρθει στα όριά του και νερό που δεν έχει υποστεί επεξεργασία μπορεί να διαφύγει στους υδάτινους αποδέκτες, μέσω του μικτού συστήματος αποχέτευσης (CSO). Αλλά οι πιθανότητες να συμβεί αυτό μειώνονται σημαντικά όταν απομακρυνθούν εγκαίρως τα φερτά υλικά που φράζουν τα παντορροϊκά δίκτυα. 

    yorkshire-water-infographicen
    Η Siemens, η επιχείρηση Yorkshire Water και το Πανεπιστήμιο του Sheffield ένωσαν τις δυνάμεις τους για να αναπτύξουν ένα σύστημα που χρησιμοποιεί τεχνητή νοημοσύνη (AI) και το Διαδίκτυο των Πραγμάτων (IoT) για τον εντοπισμό των εμφράξεων πριν εμφανιστούν φαινόμενα υπερχειλίσεων.

    Μείωση των περιστατικών ρύπανσης κατά 50 τοις εκατό

    Η βρετανική εταιρεία ύδρευσης Yorkshire Water λειτουργεί 55.000 χλμ. λυμάτων. Σε περιόδους έντονων βροχοπτώσεων, τα παντορροϊκά δίκτυα έχουν σχεδιαστεί έτσι ώστε να απελευθερώνουν την περίσσεια ποσότητα νερού και λυμάτων στα ποτάμια για να αποτρέπονται οι πλημμύρες σε δημόσιους χώρους. Φυσικά, αυτά τα φαινόμενα πρέπει να περιορίζονται στο απόλυτο ελάχιστο. Στο πλαίσιο του Σχεδίου Μείωσης των Περιστατικών Ρύπανσης των Υδάτων του Yorkshire  2020-2025, ο στόχος είναι να μειωθούν τα περιστατικά ρύπανσης κατά 50 τοις εκατό. Το κλειδί για την επίτευξη αυτού του στόχου είναι να απομακρυνθούν οι εμφράξεις των παντορροϊκών δικτύων και έτσι να ελαχιστοποιηθεί η πιθανότητα υπερχειλίσεων.

    Εδώ και αρκετό καιρό, περίπου 2.000 αισθητήρες παρακολουθούν τις στάθμες λυμάτων σε παντορροϊκά δίκτυα και εκδίδουν ειδοποιήσεις όταν έχει συμβεί υπερχείλιση. Αλλά δεν θα ήταν καλύτερα να γνωρίζουμε πού είναι πιο πιθανό να προκύψει έμφραξη, έτσι ώστε τυχόν φερτά υλικά να απομακρυνθούν πριν αρχίσει να εξελίσσεται φαινόμενο υπερχείλισης; Μέχρι τώρα, οι ειδικοί στη Yorkshire Water προσπαθούσαν να κάνουν προβλέψεις αξιολογώντας δεδομένα από τους αισθητήρες με στατιστικές μεθόδους, αλλά αυτό συχνά οδηγούσε σε ψευδείς συναγερμούς και καθυστερημένους εντοπισμούς των προβλημάτων.

    Η πρόκληση είναι πως πρέπει να ληφθούν υπόψη οι ιδιαιτερότητες των παντορροϊκών δικτύων. Το καθένα  ανταποκρίνεται διαφορετικά στις βροχοπτώσεις, οπότε είναι δύσκολο να γνωρίζουμε αν οι παρατηρούμενες αλλαγές στη στάθμη είναι φυσιολογικές ή όχι. Διάφοροι παράγοντες διαδραματίζουν ρόλο: όπως ο σχεδιασμός του ανάντη και κατάντη δικτύου, ή αν η περιοχή είναι λοφώδης ή επίπεδη, αστική ή αγροτική.

    Ως εκ τούτου, η υπηρεσία κοινωνικής ωφελείας έκανε το τολμηρό βήμα για την αντικατάσταση των στατιστικών μεθόδων με AI και IoT - μια προσέγγιση που έχει δοκιμαστεί τώρα σε 70 τοποθεσίες σε όλη την περιοχή. Τα αποτελέσματα αυτής της καινοτόμου πρακτικής σε όλη την περιοχή ήταν πολύ θετικά, καθώς τα δεδομένα που προέκυψαν επέτρεψαν στην επιχείρηση να εντοπίζει προβλήματα στο δίκτυο γρήγορα, δίνοντας τη δυνατότητα στα συνεργεία συντήρησης να επέμβουν εγκαίρως.

    Ανάλυση δεδομένων στο υπολογιστικό νέφος (cloud) με τη χρήση Τεχνητής Νοημοσύνης (AI) και Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT)

    Τα δεδομένα από τους αισθητήρες στα παντορροϊκά δίκτυα μαζί με πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο για τις βροχοπτώσεις παραδίδονται στο SIWA Blockage Predictor. Αυτή η εφαρμογή - η οποία λειτουργεί στο MindSphere, το κορυφαίο βιομηχανικό IoT ως λύση υπηρεσιών - εντοπίζει ανωμαλίες στη συμπεριφορά του δικτύου.
     
    Αρχικά, ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης εκπαιδεύτηκε με δεδομένα αισθητήρων για να μάθει τη φυσιολογική συμπεριφορά ενός παντορροϊκού δικτύου όταν βρέχει. Τώρα, ένα νέο μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης έχει εκπαιδευτεί για κάθε περιοχή για να μάθει το μοναδικό μοτίβο ανταπόκρισης στις βροχοπτώσεις. Στη συνέχεια χρησιμοποιείται τεχνολογία ασαφούς λογικής (fuzzy logic) για την αυτόματη ερμηνεία των δεδομένων και τον εντοπισμό τυχόν σημαντικών διαφορών στη συμπεριφορά του συστήματος. Όταν εντοπιστεί ένα πρόβλημα, μια ομάδα συντήρησης της Yorkshire Water λαμβάνει μια ειδοποίηση για να επισκεφθεί το χώρο και να αφαιρέσει τα εμπόδια. Αφού το SIWA Blockage Predictor είναι ενσωματωμένο σε μια διαδικτυακή εφαρμογή, οι χρήστες μπορούν να έχουν πρόσβαση σε αυτό από φορητές συσκευές και υπολογιστές.

    "Η τεχνητή νοημοσύνη δεν είναι κάτι μαγικό. Απαιτεί ειδικούς στην επιστήμη των δεδομένων, οι οποίοι θα ενώσουν τις δυνάμεις τους με άτομα που καταλαβαίνουν πραγματικά το ζήτημα και μηχανικούς που μπορούν να αναπτύξουν λογισμικό, να συνδέσουν τον εξοπλισμό και να δημιουργήσουν μαζί μια λύση ασφαλή απέναντι στις κυβερνοεπιθέσεις. Αυτή η εφαρμογή είναι ένα απτό παράδειγμα για το πώς πρέπει να συνεργαστούν όλοι οι ενδιαφερόμενοι", λέει ο Adam Cartwright, επικεφαλής υλοποίησης εφαρμογών IoT στη Siemens.

    Συν-δημιουργία: μια ομαδική προσπάθεια

    Μια πρόκληση στη δημιουργία μιας οποιασδήποτε νέας ψηφιακής λύσης είναι η πιθανότητα να είναι κάτι που οι πελάτες δεν θέλουν ή δεν χρειάζονται. Για το λόγο αυτό, η εμπλοκή των πελατών σε μια διαδικασία συν-δημιουργίας οδηγεί σε καλύτερα αποτελέσματα. Η Yorkshire Water ασχολήθηκε με αυτό το έργο από την αρχή. Για να διασφαλιστεί ότι είχαν την απαραίτητη δέσμευση να προχωρήσουν με ταχείς ρυθμούς, μια εντολή συν-δημιουργίας συνέβαλε στο κόστος ανάπτυξης και η ομάδα δεσμεύτηκε να διενεργεί εβδομαδιαίες αναθεωρήσεις και να αναπτύσσει την εφαρμογή παράλληλα με το τρέχον σύστημά τους. 

    Το ταξίδι από την ιδέα στο προϊόν ξεκίνησε με μια σειρά ερευνητικών έργων μεταξύ της Yorkshire Water και του Πανεπιστημίου του Sheffield. Με το πέρασμα των χρόνων, η κεντρική ιδέα της ανάλυσης δεδομένων αποδείχθηκε σε ένα δείγμα  εγκαταστάσεων της Yorkshire Water.

    "Με τη δημιουργία ενός εξατομικευμένου δακτυλικού αποτυπώματος για τις εγκαταστάσεις λυμάτων που αντικατοπτρίζει τον τρόπο με τον οποίο το τοπικό δίκτυο ανταποκρίνεται στις βροχοπτώσεις και με την υπέρθεσή του στα μοτίβα της καθημερινής συμπεριφοράς, καταφέραμε να προσδιορίσουμε ποια είναι η" φυσιολογική  απόκριση κάθε εγκατάστασης", λέει ο Joby Boxall, καθηγητής μηχανικών υποδομών νερού στο Πανεπιστήμιο του Sheffield. 

    Ενώ οι αναλύσεις λειτούργησαν, ως ακαδημαϊκό έργο δεν σχεδιάστηκε για να είναι επεκτάσιμο ή ασφαλές και δεν βελτιστοποιήθηκε για εύκολη καθημερινή χρήση. Όταν η Siemens προσχώρησε στην ομάδα του έργου, τους ανατέθηκε η γνώση της επιστήμης των δεδομένων και η ομάδα του πανεπιστημίου ανέλαβε έναν δεύτερο σημαντικό ρόλο – την επικύρωση της αποτελεσματικότητας του τρόπου με τον οποίο η Siemens είχε αναπτύξει την ανάλυση δεδομένων και πώς αυτό συγκρινόταν με την υπάρχουσα λύση της Yorkshire Water. Μετά την επεξεργασία δεδομένων 21.300 ημερών, αυτή η ανεξάρτητη ανάλυση από το πανεπιστήμιο ενίσχυσε περαιτέρω την εμπιστοσύνη της Yorkshire Water σε αυτό το νέο εργαλείο.

    Ψηφιοποίηση σε ολόκληρο τον κύκλο του νερού

    Για να μπορέσει η βιομηχανία νερού να αξιοποιήσει στο έπακρο την ψηφιοποίηση, η Siemens έχει αναπτύξει τις Ψηφιακές λύσεις της Siemens για τη διαχείριση νερού και λυμάτων. Η επεξεργασία όλων των διαθέσιμων δεδομένων σε ένα ολοκληρωμένο μοντέλο δεδομένων καθιστά δυνατή τη βέλτιστη εκμετάλλευση του πλήρους δυναμικού όλων των συστημάτων. Η συνεπής, από άκρη σε άκρη ψηφιοποίηση των εγκαταστάσεων και των διαδικασιών βοηθά τη βιομηχανία νερού και λυμάτων να αντιμετωπίσει σήμερα σημαντικές προκλήσεις. 

    ΣΑΣ ΑΡΕΣΕ ΤΟ ΑΡΘΡΟ;

    ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ