Новости

Jun 27, 2023

Награды, риски и ответственное внедрение искусственного интеллекта в водные системы

Природная вода том 1, стр.

Природная вода, том 1, страницы 422–432 (2023 г.) Процитировать эту статью

2468 Доступов

29 Альтметрика

Подробности о метриках

Искусственный интеллект (ИИ) все чаще предлагается для устранения недостатков в системах водоснабжения, из-за которых в настоящее время около 25% населения мира остается без чистой воды, около 50% - без санитарных услуг и около 30% - без средств гигиены. ИИ призван улучшить понимание поставок, управление водосборами и реагирование на чрезвычайные ситуации, улучшить проектирование, эксплуатацию и техническое обслуживание очистных сооружений и распределительных сетей, а также повысить доступность услуг, управление спросом и справедливость в области водных ресурсов. Однако распространение этой зарождающейся технологии может спровоцировать серьезные и неожиданные проблемы, включая общесистемный компромисс из-за ошибок проектирования, сбоев и кибератак, а также воздействие каскадных социально-экологических проблем, взаимосвязей между водой, энергией и продовольствием и связанных сбоев в критически важной инфраструктуре. В ответ мы даем три рекомендации по безопасному и ответственному внедрению ИИ в системах питьевого водоснабжения и канализации: устранить пробелы в базовой инфраструктуре и цифровой грамотности; создать институциональные, программные и аппаратные механизмы для создания надежного ИИ; и определить приоритетность заявок на основе предложенной нами системы систематической оценки преимуществ и рисков.

Ранние научные разработки в области систем питьевого водоснабжения и водоотведения (далее именуемых «системами водоснабжения») позволили древним обществам трансформироваться в городские мегаполисы за пределами их прибрежных районов и повысить устойчивость к погодным возмущениям, включая влажные и засушливые периоды1. Например, жители Наски построили подземные акведуки для транспортировки питьевой воды на большие расстояния, одновременно уменьшая потери от испарения2, а цивилизация долины Инда построила кирпичные канализационные коллекторы для слива воды из ванн и уборных в изолированные ямы для купания, чтобы уменьшить воздействие на людей сточных вод3.

В то время как инженерные достижения принесли множество преимуществ, некоторые примеры технологических инноваций привели к «ловушкам прогресса»: событиям, когда человеческая изобретательность, направленная на решение конкретной проблемы, непреднамеренно проявляется в непредвиденных проблемах, которые превосходят возможности общества – и технологий – для их последующего решения4. Например, свинцовый водопровод Древнего Рима был чудом инженерной мысли, соединяя его огромное население с надежными сетями водоснабжения и канализации, но его отток также был связан с загрязнением воды в гавани свинцом, что потенциально могло отравить морскую жизнь и людей5.

Совсем недавно искусственное сельскохозяйственное орошение истощило водоносные горизонты6 и вызвало засоление7. Очистка сточных вод непреднамеренно способствовала глобальному потеплению, токсичности и закислению8. Опреснение морской воды привело к загрязнению воздуха, морской среды и суши9. Инновации в смежных секторах, приносящие краткосрочные выгоды, создали долгосрочные проблемы для водных ресурсов, такие как плотины гидроэлектростанций для производства энергии, приводящие к деградации водных экосистем, биогеохимической динамики и качества воды10. Несмотря на успешные и важные инновации в системах водоснабжения, наша жажда решения проблем на основе технологий часто запирает нас в хронические ловушки прогресса.

Сегодня около 25% населения мира не имеют доступа к чистой воде, 50% не имеют доступа к санитарным услугам и 30% не имеют доступа к средствам гигиены11. Антропогенное изменение климата угрожает усугубить эти проблемы: повышение температуры приводит к увеличению дефицита воды во всем мире, а экстремальные явления, включая ураганы, наводнения и засухи, наносят ущерб инфраструктуре водных систем в развитых странах и подрывают усилия в области водоснабжения, санитарии и гигиены (ВСГ) в развивающихся странах12.

На этом фоне искусственный интеллект (ИИ) и его подразделение машинного обучения (МО) являются новейшим технологическим вмешательством, предложенным для решения проблем водных систем путем повышения устойчивости к изменению климата, повышения эффективности инфраструктуры и, в ограниченных случаях, оказания помощи усилиям WASH. . Однако растущее применение ИИ может привести к серьезным и неожиданным проблемам, которые недооцениваются и которые необходимо решать ответственно и упреждающе, чтобы избежать непреднамеренного подрыва усилий по достижению Цели устойчивого развития 6.