Den næste store indsats inden for kunstig intelligens:At holde L.A.s vand strømmende efter jordskælvet

Kan kunstig intelligens redde L.A.-vandforsyningen fra et stort jordskælv?

USC-forskere er gået i gang med et innovativt projekt for at bevise, at det kan. Ved at bruge føderale midler, eksperter ved USC Center for Artificial Intelligence in Society (CAIS) arbejder sammen med Los Angeles by embedsmænd for at finde løsninger til sårbare VVS. Målet er at foretage kirurgiske forbedringer af strategiske rørledninger for at holde vandet flydende efter rystestop.

"L.A."s vandrør er meget modtagelige for jordskælv, " sagde Bistra Dilkina, assisterende professor i datalogi ved USC Viterbi School of Engineering og associeret direktør for CAIS. "Infrastrukturen ældes, og når rysten begynder, rør knækker og skader forplanter sig i hele systemet. Det er et problem, vi forsøger at løse«.

Projektet er en del af en større national forskningsindsats, der bruger AI til samfundsmæssigt gode, der involverer forskere ved USC. Det er et svar på nylige menneskeskabte og naturkatastrofer, såsom orkanen Katrina i 2005, olieudslippet Deepwater Horizon i 2010 og jordskælvet i Haiti i 2010.

Hurtige gevinster inden for computervidenskabelige områder som AI og maskinlæring bliver i stigende grad brugt til praktisk problemløsning i den private sektor. I stigende grad, offentlige myndigheder ser disse teknologier som en måde at beskytte liv og reducere omkostningerne.

Gå ind i byen L.A. og dens Department of Water and Power (DWP). Som en del af byens Resilience by Design-program, det planlægger at bruge $2,85 milliarder i de næste 10 år på at opgradere og erstatte kritisk infrastruktur, omkring halvdelen heraf vil gå til udskiftning af prioriterede vandledninger.

Forberedelse af L.A.-vandforsyningen til katastrofer

Arbejdet hænger sammen med bestræbelserne på at tilpasse byens vandforsyning til risici for tørke og klimaændringer og samtidig forbedre lokale vandkilder. L.A. importerer omkring 85% af sit vand via akvædukter, der er sårbare over for jordskælv i det sydlige Californien. Projektet "seismisk elastisk rørnetværk" med USC ville støtte disse bestræbelser med et mål om at minimere afbrydelse af vand til kritiske funktioner.

Byens embedsmænd er især bekymrede over vand, der er tilgængeligt til brandslukning i kølvandet på et stort jordskælv. Ifølge en risikovurdering udarbejdet af DWP, hundredvis af brande kan bryde ud i L.A.-bassinet, hvis fejl under metropolen brister. Brandslukningsevnen blev kompromitteret på grund af vandrørsbrud efter jordskælvet i Northridge, og brande ødelagde store dele af San Francisco i kølvandet på det store jordskælv i 1906.

"Med denne forskning, vi håber at få en bedre forståelse af byens indretning fra et kritisk infrastruktur- og strategisk brandslukningsperspektiv, " sagde Aaron Gross, chief resilience officer for City of L.A. "Ved at kortlægge, hvor kritisk infrastruktur er og bruge kunstig intelligens til at kortlægge andre kritiske funktioner i byen, vi kan bedre planlægge, hvor vi kan hærde vores vandinfrastruktur; mere specifikt, hvor man målretter udlægning af jordskælvsbestandige rør."

DWP opretholder omkring 7, 000 miles af vandrør, som betjener omkring 4 millioner mennesker over et 465 kvadratkilometer stort område. Omkring 30 % af byens originale støbejernsvandrør er mere end 80 år gamle og nærmer sig slutningen af ​​brugbarheden. Omkring 14 miles af rør er beregnet til udskiftning næste år, en sats, der understreger det kritiske behov for at bestemme, hvordan og hvor der skal opgraderes.

Målet er at identificere kritiske offentlige sikkerhedsfaciliteter - såsom hospitaler, brandstationer, politistationer og evakueringscentre koncentreret på udvalgte steder – hvor rørledningsopgraderinger kan gøre en stor forskel i en katastrofe. Ud over, Gross sagde, at byen håber at kunne levere et fejlsikkert netværk af jordskælvsbestandige rør, så brandmænd altid kan være inden for en kilometer fra en vandkilde for at bekæmpe bybrande.

Hvordan AI kan hjælpe med at forberede sig på et jordskælv

Det er den slags optimeringsudfordring, som AI er perfekt egnet til, sagde Dilkina.

AI har evnen til at simulere mange beregninger og scenarier på tværs af lag af data og kort for at skabe computermodeller for at søge efter de bedste muligheder, der tager højde for hele billedet, snarere end stykkevise beslutninger for individuelle rør. Med de resultater, Ingeniører kan koncentrere rørledningsopgraderinger strategisk på vigtige knudepunkter og de mest sårbare sektioner uden at skulle opgradere hvert stykke rør. AI får arbejdet gjort hurtigere, fordi det bruger algoritmer til at sortere kompleksitet.

"Vi vil erstatte aldring, gamle rør med jordskælvsbestandige rør. Men hvor skal man investere i nyt VVS? Hvis vi identificerer, hvor der er risiko og kritiske kunder, så kan vi bygge et undernetværk, der kan fortsætte og overleve et jordskælv, " sagde Dilkina.

De seneste jordskælv i Californien tyder på, at det er fornuftigt at gøre rørledninger klar til jordskælv.

I kølvandet på Ridgecrest-jordskælvene på 6,4 og 7,1 i juli, ingeniører identificerede flere rørledningsbrud. Under Northridge-skælvet med en styrke på 6,7 sprængte vandledninger oversvømmede nogle bygader.

Eksperter ved U.S. Geological Survey (USGS) og Southern California Earthquake Center (SCEC) ved USC estimerer en en-ud-fem chance for et jordskælv med en styrke på 7,0 eller større på den sydlige San Andreas-forkastning inden for 30 år. Den del af forkastningen går fra Saltonhavet gennem Cajon Pass til Palmdale; det er blevet identificeret som den sandsynlige kilde til The Big One, et stort jordskælv, der ville slå den vidtstrakte L.A.-region. Også, oddsene for endnu et jordskælv på størrelse med Northridge i L.A.-metrobassinet er omkring 60 % over de næste tre årtier, siger rapporten.

Et hypotetisk scenarie fra USGS, assisteret af SCEC, viser, at et stort jordskælv på den sydlige San Andreas-forkastning ville forårsage omfattende skader på de vandsystemer og akvædukter, der understøtter L.A.

Det seismisk elastiske rørnetværksprojekt for DWP er finansieret af en $280, 000 tilskud fra Critical Infrastructure Resilience Institute, et amerikansk Department of Homeland Security-center ved University of Illinois i Urbana-Champaign. Dilkina, hovedefterforskeren, sagde, at forskningen vil tage et år at fuldføre, hvorefter resultaterne vil blive indsendt til byens embedsmænd og senere indsendt til offentliggørelse i et videnskabeligt tidsskrift.