¿Puede la inteligencia artificial salvar el suministro de agua de Los Ángeles de un gran terremoto?

Los investigadores de la USC se han embarcado en un proyecto innovador para demostrar que se puede. Usando fondos federales, Los expertos del Centro de Inteligencia Artificial en la Sociedad de la USC (CAIS) están trabajando con los funcionarios de la ciudad de Los Ángeles para encontrar soluciones para las tuberías vulnerables. El objetivo es realizar mejoras quirúrgicas en las tuberías estratégicas para mantener el flujo de agua después de que se detenga el temblor.

Las tuberías de agua de "L.A." son muy susceptibles a los terremotos, "dijo Bistra Dilkina, profesor asistente de informática en la Escuela de Ingeniería de la USC Viterbi y director asociado del CAIS. "La infraestructura está envejeciendo, y cuando empiece el temblor, las tuberías se rompen y el daño se propaga por todo el sistema. Es un problema que estamos tratando de resolver ".

El proyecto es parte de un esfuerzo de investigación nacional más amplio que utiliza la IA para el bien social que involucra a científicos de la USC. Es una respuesta a los recientes desastres naturales y provocados por el hombre, como el huracán Katrina en 2005, el derrame de petróleo de Deepwater Horizon en 2010 y el terremoto de Haití de 2010.

Los rápidos avances en los campos de la informática como la inteligencia artificial y el aprendizaje automático se utilizan cada vez más para la resolución práctica de problemas en el sector privado. Cada vez más, Las agencias gubernamentales ven estas tecnologías como una forma de proteger vidas y reducir costos.

Ingrese a la Ciudad de L.A. y su Departamento de Agua y Energía (DWP). Como parte del programa Resilience by Design de la ciudad, planea gastar $ 2.85 mil millones en los próximos 10 años para actualizar y reemplazar la infraestructura crítica, aproximadamente la mitad de los cuales se destinará al reemplazo de las tuberías principales de agua prioritarias.

Preparando el suministro de agua de L.A. para desastres

El trabajo encaja con los esfuerzos para adaptar el suministro de agua de la ciudad a los riesgos de sequía y cambio climático mientras se mejoran las fuentes de agua locales. Los Ángeles importa alrededor del 85% de su agua a través de acueductos vulnerables a terremotos en el sur de California. El proyecto de "red de tuberías resistentes a los sismos" con la USC respaldaría esos esfuerzos con el objetivo de minimizar la interrupción del agua para funciones críticas.

Los funcionarios de la ciudad están particularmente preocupados por el agua disponible para combatir incendios después de un gran terremoto. Según una evaluación de riesgos elaborada por el DWP, cientos de incendios podrían estallar en la cuenca de Los Ángeles si se rompen fallas debajo de la metrópoli. Las capacidades de extinción de incendios se vieron comprometidas debido a la rotura de la tubería de agua después del terremoto de Northridge, y los incendios destruyeron gran parte de San Francisco a raíz del gran terremoto de 1906.

"Con esta investigación, esperamos obtener una mejor comprensión del diseño de la ciudad desde una infraestructura crítica y una perspectiva estratégica de extinción de incendios, "dijo Aaron Gross, director de resiliencia de la ciudad de L.A. "Al trazar un mapa de dónde se encuentra la infraestructura crítica y usar inteligencia artificial para trazar otras funciones críticas de la ciudad, podemos planificar mejor dónde fortalecer nuestra infraestructura de agua; más específicamente, dónde apuntar el despliegue de tuberías resistentes a terremotos ".

El DWP mantiene alrededor de 7, 000 millas de tubería de agua, que atienden aproximadamente a 4 millones de personas en un área de 465 millas cuadradas. Aproximadamente el 30% de las tuberías de agua de hierro fundido originales de la ciudad tienen más de 80 años y se acercan al final de su uso. Aproximadamente 14 millas de tubería están programadas para ser reemplazadas el próximo año, una tasa que enfatiza la necesidad crítica de determinar cómo y dónde actualizar.

El objetivo es identificar instalaciones críticas de seguridad pública, como hospitales, estaciones de bomberos, estaciones de policía y centros de evacuación concentrados en ubicaciones selectas, donde las mejoras de las tuberías pueden marcar una gran diferencia en un desastre. Además, Gross dijo que la ciudad espera proporcionar una red a prueba de fallas de tuberías resistentes a los terremotos para que los bomberos siempre puedan estar a una milla de una fuente de agua para combatir los incendios urbanos.

Cómo la IA puede ayudar a prepararse para un terremoto

Es el tipo de desafío de optimización para el que la IA se adapta perfectamente, Dijo Dilkina.

La IA tiene la capacidad de simular muchos cálculos y escenarios en capas de datos y mapas para crear modelos de computadora para buscar las mejores opciones que tengan en cuenta la imagen completa. en lugar de decisiones parciales para tuberías individuales. Con esos resultados, Los ingenieros pueden concentrar las actualizaciones de tuberías de manera estratégica en los puntos clave y las secciones más vulnerables sin tener que actualizar cada pieza de tubería. La IA hace el trabajo más rápido porque emplea algoritmos para clasificar la complejidad.

"Queremos reemplazar el envejecimiento, tuberías viejas con tuberías resistentes a los terremotos. Pero, ¿dónde invertir en plomería nueva? Si identificamos dónde hay riesgo y clientes críticos, luego, podemos construir una subred que pueda persistir y sobrevivir a un terremoto, "Dijo Dilkina.

Los recientes terremotos de California sugieren que es de buen sentido preparar los oleoductos.

A raíz de los terremotos de Ridgecrest de magnitud 6,4 y 7,1 en julio, Los ingenieros identificaron múltiples roturas de tuberías. Durante el terremoto de Northridge de magnitud 6,7, Las cañerías de agua rotas inundaron algunas calles de la ciudad.

Los expertos del Servicio Geológico de EE. UU. (USGS) y el Centro de Terremotos del Sur de California (SCEC) en la USC estiman una probabilidad de uno en cinco de un terremoto de magnitud 7.0 o mayor en la falla sur de San Andrés en 30 años. Esa sección de la falla forma un arco desde el Mar de Salton a través de Cajon Pass hasta Palmdale; se ha identificado como la fuente probable de The Big One, un gran terremoto que azotaría a la extensa región de Los Ángeles. También, las probabilidades de que ocurra otro terremoto del tamaño de Northridge en la cuenca metropolitana de Los Ángeles son aproximadamente del 60% durante las próximas tres décadas, dice el informe.

Un escenario hipotético del USGS, asistido por SCEC, muestra que un gran terremoto en el sur de la falla de San Andrés causaría grandes daños a los sistemas de agua y acueductos que sostienen L.A.

El proyecto de red de tuberías resistentes a los sismos para DWP está financiado por $ 280, 000 subvención del Critical Infrastructure Resilience Institute, un centro del Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU. en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Dilkina, el investigador principal, dijo que la investigación tardará un año en completarse, después de lo cual los hallazgos se enviarán a los funcionarios de la ciudad y luego se enviarán para su publicación en una revista científica.