قدرت داده ها: چگونه هوش مصنوعی مدیریت فعلی آب را تغییر می دهد

به گزارش پژوهشگاه فضای مجازی؛ آب از مهم ترین عوامل ضروری ادامه حیات در سیاره زمین است. با این حال، از سال های گذشته تا کنون، اهمیت مدیریت این منبع مورد غفلت واقع شده است. با افزایش نگرانی ها از روند سریع و ناگهانی وقوع خشکسالی ها و سایر شرایط کم آبی در نقاط مختلف جهان، دانشمندان به دنبال شیوه های نوین جهت مدیریت منابع آب هستند. پژوهشگران دریافته‌اند که می بایست رویکرد نوینی را جهت طراحی و نگهداری سیستم‌های مدیریت منابع آب موجود اتخاذ نمایند.

در حال حاضر هوش مصنوعی به عنوان یکی از همین شیوه های نوین در مراحل ابتدایی رشد خود در مدیریت منابع آب است، که نمونه های اولیه کاربرد آن نوید بخش آینده­ی روشن این فناوری است. کارشناسان هوش مصنوعی معتقدند این فناوری پتانسیل ایجاد تحولات گسترده در زمینه اقتصاد و بهره‌وری صنعت آب در مواقع افزایش تقاضای آب را دارا می باشد. اولین قدم در هر پروژه هوش مصنوعی صنعت آب، ایجاد قوانینی در رابطه با نوع داده های جمع‌آوری شده است. به طور کلی کیفیت داده ها یکی از مهم ترین عوامل ایجاد یک سیستم هوش مصنوعی پویا است. هوش مصنوعی می‌تواند به روش‌های مختلفی تعریف شود، اساساً تجزیه و تحلیل پیشرفته داده‌ها توسط یک کامپیوتر بسیار بیشتر از آن چیزی است که انسان به تنهایی قادر به انجام آن است. هوش مصنوعی الگوها را در داده ها شناسایی نموده و به طور مداوم روابط بین متغیرها را شناسایی می کند. این فناوری همکاری بین انسان و ماشین را وارد مرحله­ی جدیدی می کند، همچنین باعث می شود که نیروی متخصص بر روی فرآیندهایی با ارزش بالاتر متمرکز شوند و تجزیه و تحلیل های انجام شده توسط هوش مصنوعی را مورد بررسی قرار دهند.

در مبحث مدیریت منابع آب، قابلیت مواجه به چالش های پیش رو با استفاده از هوش مصنوعی از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. منابع آبی در سطح جهان با چالش های عمده ای از جمله: رشد فزونی جمعیت، تغییرات شدید الگوهای اقلیمی، و زیرساخت های فرسوده و ناکارآمد مواجه هستند. بر اساس گزارش یونسکو، پیش بینی می شود تا سال 2025 نزدیک به دو میلیارد نفر در جهان با کمبود مطلق آب مواجه شوند. از این رو مدیران سیستم های آب در حالی که با مشکلات اساسی جهت تامین هزینه تعمیرات سیستم ها و زیر ساخت ها دست و پنجه نرم می کنند، با یک نبرد دائمی جهت کاهش این معضلات و رعایت استانداردهای دقیق در راستای محافظت از سلامت عمومی جامعه و محیط زیست روبرو هستند.

ایجاد زیرساخت بهتر: هوش مصنوعی می‌تواند ایجاد سیستم‌های «آب دیجیتال» کارآمدتر را امکان‌پذیر کند

بر خلاف تصور عموم که گمان می کنند، آبی که هر روز از شبکه­ های لوله کشی منازل عبور می کند، فقط یک آب معمولی است اما با یک نگاه واقع بینانه متوجه می شویم این آب حاوی اطلاعات بسیار ارزشمندی است که به‌طور متوالی در کنار آن جریان دارد. امروزه بسیاری از ناکارآمدی‌های سیستم‌های آبرسانی به صورت متوالی با استفاده از سیستم‌های تحلیلی مبتنی بر هوش مصنوعی مجهز به حسگرهای اینترنت اشیا[1] بررسی می شود، که ترکیبی به اندازه کافی قدرتمند جهت پیگیری، پیش‌بینی، و پاسخگویی مستمر به سطوح تقاضای منابع آبی را ایجاد می نمایند.

در حال حاضر از سیستم های تحلیلی به عنوان مؤثرترین و کارآمد ترین روش‌های مدیریت منابع آب یاد می شوند. از سیستم‌های تحلیلی مبتنی بر هوش مصنوعی که به صورت گسترده به عنوان «مدیریت هوشمند منابع آب[2]» یا «آب دیجیتال[3] (آبی است که با تجزیه و تحلیل داده ها، مدل های رگرسیون و الگوریتم های احتمالی مدیریت می شود)» عنوان می شوند، هوش مصنوعی را در بطن شیوه ی نو ظهوری جهت مدیریت منابع آب قرار می دهد. این سیستم‌های تحلیلی، اطلاعات اولیه و هر عاملی که در سراسر سیستم جریان دارند را مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهند، در عین حال عناصر یادگیری ماشینی[4] امکان ارائه بهترین پاسخ‌ به محیط پیرامونی را فراهم می نمایند. در حال حاضر از هوش مصنوعی جهت مدیریت بی وقفه و همه جانبه خدمات شهری (آب، برق، یرساخت‌های آبی و ...) استفاده بی شماری می شود. از مزایای دیگر این ابزار میتوان به یکپارچگی و پایداری، امکان به روز رسانی جهت تطبیق با شرایط خاص و در نهایت مقرون به صرفه بودن اشاره نمود.

نتایج پژوهش هایی که توسط Silo.AI و Ramboll صورت گرفته است، نشان می دهد که پروژه های آزمایشی پتانسیل استفاده از رویکرد هوش مصنوعی را اثبات نموده اند. آن ها در این پروژه های آزمایشی از زیرساخت‌های اینترنت اشیاء جهت کنترل بهینه عملیات روزانه آب، ارزیابی، و جلوگیری از حوادث احتمالی استفاده نمودند. در نهایت عنوان نمودند، با ایجاد و استفاده از سیستم‌های هوش مصنوعی امکان تجزیه و تحلیل داده‌ها فراهم می شود که متعاقباً اپراتورهای انسانی در این مورد آزاد شده تا بر فرآیندهای شناختی مانند اعتبارسنجی و پایش تجزیه و تحلیل های هوش مصنوعی تمرکز نمایند. همچنین به تازگی شرکت آب استرالیا ملبورن واتر نتایج پژوهش های خود در رابطه با کاربرد هوش مصنوعی جهت عملیات تصفیه و تامین آب را منتشر کرده است که نشان می دهد چطور با استفاده از هوش مصنوعی و بدون نیاز به اپراتور انسانی، استفاده بهینه از پمپ ها و دستگاه های مورد استفاده در فرآیند تصفیه و تامین آب را کالیبره کرده اند. آنها اذعان نمودند که کاربرد هوش مصنوعی باعث صرفه جویی در هزینه انرژی به میزان 20 درصد در شرکت مادر، شده است.

مقابله با هد رفت در منبع: هوش مصنوعی می‌تواند صرفه‌جویی بیشتری در آب از پمپ به شیر آب ایجاد کند

هوش مصنوعی علاوه بر کاربرد در زمینه­ی ارزیابی دقیق منابع آبی و تامین تقاضای آب، به ابزاری ضروری جهت جلوگیری از هدر رفت آب تبدیل شده است. مسئله ی هدر رفت آب در کشورهایی که دچار تنش آبی هستند؛ از جمله بسیاری از مناطق خاورمیانه و شمال آفریقا که در آن فقط 60 درصد از کل جمعیت دسترسی کافی به آب آشامیدنی سالم و بهداشتی را دارند، از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. با هر لیتر آبی که در اثر نشتی، ترکیدگی لوله و سایر خرابی های شبکه لوله کشی هدر می‌رود، می‌توان جان یک انسان را نجات داد و یا شرایط زندگی او را بهبود بخشید.

در جهان کنونی مسئله ی هدر رفت آب از سطح منطقه­ای و ملی فراتر رفته و به یک چالش جهانی تبدیل شده است. گزارشات نشان می دهند که در ایالات متحده روزانه 7 میلیارد گالن آب آشامیدنی هدر می رود. با عنایت به لزوم کاهش چنین اتلاف شدیدی، هوش مصنوعی به طور گسترده‌تری جهت تجزیه و تحلیل جریان‌های آبی در مواقع بحرانی، ارسال هشدارها، و غیر فعال نمودن سیستم‌ها به صورت خودکار در هر زمانی که با نشتی و تخریب مواجه شد، استفاده می‌شود. این رویکرد از هدر رفت آب جلوگیری نموده و باعث صرفه جویی در هزینه‌های عملیاتی می شود، بدین صورت که در کسری از زمان به تغییرات ایجاد شده در سیستم واکنش نشان می‌دهد.
کشاورزی هوشمند و هوش مصنوعی

هوش مصنوعی در قلب استفاده کارآمد از آب در مزارع نسل بعدی است. بر اساس گزارش بانک جهانی، حدودا70 درصد از منابع آبی در سطح جهان در بخش کشاورزی مصرف می شوند، این امر بخش کشاورزی را بزرگترین مصرف کننده آب تبدیل نموده است. حتی قابل توجه تر، گزارش های سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد[5] نشان می دهد که حدودا 60 درصد از کل آب مورد استفاده در بخش کشاورزی هدر می رود، به عبارتی بخش کشاورزی باعث هدر رفت 42 درصد از کل برداشت‌های آب در سراسر جهان می‌شود.

آمار شرح داده شده حاکی از ناکارآمدی و ناپایداری سیستم های مدیریت منابع آب در بخش کشاورزی می باشند که نیاز مبرمی به تغییر و تحول گسترده دارند، در حال حاضر این ناکارآمدی و ناپایداری سیستم باعث افزایش به کارگیری تکنیک های کشاورزی هوشمند با استفاده از هوش مصنوعی شده اند. از این رو در طی سالیان پیش رو طیف وسیعی از سیستم‌ها و تکنیک ها جهت ایجاد مزارع دیجیتال با یکدیگر ادغام می‌شوند که از حداقل میزان آب جهت تولید محصول استفاده نموده و مقادیر هدر رفت آب را تقریبا به صفر می رسانند. تکنیک های مدرن مبتنی بر هوش مصنوعی عبارت اند از:

تخمین میزان ذخایر آبی در آینده با استفاده از هوش مصنوعی

گزارشات منتشر شده توسط PWC در دسامبر 2021، نشان می دهد که در صورت استفاده صحیح از هوش مصنوعی در چهار بخش کلیدی کشاورزی، آب، انرژی و حمل‌ونقل می‌توان آینده­ی بسیار پایدارتری برای بشریت فراهم نمود. همچنین بر اساس مدل‌های تحقیقاتی این گزارش، استفاده از هوش مصنوعی در مدیریت منابع آب، در کنار بخش های انرژی، کشاورزی و حمل‌ونقل، می‌تواند اقتصاد جهانی را تا 2/5 تریلیون دلار بهبود بخشد و کاهشی 4 درصدی را در میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای [7]تا سال 2030 داشته باشد. کشور های پیشگام در این زمینه مانند استرالیا، کانادا و ژاپن معتقدند علیرغم ترس از از دست رفتن برخی مشاغل توسط هوش مصنوعی، این فناوری می تواند 2/38 میلیون شغل جدید در سراسر جهان ایجاد کند و افراد ماهر بسیاری را به این سمت سوق دهد.

بدیهی است که نیاز مبرم به حل چالش های مرتبط با آب (کمبود آب، آلودگی، هدر رفت و ...) همراه با اصلاح و پایدار سازی محیط زیست جهانی مشترک، از طریق تلاش های مستمر، منجر به پذیرش گسترده تکنیک های هوش مصنوعی در زمینه‌های مبتنی بر آب خواهد شد. بسیاری از پژوهشگران و متخصصان معتقدند اگر این روند به کارگیری هوش مصنوعی در مدیریت منابع آب، ادامه یابد ممکن است به سرعت نحوه تامین و مصرف آب دست خوش تغییرات مثبت شود، که به نوبه خود می تواند خطوط تامین آب ایمن و پایدار را در سراسر جهان، حتی برای افرادی که در مناطقی با کمبود شدید آب زندگی می کنند فراهم نماید، البته که دستیابی به این هدف تعهد به یک چشم انداز جهانی پایدار در بلندمدت را می طلبد. تمامی این موارد بدان معنی است که ما الزاما می بایست فراتر از خود فناوری فکر کنیم تا به بینش عمیق در رابطه با پیامدهای کاربرد هوش مصنوعی بر جامعه و محیط زیست دست یابیم.

مسائل اخلاقی نیاز به توجه در به کار گیری هوش مصنوعی در مدیریت آب

در حال حاضر نگرانی عمده­ی متخصصان هوش مصنوعی این است که چگونه هوش مصنوعی به عنوان یک فناوری نوین به طور بالقوه می تواند باعث توزیع عادلانه منابع آبی و بکارگیری نیروی کار شود. قبل از بکارگیری هوش مصنوعی جهت ارائه خدمات ضروری مانند تأمین آب، نیاز به پرداختن به این مسائل اخلاقی کاملا" ضروری است. به عنوان مثال، یکی از روش های انجام این کار، گنجاندن اصول توزیع عادلانه آب در الگوریتم‌هایی مانند توزیع برابر یا حداقل دسترسی به آب در هر خانوار است. ثانیاً، با استفاده از منابع و نرم­افزارهای متعدد اطلاعاتی مانند GIS و سرشماری افراد جامعه، سیستم‌های هوش مصنوعی می‌توانند شاخص‌های دسترسی به این منابع را تعریف نماید که مجموعه­ی بزرگتری از متغیرها را جهت تصمیم‌گیری در اختیار گرفته­ که از نظر اقتصادی با صرفه و این فناوری را از نظر اجتماعی مسئول می‌سازد.

فاطمه بیگلری قوچان عتیق (کارشناس ارشد محیط زیست دانشگاه فردوسی مشهد)
تهیه شده در گروه کشاورزی و منابع طبیعی دیجیتال پژوهشگاه فضای مجازی


منبع:
World Future Energy Summit

---