A inteligência artificial pode salvar o abastecimento de água de Los Angeles de um grande terremoto?

Os pesquisadores da USC embarcaram em um projeto inovador para provar que sim. Usando fundos federais, especialistas do Centro USC para Inteligência Artificial na Sociedade (CAIS) estão trabalhando com autoridades da cidade de Los Angeles para encontrar soluções para encanamentos vulneráveis. O objetivo é fazer melhorias cirúrgicas em dutos estratégicos para manter o fluxo de água após a interrupção da agitação.

Os canos de água de "L.A." são altamente suscetíveis a terremotos, "disse Bistra Dilkina, professor assistente de ciência da computação da Escola de Engenharia da USC Viterbi e diretor associado do CAIS. "A infraestrutura está envelhecendo, e quando o tremor começar, tubos quebram e os danos se propagam por todo o sistema. É um problema que estamos tentando resolver. "

O projeto é parte de um esforço maior de pesquisa nacional usando IA para o bem da sociedade envolvendo cientistas da USC. É uma resposta aos recentes desastres naturais e causados ​​pelo homem, como o furacão Katrina em 2005, o derramamento de óleo da Deepwater Horizon em 2010 e o terremoto no Haiti em 2010.

Ganhos rápidos nos campos da ciência da computação, como IA e aprendizado de máquina, são cada vez mais utilizados para a solução prática de problemas no setor privado. Cada vez mais, agências governamentais estão vendo essas tecnologias como uma forma de proteger vidas e reduzir custos.

Entre na cidade de L.A. e seu Departamento de Água e Energia (DWP). Como parte do programa Resiliência pelo Design da cidade, ela planeja gastar US $ 2,85 bilhões nos próximos 10 anos para atualizar e substituir a infraestrutura crítica, cerca da metade irá para a substituição de adutoras prioritárias.

Preparando o abastecimento de água de Los Angeles para desastres

O trabalho está de acordo com os esforços para adaptar o abastecimento de água da cidade aos riscos de secas e mudanças climáticas e, ao mesmo tempo, melhorar as fontes locais de água. L.A. importa cerca de 85% de sua água por meio de aquedutos vulneráveis ​​a terremotos no sul da Califórnia. O projeto de "rede de tubos resiliente sísmica" com a USC apoiaria esses esforços com o objetivo de minimizar a interrupção da água para funções críticas.

As autoridades municipais estão particularmente preocupadas com a disponibilidade de água para combate a incêndios após um grande terremoto. De acordo com uma avaliação de risco preparada pelo DWP, centenas de incêndios podem explodir na bacia de L.A. se as falhas abaixo da metrópole se rompem. As capacidades de combate a incêndios foram comprometidas devido a rompimentos de canos de água após o terremoto de Northridge, e incêndios destruíram grande parte de São Francisco após o grande terremoto de 1906.

"Com esta pesquisa, esperamos obter uma melhor compreensão do layout da cidade a partir de uma infraestrutura crítica e perspectiva estratégica de combate a incêndios, "disse Aaron Gross, diretor de resiliência da cidade de L.A. "Mapeando onde está a infraestrutura crítica e usando inteligência artificial para mapear outras funções críticas da cidade, podemos planejar melhor onde fortalecer nossa infraestrutura hídrica; mais especificamente, onde direcionar a implantação de tubos resistentes a terremotos. "

O DWP mantém cerca de 7, 000 milhas de tubulação de água, que atendem cerca de 4 milhões de pessoas em uma área de 465 milhas quadradas. Cerca de 30% das tubulações de água de ferro fundido originais da cidade têm mais de 80 anos e estão se aproximando do fim de sua utilidade. Cerca de 14 milhas de tubos estão programados para substituição no próximo ano, uma taxa que enfatiza a necessidade crítica de determinar como e onde atualizar.

O objetivo é identificar instalações críticas de segurança pública, como hospitais, quartéis de bombeiros, delegacias de polícia e centros de evacuação concentrados em locais selecionados - onde a atualização do oleoduto pode fazer uma grande diferença em um desastre. Além disso, Gross disse que a cidade espera fornecer uma rede à prova de falhas de tubos resistentes a terremotos para que os bombeiros possam estar sempre a menos de um quilômetro de uma fonte de água para combater incêndios urbanos.

Como a IA pode ajudar a se preparar para um terremoto

É o tipo de desafio de otimização para o qual a IA é perfeitamente adequada, Disse Dilkina.

AI tem a capacidade de simular muitos cálculos e cenários em camadas de dados e mapas para criar modelos de computador para procurar as melhores opções que respondem por toda a imagem, em vez de decisões gradativas para tubos individuais. Com esses resultados, os engenheiros podem concentrar as atualizações do duto estrategicamente nas principais junções e nas seções mais vulneráveis, sem ter que atualizar cada pedaço do duto. A IA realiza o trabalho com mais rapidez porque emprega algoritmos para classificar a complexidade.

"Queremos substituir o envelhecimento, canos velhos com canos resistentes a terremotos. Mas onde investir em um novo encanamento? Se identificarmos onde há risco e clientes críticos, então podemos construir uma sub-rede que pode persistir e sobreviver a um terremoto, "Dilkina disse.

Os recentes terremotos da Califórnia sugerem que fazer oleodutos prontos para terremotos é um bom senso.

Na sequência dos terremotos Ridgecrest de magnitude 6,4 e 7,1 em julho, os engenheiros identificaram múltiplas rupturas de oleoduto. Durante o terremoto de magnitude 6,7 em Northridge, canos de água quebrados inundaram algumas ruas da cidade.

Especialistas da U.S. Geological Survey (USGS) e do Southern California Earthquake Center (SCEC) da USC estimam uma chance em cinco de um terremoto de magnitude 7,0 ou maior no sul da falha de San Andreas em 30 anos. Essa seção da falha se estende desde o Mar Salton através de Cajon Pass até Palmdale; foi identificado como a fonte provável do The Big One, um grande terremoto que abalaria a extensa região de Los Angeles. Também, as chances de outro terremoto do tamanho de Northridge na bacia metropolitana de L.A. são de cerca de 60% nas próximas três décadas, o relatório diz.

Um cenário hipotético do USGS, assistido pelo SCEC, mostra que um grande terremoto na falha de San Andreas ao sul causaria grandes danos aos sistemas de água e aquedutos que sustentam L.A.

O projeto de rede de tubos resiliente sísmico para DWP é financiado por US $ 280, 000 doação do Critical Infrastructure Resilience Institute, um centro do Departamento de Segurança Interna dos EUA na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. Dilkina, o investigador principal, disse que a pesquisa levará um ano para ser concluída, após o que as descobertas serão submetidas às autoridades municipais e posteriormente submetidas para publicação em uma revista científica.