В северните части на Съединените щати и Канада собствениците на жилища проверяват своите снегорини, запасяват дърва за огрев и източват тръби на открито в подготовка за студено време. За общините обаче зимните водопроводи не са толкова лесни - тръбите пътуват дълги участъци под земята, а през това време на годината замръзналата почва и температурните различия причиняват фини пукнатини в пълни течове, често с катастрофални резултати.
От време на време виждате новинарски статии за мивки и водопроводи, но проблемът всъщност е далеч по-широко разпространен, коварен и въздействащ от странната пропаст в градска улица.
Американското общество на строителните инженери изчислява в своята карта за доклади за инфраструктурата за 2017 г., че в САЩ годишно се случват 240 000 главни счупвания на вода, като 2 трилиона галона пречистена питейна вода се изтичат. Това означава, че 14 до 18 процента от водата, третирана всеки ден, се губят, достатъчно за обслужване на 15 милиона домове. И се влошава; проучване от 2018 г. от държавния университет в Юта установи, че тръбите в САЩ и Канада са нараснали с 27 процента през последните шест години. Освен това сметките за вода, платени от клиентите, не са достатъчни за финансиране на водната инфраструктура, а Американската асоциация за водни работи оценява цена от 1 трилион долара, за да я поправи. При много развиващи се страни проблемът е по-лош; консервативната оценка на Световната банка предполага, че 35 процента от водата, пусната в разпределителните системи, може да бъде загубена в 44-те страни, които са изследвали. Годишно по целия свят се губи около 14 милиарда долара годишно.
Противопоказано, малки течове (по-малко от 10 галона в минута) дори не се наричат течове и не се броят към броя на ASCE от 240 000. Тези по-малки, трудно откриваеми пукнатини се наричат "потенциални течове" - за да бъдат наречени теч, пукнатината трябва да отделя достатъчно вода, за да се вижда добре от земята. Но потенциалните течове стават течове, а течовете стават счупвания и милиони галони (и долари) проникват или изливат в земята.
Какво трябва да се направи град?
Най-добрите практики според Американската асоциация за водоснабдяване започват с воден одит, изчисляване на количеството вода, което би преминало през идеално ефективна система, и сравняване с количеството, което всъщност се използва от потребителите, известен като „вода за приходи“.
„Водната ефективност е доста добре развит сегмент в индустрията, където търсите да се опитвате да наблюдавате ефективността на вашата система по отношение на приходите и водата без приходи“, казва Денис Мути, президент на C3 Water, който работи с общините в югозападен Онтарио да планират и оптимизират водните системи, включително питейните и отпадните води.
Резултатът от този одит дава на градовете някаква представа колко вода се губи. За да ги смекчат, те често наемат изпълнители, които да търсят течове. Обикновено откриването на теч включва изчакване за това видимо доказателство или систематична проверка на цели системи, отваряне на хидранти или изкопаване на тръби, за да се поставят слухови сензори върху тях с надеждата да чуят теч.
На стотици мили един от друг, два различни изобретатели се набиват на все по-малки течове по два много различни начина. Единият е слушане, внимателно и с помощта на изкуствен интелект, за фини промени в звука на течаща вода; другата използва мек робот, за да се чувства внимателно за нежния влекач, направен от диференциала на налягането на малък теч. Всяка от тях си партнира с различни общини и всяка от тях възнамерява да спаси част от тези милиони галони от бягство в земята.
Когато You Wu растеше в Шанхай, веднъж седмично в четвъртък, неговият квартал ще изключи водата на своите граждани, като начин за опазване и предотвратяване на недостига на вода. „Те затварят водата в моята общност, което засяга може би една четвърт милион души до половин милион души“, казва Ву, който се премести в САЩ през 2008 г. и присъства на MIT. „Чувствах се, че сме страхотни граждани, помагахме на града да запази водата. Докато дойдох в MIT, разбрах, изчакайте секунда, ние пестим вода, но в същото време от 20 до 30 процента от чистата вода е загубена от течове в същата система. “
Той започна да се забърква със сензори, чудейки се дали има по-добър начин да открие течове, преди да станат достатъчно лоши, за да чуят - или както правят някои градове, чакайки, докато тръбите се отворят изцяло. Повече от шест години работи по проекта, след като завърши компания, след дипломирането си създаде компания, Watchtower Robotics. Тази компания едва сега започва пилотни програми за внедряване на третия прототип на Ву, мек робот с форма на бадминтон, наречен Lighthouse, който се плъзга по тръбите с потока на водата. Докато пътува, гъвкавите сензори наблюдават набор от плавници в основата на робота за малките влекачи, които се случват, докато преминават разликите в налягането, образувани от течове. В крайна сметка той изскача от пожарен хидрант надолу по веригата и операторите използват данните, за да изчислят къде може да бъде изтичането. За този процес Ву е получил 10 патента, а компанията му ги лицензира от MIT. Устройството може да открие изтичане само с 1 галон в минута
Докато Маякът пътува, гъвкавите сензори наблюдават набор от плавници в основата на робота за малките влекачи, които се случват, докато преминава разликата в налягането, образувана от течове. (С любезното съдействие на изследователите) В замръзналия север - Ватерлоо, Онтарио - група изследователи модифицират по-традиционния метод, слушайки течове с помощта на изкуствен интелект. Подобно на Watchtower Robotics, целта е да се идентифицират все по-малки течове. Те са твърде малки, за да се открият чрез промени в налягането и трудно се различават от фоновия шум, от който има много, когато изпомпвате куп вода през тръби. Всъщност не е напълно точно да се каже, че те слушат изобщо. Устройството им, описано в неотдавнашна статия в Urban Water Journal, е потънало във водата под пожарен хидрант и използва хидрофонични сензори за наблюдение на вибрациите във водата за всичко, което е необичайно. Чрез процес, наречен анализ на спектър на сигнала, AI математически деконструира сигнала в компоненти и ги сравнява с непропускливи вибрации.
„Ако погледнете суров или цял сигнал, не можете да разграничите много лесно [пропускащи и непропускливи звуци] много лесно“, казва Роя Коди, докторант от Университета на Ватерлоо, автор на статията на Urban Water Journal . "Но ако погледнете подкомпонентите, течовете и околната среда изглеждат много различно."
За да обучат този AI - тоест, за да му дадат основа за изтичане и непропускане на сценарии, с които да се сравняват - изследователите изградиха мрежа от 6-инчови PVC тръби с диаметър в своята лаборатория, в комплект с T-кръстовища, пожарен хидрант и симулирани течове, разположени на различни разстояния от хидрофона. Свързали са го директно с общинската водна система Waterloo, която работи на 50 паунда на квадратен инч.
Резултатът е система, която може да бъде внедрена постоянно, да работи във фонов режим и да предлага сигнали, когато е компрометирана тръба; хидрофоните в хидрантите остават там и работят постоянно, вместо да се налага да бъдат поставяни и експлоатирани за търсене на течове.
Сравнявайки своя робот с AI на Waterloo, Ву посочва важни различни случаи на използване на технологиите. В градска система плътността на тръбите и сложната мрежа се поддава на слушателни устройства, особено с помощта на компютърна интелигентност, която може да помогне за анализиране на данните, вместо да разчита само на обучени техници. Но преместването в предградията или селските райони и дългите участъци от тръби - понякога само няколко къщи над километри тръбопроводи - ще изискват твърде много хидрофони, за да бъдат практични. Роботът му свети тук; просто го пуснете в хидрант и го вземете отново, мили надолу по линията.
Наградата на Джеймс Дайсън кръсти фара за нейния национален победител в САЩ през 2018 г. Изобретателите сега участват в опити и партньорства, за да набират своите продукти и да ги подготвят за пазар. Компанията на Mutti е индустриален партньор на Университета в Ватерло и помогна на тази лаборатория да получи стратегически грант от Съвета по природни науки и инженерни изследвания на Канада, за да доразвие технологията и да я тества в Гелф, Онтарио. Междувременно, Watchtower Robotics наскоро завърши първия си пилотен проект в Коридън, Индиана, и планира още два в Бостън и Сан Антонио. Успехът на всяка от компаниите ще означава по-малко катастрофални пробиви и по-малко хора, които копаят тръби.
"В края на деня всяко от тези почивки, които се случват, отнема истински хора, често в много неприятни условия, да излязат, да изкопаят, да направят ремонт, обикновено в много кратък ред", казва Мути. „Колкото повече неща можем да направим, за да улесним това и да им дадем по-добри инструменти за това, е от голяма полза не само за хората, които плащат сметка за вода, но и за обществото като цяло.“
