نوآوری در نشتیابی: ترکیب هوش بیولوژیک و فناوریهای ماهوارهای
در دنیای امروز که با چالشهای جدی در زمینه کمبود آب مواجه هستیم، استفاده از روشهای خلاقانه برای حفظ این مایه حیاتی بیش از هر زمان دیگری ضروری است. شرکت «پورتسموث واتر» (Portsmouth Water) در اقدامی جالب و نوآورانه، از سگهای آموزشدیده مخصوص نشتیابی برای شناسایی نشتیهای پنهان در شبکه آبرسانی استفاده میکند. این رویکرد که تلفیقی از تواناییهای بیولوژیکی و مدیریت مدرن است، نشاندهنده اهمیت یافتن راهکارهای عملیاتی برای کاهش هدررفت آب است.
یکی از جدیدترین اعضای این تیم چهارپا، سگی به نام «کیلو» (Kilo) است که توانست تنها در دومین روز کاری خود، با موفقیت یک نشتی را در لوله اصلی ۱۸ اینچی در نزدیکی منطقه چیچستر (Chichester) شناسایی کند.
با نزدیک شدن به ماههای سرد سال، احتمال وقوع نشتی در لولههای آب بهطور قابلتوجهی افزایش مییابد. دلیل این امر، انقباض و انبساط لولهها ناشی از تغییرات سریع دما است که منجر به ترکیدگی و شکستگی در خطوط انتقال میشود. شرکت پورتسموث واتر با اتخاذ رویکردی پیشگیرانه و استفاده از رویکردهای نوآورانه، در تلاش است تا از این چالشهای فصلی پیشی بگیرد. در این راستا، سگهای ردیاب اکنون نقشی حیاتی و مهم را در استراتژیهای این شرکت ایفا میکنند. این اقدام نهتنها یک گام عملیاتی است، بلکه پیامی مهم برای متخصصان حوزه آب و علاقهمندان به اخبار آب دارد که راهکارهای سنتی به تنهایی پاسخگوی نیازهای امروز نیستند.
تیمهای تخصصی در سراسر جهان همواره به دنبال روشهایی هستند که سرعت و دقت را در عملیاتهای میدانی افزایش دهند. برای دنبالکنندگان مرکز بینش آب که به دنبال جدیدترین روشها در حکمرانی آب و نگهداری زیرساختها هستند، این خبر نمونهای عالی از ترکیب طبیعت و صنعت است. استفاده از سگهای آموزشدیده در کنار تجهیزات پیشرفته، نشان میدهد که امنیت آبی تنها به سدسازی یا پروژههای کلان محدود نمیشود، بلکه مدیریت دقیق شبکه توزیع و جلوگیری از هدررفت آب تصفیهشده، بخشی جداییناپذیر از مدیریت منابع آب پایدار است.
نکات کلیدی خبر
- استفاده از سگهای آموزشدیده برای شناسایی بوی کلر و کشف نشتیهای پنهان آب.
- تعمیر حدود ۴۰۰ نشتی طی دو سال گذشته با کمک فناوری ماهوارهای توسط پورتسموث واتر.
- پوشش ۴۵ درصدی شبکه با لاگرها و تعمیر بیش از ۱۱۰۰ نشتی از سال ۲۰۲۲ تاکنون.
- برنامه سرمایهگذاری پنجساله برای کاهش ۱۵ درصدی هدررفت آب تا سال ۲۰۳۰
- ترکیب روشهای بیولوژیک (سگها) و فناوریهای پیشرفته (ماهواره و آکوستیک) برای حداکثر بهرهوری.
نقش سگهای ردیاب در شناسایی دقیق نشتیها
سگهای ردیاب که بهطور ویژه برای تشخیص بوی ضعیف کلر آموزش دیدهاند، ابزاری قدرتمند در زرادخانه مدیریت منابع آب محسوب میشوند. کلر که در مقادیر بسیار کم و ایمن برای تصفیه آب آشامیدنی استفاده میشود، دارای بوی خاصی است که اگرچه برای انسان بهسختی قابلتشخیص است، اما سگهایی مانند کیلو میتوانند آن را با دقتی شگفتانگیز ردیابی کنند. این قابلیت به آنها اجازه میدهد تا محل دقیق نشت آب تصفیهشده را پیدا کنند. این روش بهویژه در مناطق روستایی یا مکانهایی که دسترسی به آنها دشوار است و تکنیکهای سنتی ممکن است کُند یا چالشبرانگیز باشند، بسیار کارآمد و مفید است.
استفاده از حیوانات در فرآیندهای صنعتی ممکن است در نگاه اول سنتی به نظر برسد، اما در واقعیت، حس بویایی سگها هنوز از بسیاری از حسگرهای شیمیایی موجود دقیقتر و سریعتر عمل میکند. در مناطقی که عوارض زمین یا پوشش گیاهی مانع از دید مستقیم یا استفاده از تجهیزات سنگین میشود، سگها میتوانند بهسرعت محدودههای وسیعی را پایش کنند. این امر برای شرکتهای آب و فاضلاب که با کیلومترها خطوط لوله در مناطق دورافتاده سر و کار دارند، یک مزیت عملیاتی بزرگ محسوب میشود و به کاهش زمان هدررفت آب کمک شایانی میکند.
علاوه بر سگهای ردیاب، پورتسموث واتر در حال سرمایهگذاری بر روی طیف وسیعی از تکنیکهای جدید برای شناسایی و تعمیر نشتیها است، که شامل فناوری آب مبتنی بر ماهواره نیز میشود. تصاویر ماهوارهای میتوانند نواحی زیرزمینی را که با آب آشامیدنی تصفیهشده اشباع شدهاند، برجسته کنند؛ امری که نشاندهنده نشت لوله در آن نقطه است. این قابلیت (که در مقاله انقلاب نشتیابی ماهوارهای در مدیریت منابع آب به تفصیل بررسی شده) به تیمهای عملیاتی اجازه میدهد تا نشتیها را بهسرعت و با کارایی بالا مکانیابی و تعمیر کنند.
تلفیق فناوریهای ماهوارهای و آکوستیک برای پایش هوشمند
فناوری ماهوارهای بهعنوان یکی از ارکان فناوری آب، تحولی شگرف در پایش شبکههای آب ایجاد کرده است. این فناوری به شرکت پورتسموث واتر امکان داده است تا طی دو سال گذشته حدود ۴۰۰ نشتی را تعمیر کند. این شرکت اکنون برنامهریزی کرده است تا این فناوری را با کار میدانی سگهای ردیاب ترکیب کند تا بتواند این نشتیها را با بیشترین سرعت و کارایی ممکن بهصورت دقیق نقطهزنی کند. ترکیب دادههای کلان (Macro) حاصل از ماهواره با دقت میکرو (Micro) حاصل از بویایی سگها، مدلی از همافزایی ابزارها را ارائه میدهد که میتواند الگویی برای سایر شرکتهای آب در جهان باشد.
علاوه بر ماهواره و سگها، پورتسموث واتر در لاگرهای آکوستیک (صوتی) جدید نیز سرمایهگذاری کرده است. این دستگاهها صداهای ایجاد شده توسط نشتیها را در سراسر شبکه شناسایی میکنند. این شرکت هماکنون از لاگرها برای پایش ۴۵ درصد از شبکه خود استفاده میکند و از سال ۲۰۲۲ تاکنون، بیش از ۱۱۰۰ نشتی که توسط این فناوری شناسایی شدهاند را تعمیر کرده است. لاگرهای جدید صداهای معمول شبکه را “یاد میگیرند” و در تشخیص هرگونه تغییر حساستر هستند. این ویژگی باید به پورتسموث واتر اجازه دهد تا نشتیهای کمصداتر را شناسایی کند؛ نشتیهایی که در برخی موارد حجم خروجی آب آنها بیشتر از نشتیهایی است که سر و صدای بیشتری تولید میکنند.
باب تیلور (Bob Taylor)، مدیرعامل پورتسموث واتر، در خصوص این استراتژیهای نوین اظهار داشت:
«مشتریان ما بهحق انتظار دارند که ما نشت آب را کاهش دهیم و ما کاملاً متعهد به برآورده کردن این انتظار هستیم. طی پنج سال آینده، ما بزرگترین برنامه سرمایهگذاری خود را اجرا خواهیم کرد که شاهد کاهش ۱۵ درصدی نشت آب تا سال ۲۰۳۰ خواهیم بود و این امر منجر به صرفهجویی روزانه ۳ میلیون لیتر آب اضافی خواهد شد. بهکارگیری سگهای ردیاب آموزشدیده ویژه مانند کیلو، در کنار فناوریهای نوآورانه نظیر ماهوارهها و لاگرهای آکوستیک جدید، به ما کمک میکند تا نشتیها را سریعتر پیدا کرده و زودتر تعمیر کنیم. این موضوع بهویژه با حرکت به سمت ماههای سردتر و زمستانی که دمای پایین و یخزدگی لولهها منجر به ترکیدگیهای بیشتر میشود، از اهمیت بالایی برخوردار است.»
شایان ذکر است که سگهای نشتیاب توسط شرکت CAPE SPC تأمین میشوند که متخصص در زمینه نشتیابی آب و بازرسیهای مبتنی بر کمک سگها هستند. این همکاری برونسپاری شده نشان میدهد که شرکتهای آب نیازی نیست تمامی تخصصها را در درون سازمان خود داشته باشند، بلکه میتوانند با بهرهگیری از پیمانکاران تخصصی، به بالاترین سطح بهرهوری برسند.
تحلیل اختصاصی تیم Water Insight Hub – مرکز بینش آب
خبر استفاده از سگهای نشتیاب در کنار فناوریهای ماهوارهای و آکوستیک، حاوی پیامهای بسیار مهمی برای متخصصان حوزه مدیریت منابع آب و امنیت آبی است. اولین نکته حائز اهمیت، گذار از رویکردهای تکبعدی به راهکارهای ترکیبی (Hybrid Solutions) است. در گذشته، مدیران آب یا صرفاً بر نیروی انسانی متکی بودند یا تمام تمرکز خود را بر گرانترین سنسورهای دیجیتال میگذاشتند. تجربه پورتسموث واتر نشان میدهد که کارآمدترین مدل، مدلی است که در آن “بیولوژی” (سگ)، “فیزیک” (آکوستیک) و “فضا” (ماهواره) یکدیگر را تکمیل میکنند. برای کشوری مانند ایران که با بحران آب جدی روبرو است و همزمان دارای مناطق صعبالعبور و شبکههای فرسوده است، این مدل تلفیقی میتواند بسیار راهگشا باشد.
نکته دوم، اهمیت حیاتی کاهش آب بدون درآمد (Non-Revenue Water) در مبحث حکمرانی آب است. طبق آمار ارائهشده، تنها با تعمیرات ناشی از این فناوریها، حجم عظیمی از آب صرفهجویی میشود. در ایران، هدررفت آب در شبکههای توزیع یکی از چالشهای اصلی مرکز آب ایران و نهادهای ذیربط است. سرمایهگذاری روی نشتیابی هوشمند، نه یک هزینه، بلکه سریعترین روش برای “تولید” آب مجازی است. هر لیتر آبی که از نشت آن جلوگیری شود، معادل یک لیتر آب جدید است که نیازی به سدسازی، شیرینسازی یا انتقال پرهزینه ندارد. استفاده از سگهای ردیاب در بافتهای تاریخی شهرهای ایران یا مناطق کوهستانی که امکان حفاریهای گسترده یا استفاده از دستگاههای الکترونیکی پیچیده دشوار است، میتواند بهعنوان یک پایلوت نوآورانه در دستور کار متخصصان حوزه آب قرار گیرد.
سومین و شاید مهمترین نکته تحلیلی، نقش دادهمحوری و هوش مصنوعی در آینده فناوری آب است. اشاره به اینکه لاگرهای آکوستیک جدید “صداهای معمول شبکه را یاد میگیرند”، به معنای ورود یادگیری ماشین (Machine Learning) به لایههای عملیاتی صنعت آب است. این یعنی شبکه آب دیگر یک سازه مرده نیست، بلکه به یک موجود زنده و هوشمند تبدیل میشود که میتواند وضعیت سلامتی خود را گزارش دهد. برای مرکز بینش آب، این روند نشاندهنده آیندهای است که در آن امنیت آبی از طریق الگوریتمها و سنسورها تأمین میشود. پیشنهاد میشود شرکتهای دانشبنیان ایرانی با الگوبرداری از این مدلها، به سمت بومیسازی لاگرهای هوشمند و تربیت سگهای نشتیاب (که هزینه بسیار کمتری نسبت به تجهیزات وارداتی دارد) حرکت کنند تا تابآوری شهرهای ایران در برابر تنش آبی افزایش یابد.
برای مطالعه منبع اصلی خبر کلیک کنید.
استفاده از سگهای آموزشدیده برای نشتیابی دارای چندین مزیت کلیدی است. نخست اینکه سگها میتوانند بوی کلر را در غلظتهای بسیار پایین تشخیص دهند، حتی زمانی که آب هنوز به سطح زمین نرسیده است. دوم، سرعت عمل آنها در پایش مناطق وسیع، بهویژه در نواحی روستایی یا زمینهای ناهموار (مانند جنگلها یا مناطق کشاورزی) بسیار بالاتر از اپراتورهای انسانی است که باید تجهیزات سنگین را حمل کنند. سوم، سگها میتوانند بو را از میان خاک و پوشش گیاهی تشخیص دهند، در حالی که دستگاههای شنود (آکوستیک) ممکن است در محیطهای پر سر و صدا یا در لولههای پلاستیکی (که صدا را خوب منتقل نمیکنند) دچار خطا شوند. بنابراین، سگها مکمل بسیار خوبی برای پر کردن خلأهای روشهای فنی هستند.
فناوری نشتیابی ماهوارهای بر اساس تحلیل طیفی تصاویر عمل میکند. ماهوارهها با استفاده از رادارهای دهانه مصنوعی (SAR) یا سنسورهای چندطیفی، میزان رطوبت خاک و تغییرات دیالکتریک زمین را اندازهگیری میکنند. آب آشامیدنی تصفیهشده معمولاً دارای امضای طیفی متفاوتی نسبت به آبهای زیرزمینی طبیعی یا رطوبت ناشی از باران است (بهویژه به دلیل وجود مواد شیمیایی مانند کلر). الگوریتمهای پیشرفته با پردازش این تصاویر، نقاطی را که تجمع غیرعادی رطوبت در مسیر لولهها وجود دارد، شناسایی کرده و بهعنوان نقاط مشکوک به نشت روی نقشه مشخص میکنند. این روش به شرکتهای آب اجازه میدهد بدون نیاز به حفاری کورکورانه، محدوده تقریبی نشت را پیدا کنند.
بله، کاملاً. با توجه به شرایط بحران آب در ایران و فرسودگی بخشی از شبکه توزیع، این روشها میتوانند بسیار مؤثر باشند. فناوری آکوستیک و ماهوارهای هماکنون نیز بهصورت محدود در برخی شهرهای ایران استفاده میشود. اما استفاده از سگهای نشتیاب، پتانسیل بسیار بالایی دارد که کمتر مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به وسعت مناطق روستایی و کوهستانی در ایران، تربیت سگهای بومی برای تشخیص بوی کلر میتواند راهکاری بسیار کمهزینهتر و سریعتر نسبت به واردات دستگاههای گرانقیمت خارجی باشد. مرکز بینش آب و متخصصان داخلی میتوانند با مطالعه این تجربیات، بومیسازی این دانش را در دستور کار قرار دهند.
لاگرهای آکوستیک قدیمی صرفاً سطح صدا (دسیبل) را ضبط میکردند و اپراتور باید بر اساس افزایش ناگهانی صدا تصمیمگیری میکرد. اما مدلهای جدید که در این خبر به آنها اشاره شده، هوشمند هستند. آنها مجهز به الگوریتمهای یادگیری ماشین هستند که “الگوی صوتی نرمال” شبکه را در طول زمان یاد میگیرند. این یعنی آنها میتوانند تفاوت بین صدای عبور آب، صدای ترافیک بالای سر لوله و صدای “هیس” ریز ناشی از یک نشت کوچک را تشخیص دهند. این قابلیت باعث میشود خطاهای تشخیص (False Positives) کاهش یابد و حتی نشتیهای بسیار کمصدا اما پرحجم نیز شناسایی شوند.
کاهش نشت آب مستقیماً بر امنیت آبی تأثیر میگذارد زیرا آب تصفیهشده که با صرف هزینه و انرژی زیاد تولید شده، به دست مصرفکننده میرسد و هدر نمیرود. این امر فشار بر منابع آب زیرزمینی و سدها را کاهش میدهد. از منظر محیطزیستی، کاهش نشت به معنای کاهش انرژی مصرفی برای پمپاژ و تصفیه آب است که منجر به کاهش ردپای کربنی میشود. همچنین، نشت آب میتواند باعث شستشوی خاک و آسیب به زیرساختهای شهری (مانند نشست خیابانها) شود. بنابراین، سرمایهگذاری در فناوریهای نشتیابی، یک استراتژی برد-برد برای اقتصاد و محیطزیست است.
