L'intelligenza artificiale può salvare l'approvvigionamento idrico di Los Angeles da un grande terremoto?

I ricercatori dell'USC hanno intrapreso un progetto innovativo per dimostrare che è possibile. Utilizzando fondi federali, gli esperti dell'USC Center for Artificial Intelligence in Society (CAIS) stanno lavorando con i funzionari della città di Los Angeles per trovare soluzioni per le tubature vulnerabili. L'obiettivo è apportare miglioramenti chirurgici alle condutture strategiche per mantenere il flusso d'acqua dopo l'arresto dello scuotimento.

Le condutture dell'acqua di "L.A." sono altamente suscettibili ai terremoti, " disse Bistra Dilkina, assistente professore di informatica alla USC Viterbi School of Engineering e direttore associato del CAIS. "L'infrastruttura sta invecchiando, e quando inizia lo scuotimento, le tubazioni si rompono e il danneggiamento si propaga in tutto il sistema. È un problema che stiamo cercando di risolvere".

Il progetto fa parte di un più ampio sforzo di ricerca nazionale che utilizza l'intelligenza artificiale per il bene sociale che coinvolge gli scienziati della USC. È una risposta ai recenti disastri naturali e provocati dall'uomo, come l'uragano Katrina nel 2005, la fuoriuscita di petrolio di Deepwater Horizon nel 2010 e il terremoto di Haiti del 2010.

I rapidi guadagni nei campi dell'informatica come l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico sono sempre più utilizzati per la risoluzione pratica dei problemi nel settore privato. Sempre più, le agenzie governative considerano queste tecnologie come un modo per proteggere vite e ridurre i costi.

Inserisci la città di Los Angeles e il suo dipartimento per l'acqua e l'energia (DWP). Nell'ambito del programma Resilience by Design della città, prevede di spendere 2,85 miliardi di dollari nei prossimi 10 anni per aggiornare e sostituire le infrastrutture critiche, di cui circa la metà andrà alla sostituzione della rete idrica prioritaria.

Preparare l'approvvigionamento idrico di Los Angeles per i disastri

Il lavoro si integra con gli sforzi per adattare l'approvvigionamento idrico della città ai rischi di siccità e cambiamento climatico, migliorando le risorse idriche locali. L.A. importa circa l'85% della sua acqua attraverso acquedotti vulnerabili ai terremoti in tutta la California meridionale. Il progetto di "rete di tubazioni sismica-resiliente" con USC sosterrebbe tali sforzi con l'obiettivo di ridurre al minimo l'interruzione dell'acqua per le funzioni critiche.

I funzionari della città sono particolarmente preoccupati per l'acqua disponibile per i vigili del fuoco a seguito di un grande terremoto. Secondo una valutazione del rischio preparata dal DWP, centinaia di incendi potrebbero scoppiare nel bacino di Los Angeles se si rompessero le faglie sotto la metropoli. Le capacità antincendio sono state compromesse a causa della rottura delle condutture dell'acqua dopo il terremoto di Northridge, e gli incendi distrussero gran parte di San Francisco all'indomani del grande terremoto del 1906.

"Con questa ricerca, speriamo di ottenere una migliore comprensione del layout della città dal punto di vista delle infrastrutture critiche e della strategia antincendio, " ha detto Aaron Gross, chief resilience officer per la città di L.A. "Mappando dove si trovano le infrastrutture critiche e utilizzando l'intelligenza artificiale per mappare altre funzioni critiche della città, possiamo pianificare meglio dove rafforzare la nostra infrastruttura idrica; più specificamente, dove indirizzare il dispiegamento di tubi resistenti ai terremoti".

Il DWP mantiene circa 7, 000 miglia di tubature dell'acqua, che servono circa 4 milioni di persone su un'area di 465 miglia quadrate. Circa il 30% delle condutture dell'acqua in ghisa originali della città ha più di 80 anni e si avvicina alla fine della sua utilità. Circa 14 miglia di tubo sono previste per la sostituzione il prossimo anno, un tasso che sottolinea la necessità critica di determinare come e dove eseguire l'aggiornamento.

L'obiettivo è identificare le strutture critiche per la sicurezza pubblica, come ospedali, caserme dei vigili del fuoco, stazioni di polizia e centri di evacuazione concentrati in località selezionate, dove gli aggiornamenti delle condutture possono fare una grande differenza in caso di disastro. Inoltre, Gross ha affermato che la città spera di fornire una rete sicura di tubi resistenti al terremoto in modo che i vigili del fuoco possano sempre trovarsi entro un miglio da una fonte d'acqua per combattere gli incendi urbani.

In che modo l'intelligenza artificiale può aiutare a prepararsi per un terremoto

È il tipo di sfida di ottimizzazione per cui l'IA è perfettamente adatta, Dilkina ha detto.

L'intelligenza artificiale ha la capacità di simulare molti calcoli e scenari attraverso livelli di dati e mappe per creare modelli informatici per cercare le migliori opzioni che rappresentino l'intera immagine, piuttosto che decisioni frammentarie per i singoli tubi. Con quei risultati, gli ingegneri possono concentrare strategicamente gli aggiornamenti delle tubazioni nei punti chiave e nelle sezioni più vulnerabili senza dover aggiornare ogni pezzo di tubo. L'intelligenza artificiale svolge il lavoro più velocemente perché utilizza algoritmi per ordinare la complessità.

"Vogliamo sostituire l'invecchiamento, vecchi tubi con tubi antisismici. Ma dove investire in nuovi impianti idraulici? Se identifichiamo dove c'è rischio e clienti critici, quindi possiamo costruire una sottorete che può persistere e sopravvivere a un terremoto, " disse Dilkina.

I recenti terremoti in California suggeriscono che preparare gli oleodotti sia un buon senso.

A seguito dei terremoti di Ridgecrest di magnitudo 6.4 e 7.1 a luglio, gli ingegneri hanno identificato più rotture della conduttura. Durante il terremoto di Northridge di magnitudo 6.7, La rete idrica rotta ha allagato alcune strade cittadine.

Gli esperti dell'U.S. Geological Survey (USGS) e del Southern California Earthquake Center (SCEC) dell'USC stimano una possibilità su cinque di un terremoto di magnitudo 7.0 o superiore sulla faglia di San Andreas meridionale entro 30 anni. Quella sezione della faglia si snoda dal Salton Sea attraverso il Cajon Pass fino a Palmdale; è stato identificato come la probabile fonte di The Big One, un forte terremoto che colpirebbe la vasta regione di Los Angeles. Anche, le probabilità di un altro terremoto delle dimensioni di Northridge nel bacino della metropolitana di Los Angeles sono circa il 60% nei prossimi tre decenni, dice il rapporto.

Uno scenario ipotetico dell'USGS, assistito da SCEC, mostra che un grande terremoto sulla faglia di San Andreas meridionale causerebbe ingenti danni ai sistemi idrici e agli acquedotti che supportano L.A.

Il progetto di rete di tubazioni sismica-resiliente per DWP è finanziato da $ 280, 000 sovvenzione del Critical Infrastructure Resilience Institute, un centro del Dipartimento per la sicurezza interna degli Stati Uniti presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign. Dilkina, il ricercatore principale, ha detto che la ricerca richiederà un anno per essere completata, dopodiché i risultati saranno sottoposti ai funzionari comunali e successivamente presentati per la pubblicazione su una rivista scientifica.