在节约用水的斗争中，管道泄漏是一个阴险的敌人，造成全球管道饮用水平均损失 30%，但在某些地区甚至高达 70%。泄漏可能很难查明，但新的人工智能工具正在使这一过程更快、更准确。
位于凤凰城东南部的 San Tan 水区，一个白色的 X 标志着一个漏水的消防栓。泄漏量为每分钟三到七加仑。加起来很快，每天的泄漏量相当于 43 个家庭的平均用水量。
在这种情况下，泄漏的典型特征并不存在——没有水坑，沙漠景观中没有意想不到的绿色植物，没有塌陷的街道。水已经从消防栓底部渗出。
“这很可能会在下一个消防栓维护周期之前发生泄漏，该维护周期可能长达五年，”亚利桑那州最大的私人供水公司 EPCOR 的部门主管雅各布·罗杰斯 (Jacob Rogers) 说。
但由于 FIDO Tech 开发的人工智能声学工具，这种泄漏很快就被发现了，该工具的技术不仅可以更精确地检测泄漏的位置，还可以按大小对泄漏进行排序，以便公用事业公司可以确定首先修复的优先顺序。总部位于英国牛津的 FIDO 正在与多家公用事业公司合作，例如亚利桑那州的 EPCOR 和墨西哥克雷塔罗的国家水务委员会，这是 Microsoft 计划的一部分，该计划旨在通过在其开展业务的全球同一流域补充水来采取负责任的行动，包括数据中心。
补货可以采取不同的形式。策略包括收集雨水和保护大片土地以将水返回源头；改善 Microsoft 运营所在流域社区的供水或水质。
截至 2024 年 6 月底，微软已在全球投资了超过 75 个不同的补给项目。它正在与奥杜邦达科他州合作，恢复北达科他州法戈的草原栖息地，并与南非开普敦的一个集体合作，以清除入侵物种和恢复集水区，并获得保护地役权，以帮助给德克萨斯州科马尔县的爱德华兹含水层补水。与新墨西哥州吉卡里拉阿帕奇民族签订的合同旨在保护受威胁的鱼类物种并改善该州的水安全，同时恢复印度卡纳塔克邦的池塘有助于补充该社区的地下水。
“我们还资助一些项目来提高效率并减少总体用水量，从而提高流域和当地社区的可用性，”微软水务总监 Eliza Roberts 解释道。
微软与 FIDO 的合作就是这种情况，该合作始于 2023 年，签订了一份为泰晤士水务公司检测伦敦部分地区泄漏的合同。微软还在伦敦微软黑客马拉松期间帮助 FIDO 开发泄漏检测技术。 FIDO 的工具在 Microsoft Azure OpenAI 服务上使用 OpenAI 的 GPT-4，将声学泄漏检测提升到一个新的水平。
FIDO 的人工智能工具从放置在供水管道网络上的小型移动传感器获取声音文件，然后“我们让人工智能在世界任何地方根据该声音文件完成所有工作。我们不需要知道管道材料、管道深度、管道尺寸。水管真的很吵。我们可以判断它听到的噪音是否是泄漏。人工智能消除了所有这些噪音，并表示这绝对是泄漏。”FIDO 首席执行官兼联合创始人维多利亚·爱德华兹 (Victoria Edwards) 解释道。
FIDO 还通过 Water United 部署人工智能泄漏检测，这是 Microsoft 和其他合作伙伴共同创建的一项新计划，旨在联合科罗拉多河流域的公共和私营部门，该流域为七个州的超过 4000 万人提供水，包括30个土著部落。 Water United 首先扩大人工智能的部署来检测和修复泄漏，其目标是使用 FIDO 技术连接数据集，验证农业用水效率等其他解决方案的有效性，并最终构建用于长期流域水恢复能力的人工智能工具。拉斯维加斯谷水区 (Las Vegas Valley Water District) 是 Water United 的首批参与者之一，这是一家非营利性自来水公司，为超过 170 万人提供水。在干旱的科罗拉多河流域以及亚利桑那州和墨西哥，水尤其珍贵。
微软向 FIDO 支付泄漏检测费用，公用事业公司支付维修费用——无论如何，他们都必须支付维修费用。罗伯茨说，在微软的支持下节省的水量将根据其投资金额与检测和修复泄漏的总成本的比例计入其补充目标。
泄漏所浪费的不仅仅是水
阻止市政漏水可以防止浪费，并增加公用事业公司所服务的客户和社区的可用水量。对于相关社区来说，泄漏不仅意味着水的损失，还意味着抽水、运输水的成本——这需要巨大的管道和巨大的能量来推动水，因为它非常重——过滤水以及处理所需的化学品的成本它。这种损失的水被称为无收益水，因为它永远不会到达付费客户手中。相反，每个人都买单。
“我们在亚利桑那州收购了陷入困境的公用事业公司，这些公用事业公司的水流失了 30% 到 40%，”EPCOR 亚利桑那州和新墨西哥州监管水务高级副总裁 Shawn Bradford 说道。EPCOR 已在微软的计划下与 FIDO 合作了大约一年。 。 “我们必须抽出比他们需要的多 40% 的水，只是为了弥补从水井或水处理厂到家庭的泄漏，这是所有客户面临的巨大成本。”
EPCOR 将无收益水量从 27% 削减至 10% 左右，这在一定程度上要归功于 FIDO。 FIDO 的 Edwards 表示，FIDO 提供的传感器可以接触管道，无论是在易于接近的管道顶部、消防栓上、阀室中还是水龙头上。 EPCOR 在 160 平方英里的 San Tan 服务区的管网上安装了 4,554 个此类传感器。传感器记录一切，甚至是最低、最安静的噪音。
“声音在不同材料中的传播方式不同，就像在学校管弦乐队中一样。要知道，长号越长，管子越长，声音相对于小号来说就越低沉，长度更短，频率更高。最大的泄漏是最安静的——人耳听不到它们——尤其是在塑料管道中，”爱德华兹说。
公用事业公司长期以来一直依靠声学设备来检测泄漏。 FIDO 的技术更进一步，通过深度学习人工智能工具运行其传感器收集的数据，该工具学会了准确确定噪音是由泄漏还是其他原因引起的，例如机械或火车隆隆驶过。它还可以评估泄漏有多大并查明其位置。 FIDO 技术的另一个好处是公用事业技术人员可以轻松地用自然语言与人工智能进行交互。
EPCOR 也在其他地方使用了声学检漏仪，但“你必须花费大量时间试图找出这两个设备之间的泄漏实际位置，”布拉德福德说。 “FIDO 的好处是它获取所有原始数据并通过人工智能运行它以帮助查明泄漏位置。 FIDO 尤其可以在塑料管道上做到这一点，这一直是行业的一个挑战——泄漏不会像金属管道那样产生共振。”
塑料管道缺乏共振，这意味着许多声学检漏仪都举步维艰。然而，大多数新的管道基础设施都是塑料或 PVC，因为它更轻且更容易操作，从而更容易安装和维修。布拉德福德说，最重要的是，塑料管道更适合美国西南部的土壤化学，并且在圣坦谷占主导地位，该谷在过去三十年中得到了发展，并且仍然是美国增长最快的社区之一。该公用事业公司也有金属管道——有些已有 60 至 70 年的历史，但仍处于最佳状态。除了老化之外，管道破裂的原因有很多，例如冻融循环造成的地面变化。在快速发展的三滩，泄漏往往发生在正在施工的地区。
Roger 说，在 FIDO 出现之前，该公用事业公司依靠卫星图像来发现诸如在不太可能的地方生长的绿色植被等赠品。但这样的绿色植物不会在一夜之间发芽——需要几天或几周的时间才能生长。 FIDO 可以更快地发现泄漏。
快速灵活的解决方案
爱德华兹说，人工智能还分析公用事业公司的网络地图，以建议在哪里放置传感器以避免聋点。结果立即涌出。 “你可以将其放置过夜或放置数年，”她说。传感器易于移动以监控管道基础设施的不同区域。
传感器还可以在修复后放置在泄漏的两侧，以确保修复成功，或者发现修复过程中的挖掘是否导致了另一次泄漏。然后可以移动传感器以开始在网络的不同部分进行检测。同时，FIDO 的人工智能可以评估可能的漏水量，因此可以优先考虑修复工作，以获得最大的影响。
标有“X”的漏水消防栓原来是密封有问题，维修很快。并非所有泄漏都能那么容易修复。修复埋地管道可能需要挖孔。准确定位泄漏点对于避免不必要地破坏街道、人行道或庭院至关重要。这不仅仅是一个最大限度地减少交通中断的问题 – 公用事业公司需要在修复后重新铺设街道，这意味着随着挖掘规模的扩大而增加的巨大成本。
布拉德福德回忆起他职业生涯中在不同地点发生的一些特殊泄密事件，例如圣诞节期间美国东海岸出现的一次大泄密事件，团队在寒冷和大雪中挖掘泄密点，但“我们找不到它。我们可以看到水流入沟渠，但我们不知道它来自哪里，”他说。
他们使用传统的声学泄漏检测技术，确定泄漏点位于道路上方 20 英尺处。于是他们又挖了20英尺，但仍然没有找到泄漏源头。
“我们最终沿着路走了大约 150 英尺才找到它，”布拉德福德说。街道一片混乱，但更糟糕的是，因为泄漏非常大，导致邻近的房屋失水或压力非常低。
还有一次，在加拿大埃德蒙顿，布拉德福德的团队追踪了一个每天涌出 1300 万加仑的泄漏点，花了四天时间才找到。困难在于埃德蒙顿是一个非常大的城市，人口规模和极端天气变化巨大，这两个因素都可能导致泄漏。泄漏最终是在一个正在建设的开发项目中发现的，因此没有人注意到水从地下泄漏并流入雨水收集系统。
相比之下，EPCOR 表示，一年内，亚利桑那州 San Tan Valley 发现了 250 多起泄漏事件。
修复泄漏是一项西西弗斯式的任务。 “你总会收到新的泄漏信息，”FIDO 的 Edwards 说道。罪魁祸首包括环境因素，例如管道附近的地面沉降、附近的建筑和腐蚀。即使是轻微泄漏的管道“就像有蛀牙的牙齿——永远不会好转。他们不会自我修复，”她说。
管道维护的永无止境是 Microsoft 致力于与 FIDO 及其通过 AI 泄漏检测服务的公用事业公司开展为期十年的计划的原因。
“水资源挑战可能是复杂而艰巨的。然而，我们有很多简单的方法可以节约用水，并确保我们从每一滴水中获得最大的价值，”罗伯茨说。 “使用人工智能来识别和验证泄漏修复只是一个例子，我们很高兴能够利用这样的合作伙伴关系来扩大我们在保护淡水资源方面的影响。”
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