16 ноября 2021 года

Ограниченные в ресурсах города США берут на вооружение дронов, искусственный интеллект и прочие инновации, чтобы обследовать и привести в порядок устаревающие канализационные системы страны. По всей Америке под нашими ногами змеятся сотни тысяч километров темных сырых туннелей. Как утверждают профессионалы-инспекторы, эти каналы для сточных и ливневых вод доверху набиты всевозможными опасностями, включая различных существ (крыс и аллигаторов), загрязнения («фатберги» — т.е. жировые и / или минеральные отложения) и ядовитые газы в концентрациях, достаточных, чтобы разъесть бетон. Защита этих стареющих подземных артерий от разлива их токсичного содержимого — чрезвычайно сложная задача, которая обходится на десятки миллиардов долларов в год дороже, чем большинство городов США могут себе позволить. Вот почему муниципалитеты и обслуживающие их сервисные подрядчики прибегли к целому ряду технологических инструментов, обладающих уникальным потенциалом для исследования, диагностики и ремонта канализационных систем новыми и более доступными способами. В их арсенале есть летающие дроны, ползучие роботы и дистанционно управляемые плавательные машины. Они вооружены камерами, эхолокаторами, лазерными и другими датчиками, а в некоторых случаях — инструментами для устранения препятствий. Чаще всего это водоструйные резаки, способные прорезать бетон, корни деревьев и гигантские скопления жира и средств личной гигиены, известные как «фатберги». Некоторые из них даже могут отремонтировать протекающие трубы с помощью пластика, отверждаемого ультрафиолетом. Среди применяемых инструментов также можно отметить системы искусственного интеллекта для автоматизации трудоемкого процесса каталогизации дефектов канализационных и водопропускных труб, а также для определения приоритета ремонта в зависимости от состояния труб и их местоположения.
«В совокупности все эти технологии переворачивают целую отрасль, которая всегда отличалась медленными темпами цифровизации,» — комментирует Грегори Бэрд, бывший финансовый директор, отвечающий за инфраструктуру водоснабжения и водоотведения в городах Калифорнии и Колорадо, а в настоящее время — консультант по проблемам устаревающей городской инфраструктуры водоснабжения и канализации.
«В последние несколько лет я наблюдал за индустрией и часто задавался вопросом: «Когда же искусственный интеллект и машинное обучение доберутся до области водоснабжения и канализации?» — говорит он. Он считает, что с появлением программного обеспечения, способного получать данные от роботов, исследующих туннели, и автоматически определять дефекты канализационных систем, в сочетании с другими цифровыми решениями, способными предсказать, что может выйти из строя в следующий раз, можно сказать, что этот день наконец-то наступил.

В США почти полтора миллиона километров канализационных сетей. Сотни муниципальных систем сточных вод, состоящих из этих подземных магистралей, давно нуждаются в масштабном ремонте и замене. Среди проблем: старые стальные, глиняные и бетонные трубы, чей срок службы уже подходит к концу; погодные катаклизмы, усиливающиеся из-за изменения климата; и ужесточение экологических норм. Последствия сбоя таких систем серьезны: вспышки эпидемиологических заболеваний, затопление домов и предприятий сточными водами и загрязнение большей части национальных водотоков, озер, пляжей и других водяных систем. По данным Американского общества инженеров-строителей (ASCE), в 2019 году (последнем году, за который имеются данные) общие расходы на физическую инфраструктуру сточных вод в США составили 48 миллиардов долларов, в то время как общая потребность в финансировании составила 129 миллиардов долларов. Дефицит финансирования составляет 81 миллиард долларов. Только что принятый инфраструктурный план на 1 триллион долларов включает 55 миллиардов долларов на развитие и ремонт систем, связанных с водными ресурсами. Менее половины этой суммы предназначено специально для сточных вод, в том числе на гранты и ссуды под низкие проценты муниципалитетам и штатам на ремонт их систем. Это большие деньги, но это все равно лишь капля в море по сравнению с тем, что ASCE и Агентство по охране окружающей среды (EPA) считают необходимым финансированием. Вот один из результатов такого дефицита: сотни муниципалитетов были признаны нарушителями Закона о чистой воде 1972 года, из-за чего Агентство по охране окружающей среды было вынуждено прибегнуть к штрафным санкциям. Например, в апреле 2021 года город Хьюстон подписал с EPA соглашение, которое предусматривает дополнительные расходы в размере 2 миллиардов долларов в течение следующих 15 лет на модернизацию системы сточных вод и устранение повторяющихся засоров и переливов канализационных сетей. Отчасти главная проблема, для решения которой и применяются технологии, заключается в абсолютной сложности исследования этих лабиринтов в целях нахождения дефектов и повреждений таких систем. Чарльз Рей, пилот беспилотного летательного аппарата в Flyability, производящей особые ударостойкие модели дронов, способные летать через канализационные туннели, исследовал системы под городами по всей Европе, Азии и Америке. Одно из его самых запоминающихся путешествий было через коллекторы под китайским городом Ганьчжоу — настолько старым, что отдельные участки туннелей были построены во времена династии Сун, правившей с 960 по 1279 год. «Мы нашли то, о чем местные инспекторы даже не подозревали, в том числе старые лестницы,» — вспоминает Рей.
Как говорит Сэм Макдональд, президент Deep Trekker, «Несмотря на то, что даже самые устаревшие канализационные системы США намного моложе, чем этот тоннель, очень часто власти муниципалитетов бывают не в курсе, что конкретно находится под их городами». Ее компания специализируется на создании дистанционно управляемых транспортных средств для исследования затонувших кораблей, но она столкнулась с неожиданным интересом со стороны компаний, занимающихся инспекцией сточных вод. Бум спроса пришелся на период, когда некоторые подрядчики впервые начали использовать дистанционно управляемую машину Deep Trekker для исследования канализационных труб. Теперь «дрон-ползун» компании используются во всем мире для инспекции канализационных систем. За последние два десятилетия колесные гусеницы с камерами видеонаблюдения стали стандартным решением для осмотра таких сетей.
«Несмотря на значительную конкуренцию в отрасли со стороны различных производителей из США, Европы и Китая, такие дроны недешевы — отчасти потому, что они должны быть чрезвычайно прочными,» — комментирует Джейк Уэллс, директор по маркетингу в Envirosight. Такие роботы на гусеничной платформе обычно стоят около 70 000 долларов за единицу и должны выдерживать многочасовые нагрузки в грязи, жире и агрессивной сероводородистой среде. (Сероводород — естественный побочный продукт бактериальных экосистем, «проживающих» в канализации).

Ускорение процесса инспекции канализации с помощью этих роботов путем автоматического определения дефектов в канализационных трубах — такова была главная цель основателей Sewer AI, созданной в 2019 году в Уолнат-Крик, штат Калифорния.
По словам Мэтью Розенталя, генерального директора и соучредителя Sewer AI, для первоначального обучения своей системы компьютерного зрения автоматическому выявлению и классификации дефектов в канализационных трубах, компания запросила у городов копии видеороликов осмотров канализаций. Сегодня у компании есть видеотека из миллионов метров канализационных труб, записанная в ходе более чем 100 000 проверок. В систему постоянно поступают свежие данные из инспекций, проводимых клиентами Sewer AI. HK Solutions Group, которая проводит инспекции канализационных сетей в более чем 150 муниципалитетах США с численностью населения от 5000 до 5 миллионов человек, ежемесячно отправляет Sewer AI видеозаписи примерно 60 000 метров канализационных труб для автоматической идентификации и определения дефектов, как утверждает Майкл Ингхэм, ее главный директор по продажам. В результате то, на что раньше уходило несколько недель или месяцев обработки сертифицированными инспекторами-людьми, теперь можно выполнить всего за один день. «Мы больше не нуждаемся в субъективной человеческой оценке канализационных систем в отношении того, что является дефектом, а что нет, и какова серьезность этого дефекта,» комментирует Ингхэм. «Сегодня такое определение рутинно выполняется силами ИИ». Традиционным методам инспекции канализационных сетей до сих пор не хватает точности, и такие работы могут очень дорого стоить. По словам консультанта Бэрда, структуризация проблем в системах очистки сточных вод, собираемых инспекторами-людьми с использованием гусеничных роботов, дает около 20% ошибочных заключений. «Люди могут устать и упустить что-то важное: плюс, сидеть и смотреть на проточную воду, на крыс, на фекалии в канализационных трубах и думать, что проведешь следующие 10 лет свои жизни именно так... это не стимулирует активную аналитическую деятельность,» — добавляет он.
После того, как муниципалитеты полностью картируют свои системы, (на это могут уйти годы), роботы таких компаний, как нидерландская Sewer Robotics, смогут производить ремонт без необходимости выкапывать трубы. После разбивания водоструйными резаками фатбергов и других препятствий робот может наложить на трубу заплатку — гильзу, полностью закрывающую внутреннюю часть трубы, — и «припаять» ее с помощью ультрафиолетового излучения.
«Процесс работает даже при активной протечке воды,» — говорит Барт ван дер Залм, менеджер по продажам Sewer Robotics. По его словам, гусеничные роботы с разнообразным навесным оборудованием использовались в Европе в течение многих лет, но индустрия очистки сточных вод в США не спешит внедрять такие технологии. Действительно, такие технологии дают возможность подрядчикам и муниципалитетам инспектировать, а иногда и ремонтировать канализационные системы гораздо быстрее и экономичнее, чем раньше. Пожалуй, единственное, на что они не способны, — это повысить осведомленность общественности о дефиците государственных инвестиций, необходимых для решения проблем устаревающей канализационной инфраструктуры.
«Когда едешь под старым мостом, ты видишь растрескавшийся бетон и ржавые балки,» — говорит Уэллс из Envirosight. Как он говорит, канализация во многих отношениях сталкивается с гораздо более серьезными проблемами, чем печально известная хрупкая наземная инфраструктура Америки.

Но насколько серьезны эти проблемы, настолько же они и не заметны для обычного глаза — по крайней мере, пока не становится слишком поздно.

Ссылка на источник: https://www.wsj.com/articles/robots-vs-fatbergs-high-tech-approaches-to-americas-sewer-problem-11636779629?mod=Searchresults_pos1&page=1