Undichte Rohre sind ein unerkennbarer "Feind" im "Kampf" um die Wassereinsparung.Dies führt zu einem globalen Durchschnitt von 301 TP3T an Trinkwasserverlusten in den Leitungen.In einigen Regionen liegt der Prozentsatz sogar bei 70%.Diese Lecks sind oft schwer zu lokalisieren, aber eine innovative KI-Technologie ändert dieses Dilemma und macht die Lecksuche schneller und genauer.
Ein markantes weißes "X" kennzeichnet einen undichten Hydranten im San Tan Hose District im Südosten von Phoenix, USA. Es handelt sich um ein mittelgroßes Leck, aus dem zwischen drei und sieben Gallonen pro Minute austreten. Obwohl es auf den ersten Blick unbedeutend erscheint, kann sich ein solches Leck zu einer gewaltigen Wassermenge summieren, die ausreicht, um den täglichen Wasserbedarf von 43 Haushalten pro Tag zu decken.
Das Leck wies keine der typischen Anzeichen für ein Wasserleck auf, weder Pfützen, noch unerwartetes Grün in einer Wüstenlandschaft, noch eingestürzte Straßenbeläge. Das Wasser, das langsam aus dem Boden des Hydranten sickerte.
Dieser Zustand wird wahrscheinlich erst beim nächsten Hydrantenwartungszyklus entdeckt, und dieser Zyklus kann bis zu fünf Jahre dauern.
Jacob Rogers.Abteilungsleiter bei EPCOR, dem größten privaten Wasserversorgungsunternehmen in Arizona
Glücklicherweise war dieses Leck jedochVon FIDO Tech entwickelte AI-Akustik-ToolsErkennen und markieren Sie im Voraus.Dieses Tool ermöglicht nicht nur die genaue Lokalisierung von Lecks, sondern auch die Priorisierung von Lecks nach ihrer Größe, was den Wasserversorgern hilft, die Reparaturarbeiten effizient durchzuführen.FIDO mit Hauptsitz in Oxford, Großbritannien, arbeitet mit Versorgungsunternehmen wie EPCOR und der Kommission für Wasserressourcen des mexikanischen Bundesstaates Querétaro zusammen, um diese technologische Innovation voranzutreiben. Die Partnerschaft ist Teil der Global Water Replenishment Initiative von Microsoft, die darauf abzielt, die Wasserressourcen zu verbessern, indem das Wassermanagement in Microsofts weltweitem Betriebsnetz, einschließlich der Wassereinzugsgebiete um seine Rechenzentren, optimiert wird.
Ein FIDO-Sensor, der an einem Rohranschluss in einem Kontrollschacht in London installiert ist. Foto mit freundlicher Genehmigung von Microsoft.
Bis Ende Juni 2024 hat Microsoft ein globales Portfolio von über 75 verschiedenen Wasseranreicherungsprojekten aufgebaut.
◉ In Fargo, North Dakota, arbeitet Microsoft gemeinsam mit dem Audubon Dakota Project an derWiederherstellung ausgedehnter Grasland-Lebensräume.;
◉ in enger Zusammenarbeit mit einem Team in Kapstadt, Südafrika.Eindämmung der Ausbreitung invasiver Arten und sorgfältige Wiederherstellung von Wassereinzugsgebieten.
Darüber hinaus erwirbt Microsoft im texanischen Comal County aktiv Grunddienstbarkeiten für den Naturschutz, um die EdwardsGrundwasseranreicherung und -rückgewinnung.
◉ In New Mexico unterzeichnete Microsoft eine Vereinbarung mit dem Jicarilla Apache Tribe über die Zusammenarbeit bei derSchutz von gefährdeten Fischartenund die Wassersicherheit des Staates erheblich verbessern.
Und im indischen Bundesstaat Karnataka konnte Microsoft durch dieProjekt zur TeichsanierungDadurch wird die Verfügbarkeit von Grundwasserressourcen für die örtliche Bevölkerung effektiv verbessert.
Wir finanzieren auch Projekte, die die Effizienz der Wassernutzung verbessern und den Gesamtwasserverbrauch reduzieren, wodurch die Wasserverfügbarkeit in Wassereinzugsgebieten und lokalen Gemeinden erhöht wird.
Eliza Roberts.Direktor für Wasserressourcen, Microsoft
Die Partnerschaft von Microsoft mit FIDO ist ein Beispiel dafür. Seit 2023 hat Microsoft einen Vertrag mit Thames Water über die Erkennung von Wasserlecks in Teilen von London. Darüber hinaus half Microsoft FIDO bei der Verbesserung seiner Technologie zur Erkennung von Wasserlecks während des Microsoft Hackathon in London.Die KI-Tools von FIDO stützen sich auf die OpenAI-Dienste GPT-4 und Microsoft Azure OpenAI, um die Erkennung akustischer Lecks auf eine ganz neue Ebene zu heben.
Die KI-Technologie von FIDO analysiert Daten in Sekundenschnelle und identifiziert sofort die einzigartigen Merkmale eines Pipeline-Lecks. Foto mit freundlicher Genehmigung von Microsoft.
Die KI-Technologie von FIDO sammelt akustische Daten von kleinen mobilen Sensoren, die am Wasserleitungsnetz angebracht sind, "und dann lassen wir sie von der KI intelligent auf globaler Ebene analysieren. Wir müssen das Material, die Tiefe oder die Abmessungen des Rohrs nicht kennen, wir lassen die KI-Technologie einfach das Geräusch eines Lecks aus den komplexen akustischen Daten erkennen.Trotz der lauten Sanitärumgebung kann die KI den Lärm durchdringen und Lecks aufspüren."erklärt Victoria Edwards, CEO und Mitbegründerin von FIDO.
FIDO bewirbt seine KI-Leckerkennungstechnologie auch über die Plattform Water United, ein neues Projekt, das von Microsoft und anderen Partnern ins Leben gerufen wurde, um den öffentlichen und den privaten Sektor im Colorado River Basin zu vereinen und die Wasserprobleme anzugehen.
Microsoft trägt die Kosten für die Lecksuche bei FIDO, während das Wasserversorgungsunternehmen die Kosten für die Leckreparatur übernimmt. Roberts sagte, dass die mit Microsofts Unterstützung eingesparte Wassermenge auf die Ziele der Wasseranreicherung angerechnet wird, und zwar auf der Grundlage des Verhältnisses von Microsofts Investition zu den Gesamtkosten der Lecksuche und -reparatur.
01 Wasserleckagen sind viel mehr als nur Wasserverschwendung
Die Beseitigung von Lecks in kommunalen Wasserleitungen ist nicht nur eine Frage der Wassereinsparung, sondern wirkt sich auch auf die Verfügbarkeit von Wasser für die Kunden und Gemeinden aus, die von den Wasserunternehmen versorgt werden. Für die Gemeinden bedeuten Leckagen nicht nur einen direkten Wasserverlust, sondern auch erhebliche Instandhaltungskosten, die als "Non-Revenue Water" bezeichnet werden, weil sie nie die Häuser der zahlenden Kunden erreichen. Die Kosten für diesen Verlust werden jedoch letztlich von allen getragen.
"Wir haben eine Reihe von in Schwierigkeiten geratenen Wasserversorgungsunternehmen in Arizona mit Wasserverlusten zwischen 301 TP3T und 401 TP3T erworben."Shawn Bradford, EPCORs Senior Vice President für Wasserregulierung in Arizona und New Mexico, gibt zu:"Um die Leckageverluste auszugleichen, mussten wir die Pumpkapazität von 40% erhöhen, um die Nachfrage nach Wasser aus Brunnen oder Wasseraufbereitungsanlagen zu den Haushalten zu befriedigen, was zweifellos zu enormen Mehrkosten führte, die letztlich von allen Kunden getragen wurden."
▲ San Tan Valley.
ist eine blühende Gemeinde in der Wüste von Arizona.
EPCOR konnte den Prozentsatz des nicht in Rechnung gestellten Wassers aufgrund von Leckagen und Verlusten von 271 TP3T auf etwa 101 TP3T senken, eine Leistung, die größtenteils auf die Einführung der FIDO-Technologie zurückzuführen ist.Edwards von FIDO beschreibt, dass sich die von FIDO angebotenen maßgeschneiderten Sensoren nahtlos in alle Arten von Rohrleitungsinstallationen einfügen lassen, sei es an einer leicht zugänglichen Stelle, einem Hydranten Hydranten, in Ventilen oder in der Nähe von Wasserhähnen, die alle einen präzisen Einsatz ermöglichen.Im 160 Quadratmeilen großen Versorgungsgebiet von San Tan wurde das EPCOR-Pipelinesystem mit 4.554 dieser hochmodernen Sensoren ausgestattet, die in der Lage sind, alles zu erfassen, selbst die leisesten Geräusche.
Der Schall breitet sich in verschiedenen Medien unterschiedlich aus, genau wie die Instrumente in einem Schulorchester: Posaunen haben lange Rohre und einen gedämpfteren Klang als Trompeten, die kürzere Rohre und höhere Frequenzen haben. Es ist erwähnenswert, dass die größten Lecks in der Regel am leisesten sind und vom menschlichen Ohr nur schwer wahrgenommen werden können, insbesondere in Kunststoffrohren.
Victoria Edwards.Vorstandsvorsitzender und Mitbegründer, FIDO
Versorgungsunternehmen verlassen sich schon lange auf akustische Geräte, um Lecks aufzuspüren, und die FIDO-Technologie ist ein Quantensprung nach vorn.Es nutzt KI-Algorithmen mit tiefem Lernen, um die von den Sensoren gesammelten riesigen Datenmengen genau zu analysieren.Der Algorithmus ist in der Lage, die Quelle des Geräuschs zu erkennen, sei es ein undichtes Wasserrohr oder andere Störquellen wie mechanische Geräusche oder das Dröhnen eines Zuges, und er kann die Größe des Lecks genau einschätzen und seinen Standort genau bestimmen. Ein weiteres Highlight der FIDO-Technologie ist, dass das KI-System die Interaktion in natürlicher Sprache unterstützt, was die Bedienung für die Techniker der Versorgungsunternehmen erheblich vereinfacht.
EPCOR hat zwar akustische Leckdetektoren eingesetzt, doch die meisten neuen Pipeline-Infrastrukturen bestehen aus Kunststoff oder Polyvinylchlorid (PVC), die keine Resonanzeigenschaften aufweisen, was für die Branche ein schwieriges Problem darstellt, da Lecks in Kunststoffrohren nicht den Resonanzeffekt erzeugen, der bei Metallrohren auftritt. Aber FIDO kann diese Eigenschaft bei Kunststoffrohren erreichen.
Außerdem, so Bradford, eignen sich Kunststoffrohre besser für die Bodenchemie im Südwesten der Vereinigten Staaten und sind das bevorzugte Material in der Region San Tan Valley. San Tan Valley ist in den letzten drei Jahrzehnten schnell gewachsen und bleibt eine der am schnellsten wachsenden Gemeinden in den Vereinigten Staaten. Das Versorgungsunternehmen verwendet auch Metallrohre, die zum Teil 60 bis 70 Jahre alt, aber noch in gutem Zustand sind. Abgesehen von der Alterung können Rohre aus verschiedenen Gründen brechen, z. B. durch Bodenverschiebungen aufgrund von Frost-Tau-Zyklen. In dem schnell wachsenden San Tan Valley werden Baugebiete oft zu Gebieten mit hohen Leckagen.
Rogers wies darauf hin, dass sich die Versorgungsunternehmen vor der Einführung der FIDO-Technologie auf die Verwendung von Satellitenbildern verließen, um Anzeichen von Wasserlecks, wie z. B. ungewöhnliches Vegetationswachstum, zu erkennen. Doch das Wachstum der Vegetation braucht Zeit, und der Erkennungszyklus ist lang. Im Gegensatz dazu kann FIDO Lecks schnell lokalisieren.
02 Schnelle, flexible Lösungen
Das KI-System von FIDO wird auch die Netzkarte des Versorgungsunternehmens auf intelligente Weise analysieren und optimale Standorte für den Einsatz von Sensoren vorschlagen, um blinde Flecken bei der Überwachung zu vermeiden, und zwar mit schnellem und sofort verfügbarem Feedback, so Edwards. Dies ermöglicht sowohl kurzfristige Tests als auch eine langfristige Überwachung. Die Sensoren sind leicht zu bewegen und können je nach Bedarf verschiedene Bereiche des Netzes überwachen.
Nach der Reparatur eines Lecks können Sensoren auf beiden Seiten des Lecks angebracht werden, um die Wirksamkeit der Reparatur zu überprüfen oder um zu überwachen, ob Aushubarbeiten ein neues Leck verursacht haben. Diese Sensoren können dann in andere Bereiche des Netzes verlegt werden, um die Überwachung fortzusetzen. Gleichzeitig kann das KI-System von FIDO die Menge des austretenden Wassers abschätzen, so dass es einfacher ist, die Reparaturarbeiten nach dem Ausmaß der Auswirkungen zu priorisieren.
Undichte Hydranten, die mit einem "X" gekennzeichnet sind, werden schnell repariert, weil die Dichtung versagt. Doch nicht alle Lecks lassen sich so einfach beheben. Die Reparatur von unterirdischen Leitungen erfordert Aushubarbeiten, und eine genaue Positionierung ist entscheidend, um unnötige Schäden an Straßen, Gehwegen oder Höfen zu vermeiden. Dies verringert nicht nur die Verkehrsbeeinträchtigung, sondern auch die Kosten für die Neuverlegung des Rohrs nach der Reparatur - je kleiner der Aushubbereich, desto geringer die Kosten.
Bradford erzählte von Beispielen schwieriger Leckagen, die er an verschiedenen Orten vorgefunden hat, z. B. in Edmonton, Kanada, wo Bradfords Team eine Quelle aufspürte, aus der täglich 13 Millionen Gallonen Wasser austraten, aber vier Tage brauchte, um sie schließlich zu finden. Die Tatsache, dass Edmonton eine Großstadt mit vielen Einwohnern und extrem schwankenden Wetterbedingungen ist, macht die Lecksuche noch schwieriger. Das Leck befand sich in einem Neubaugebiet, in dem das Wasser aus dem Boden in das Regenwassersammelsystem sickerte, so dass es schwer zu erkennen war.
Im Vergleich dazu.EPCOR hat in einem Jahr mehr als 250 Lecks in San Tan Valley, Arizona, gefunden.
Die Reparatur von Lecks ist ein ständiges Unterfangen, und Edwards von FIDO stellt fest: "Es entstehen ständig neue Lecks. Umweltfaktoren wie Bodensenkungen, Bautätigkeiten und Korrosion tragen alle dazu bei. Selbst winzige Lecks in Rohren sind wie Hohlräume: Sie heilen nicht von selbst, sondern müssen rechtzeitig repariert werden."
Die kontinuierliche, nicht enden wollende Wartung von Pipelines hat Microsoft dazu veranlasst, ein 10-jähriges KI-Leckerkennungsprogramm mit FIDO und den Versorgungsunternehmen, die es beliefert, zu vereinbaren.
Roberts betonte: "Die Wasserproblematik ist komplex und entmutigend, aber die Möglichkeiten, Wasser zu sparen und seinen Wert zu maximieren, sind es nicht.Der Einsatz von KI-Technologie zur Identifizierung und Überprüfung von Leckreparaturen ist nur ein Beispiel dafür. Wir freuen uns darauf, unseren Einfluss auf den Schutz der Süßwasserressourcen durch Partnerschaften wie diese auszuweiten."
