Drony do sprzątania odchodów utrzymują kanały w ruchu, dzięki czemu ludzie nie muszą tego robić

W poranek Wigilii 2016 r. mieszkańcy domu w Fraser w stanie Michigan usłyszeli dziwny dźwięk „puk, puk, puk” dochodzący ze ścian. Początkowo uznali to za topniejący śnieg spadający z dachu, ale wkrótce zdali sobie sprawę z prawdy: hałas był wynikiem wyciskania cegieł z miejsca, gdy ich dom powoli zapadał się w lej krasowy.

Dom i kilka pobliskich domów ewakuowano, gdy władze oceniały sytuację i ustalały jej przyczynę: zawalony kolektor kanalizacyjny zagrażający kilku domom i długiemu odcinkowi ruchliwej drogi Fraser 15 Mile Road. To nie był początek sezonu świątecznego, jakiego ktokolwiek by sobie życzył.

„To miało ogromny wpływ na nasz system i społeczność” — mówi Vince Astorino. Jako dyrektor operacyjny w Macomb County Public Works Office odpowiada za nadzorowanie codziennej eksploatacji infrastruktury ściekowej hrabstwa, w tym około 68 mil linii kanalizacyjnych. „Kanał o średnicy 11 stóp i głębokości około 70 stóp uległ awarii, co drastycznie zmniejszyło przepływ ścieków. Ten odcinek rury znajduje się w pobliżu głównego wylotu naszego systemu i około 800 000 mieszkańców polega na nim w celu odprowadzania ścieków w dół rzeki”.

Szybka akcja Astorino i jego zespołu doprowadziła do zainstalowania systemów obejściowych na czas, aby zapobiec cofaniu się ścieków do domów mieszkańców, a ostatecznie tylko jeden budynek — dom, w którym słychać było trzaski — wymagał rozbiórki. Ale minęło dziewięć miesięcy, zanim wadliwy odcinek rury, około 4000 stóp, został w pełni wymieniony. Bezpośredni koszt dla podatników wyniósł około 75 milionów dolarów, nie biorąc pod uwagę dodatkowych kosztów dla mieszkańców i pobliskich firm w wyniku zakłóceń.

Kluczem do zapobiegania katastrofom takim jak ta jest regularna kontrola linii kanalizacyjnych, wyszukiwanie pęknięć i szczelin, które, jeśli pozostaną bez nadzoru, mogą prowadzić do wnikania gleby i ostatecznego zapadnięcia się rury. Jednak rury kanalizacyjne mogą być ciemne, ciasne i wypełnione kieszeniami gazu, co sprawia, że ​​inspekcja dużych sieci przy użyciu tradycyjnych metod (zwykle przywiązanego, zdalnie sterowanego robota wyposażonego w kamerę lub nawet osobiście) jest powolnym, kosztownym i często niebezpiecznym procesem.

Tutaj właśnie pojawiają się drony. Zaprojektowane i skonstruowane do działania w zamkniętych przestrzeniach, nowa generacja latających robotów jest wysyłana do kanałów, aby przeprowadzać inspekcje w bezpieczniejszy i bardziej wydajny sposób.

Jednym z takich dronów jest Elios 3, zaprojektowany i wyprodukowany przez szwajcarską firmę Flyability i używany przez głównych graczy branżowych, takich jak Veolia. Wyposażony standardowo w klatkę ochronną, odporny na uderzenia egzoszkielet, oświetlenie o mocy 16 000 lumenów, kamerę 4K i LiDAR, może poruszać się po ciemnych i zakurzonych rurach, jednocześnie tworząc żywy model 3D otoczenia. Modułowa konstrukcja oznacza, że ​​można go również wyposażyć w specjalistyczne ładunki, takie jak czujniki gazów wybuchowych lub ultradźwiękowe mierniki grubości.

Eloise McMinn Mitchell, kierownik ds. komunikacji w Flyability, mówi, że firma odnotowuje ogromny wzrost sprzedaży dzięki możliwościom i wydajności Elios 3 w porównaniu z osobistymi inspekcjami przeprowadzanymi przez ludzi, szczególnie jeśli chodzi o kanały ściekowe. „Aby sprawdzić odcinek kanału ściekowego pod drogą, potrzebne są zespoły składające się z co najmniej czterech osób i trzeba przekierować ruch w wielu miejscach. W przypadku drona wystarczą dwie osoby, a nikt nie musi wchodzić do kanału, co eliminuje ryzyko związane z ograniczoną przestrzenią i narażeniem na niebezpieczne warunki”.

W rezultacie zasady bezpieczeństwa dotyczące dronów są znacznie mniej rygorystyczne niż w przypadku ludzi, co zdaniem McMinn Mitchella znacznie obniża koszty inspekcji. „Średnio koszty są niższe o 40 procent w porównaniu z tradycyjnymi metodami, a dron może skontrolować 900 metrów dziennie w porównaniu z 400 metrami”.

W maju 2024 r., w celu usprawnienia procesu inspekcji, hrabstwo Macomb przyjęło podejście oparte na technologii, łącząc zdalnie sterowanego drona Asio X, zbudowanego przez rywala Flyability, Flybotix, z programem o nazwie SewerAI. Całkowity koszt obu wyniósł około 100 000 USD. Wcześniej hrabstwo wydawało 1 milion USD na inspekcje co trzy lata, ręcznie sprawdzając nagrania pod kątem wad, z których wiele można było przeoczyć z powodu złej jakości obrazu.

Około 16 cali szerokości i wyposażony w mocne światła o mocy 40 000 lumenów, kamerę 4K i klatkę chroniącą przed kolizjami, Asio X może rejestrować krystalicznie czyste wideo systemu kanalizacyjnego, poruszając się po wszystkich rurach, z wyjątkiem najwęższych. Astorino opisuje to jako „różnicę dnia i nocy” w porównaniu ze starą metodą.

W przeciwieństwie do niektórych najnowszych dronów konsumenckich, które latają niemal autonomicznie, Asio X wymaga głównie ręcznej kontroli, a także w niektórych bardzo trudnych miejscach, jak zauważa Astorino: „Jest ciemno, przepływ powietrza może szybko się zmieniać w ograniczonej przestrzeni, a zarządzanie ścieżką lotu nad płynącą wodą w ograniczonej rurze jest trudne”. W rezultacie pozostawia lot ekspertom: „Nasz główny operator, kapitan Zach, jest w stanie latać w bardzo trudnych środowiskach”.

To powiedziawszy, sam proces inspekcji jest prosty. „Antena jest opuszczana do studzienki, aby zapewnić siłę sygnału od kontrolera drona do drona” — mówi Astorino dla WIRED. „Operator będzie latał dronem od jednej studzienki do drugiej, nagrywając wideo przez tę trasę lotu”. Dzięki około 20 minutom pracy na baterii Asio X może udokumentować około 1000 stóp rury w jednym locie, rejestrując nie tylko wideo, ale także skany LiDAR i podczerwieni oraz odczyty gazu podczas przechodzenia przez sekcję kanalizacji.

W ramach starego systemu dane wideo byłyby analizowane w terenie, a operator kamery rejestrowałby wady podczas poruszania się po rurach. Teraz dane zebrane przez drona są wysyłane do wykonawców w SewerAI, którzy przepuszczają je przez swoje algorytmy wspomagane przez sztuczną inteligencję, aby automatycznie identyfikować wady. Astorino mówi mi, że to zmieniło zasady gry, oszczędzając jego zespołowi mnóstwo czasu i pieniędzy.

„Przeprowadziliśmy miesiące testów na zakodowanym wideo w terenie od różnych wykonawców, aby porównać to, co SewerAI było w stanie zrobić z tym samym materiałem, i za każdym razem SewerAI wyróżniało się tym, co było w stanie znaleźć i poprawnie zakodować”. Wcześniej inspekcja odcinka rury kanalizacyjnej mogła trwać miesiące, ale SewerAI ma umowę na przesyłanie analizy danych z powrotem do powiatu w ciągu 10 dni; Astorino mówi, że zwykle robi to w ciągu 24 godzin.

Zespół był pod tak dużym wrażeniem pakietu oprogramowania, że ​​nawet w obszarach, gdzie dron nie może dotrzeć i gdzie wymagane są bardziej tradycyjne metody inspekcji — na przykład rury o małej średnicy — uzyskane dane są teraz wysyłane do analizy, zamiast być kodowane w terenie. Stare dane można szybko przejrzeć i ponownie przeanalizować, wychwytując wady, które pierwotni wykonawcy mogli przeoczyć w danym momencie. Oznacza to, że prace naprawcze można wykonać tam, gdzie są najbardziej potrzebne, zapobiegając pogorszeniu warunków, które może prowadzić do katastrofalnych i kosztownych incydentów, takich jak zapadlisko z 2016 r.

Macomb County jest pionierem w tej dziedzinie. Jest to pierwsze hrabstwo w stanie Michigan, które wykorzystało tę kombinację dronów i oprogramowania AI do inspekcji infrastruktury podziemnej i zdobyło dwie nagrody stanowe za swoje nowatorskie myślenie. Ale Vince Astorino mówi mi, że on i jego zespół zawsze szukają nowych sposobów na modernizację operacji. „Trudno zliczyć wielkie skoki naprzód w technologii w tej przestrzeni, zwłaszcza biorąc pod uwagę wielki wyścig AI, który toczy się wokół nas. Trzymamy nasze opcje otwarte”.