一發洪災就「水漫金山」？研究人員開發下水道AI智能調度系統

氣候變化導致了自然災害發生得越來越頻繁，如乾旱、洪災及特大颱風等天災幾乎已經成了每一年的「常客」。而這些大自然的「報復」也正在迫使人們花費更多的代價去預防或彌補損失。

據英國國家環境局稱，英國每年需要花費10億英鎊用於洪水管理，以避免氣候變化帶來的最嚴重後果。該組織主席艾瑪?博伊德(Emma Boyd)表示，「我們不可能通過建立無限度的高防洪體系來消除氣候變化，從而贏得一場對抗水的戰爭。」

英國每隔幾年就會發生嚴重的洪水，因此洪水管理的方式可能會對洪水造成的破壞程度產生重大影響。

海岸防禦——包括海堤、緩衝區和疏散計劃——可以幫助保護城鎮免受風暴潮的洪水侵襲。但是雨水過多導致的內陸洪水需要更細緻的解決方案。

幾個世紀以來，人類一直在改變河流、小溪和運河等河道，每一次改變都會影響到洪水對地面造成的影響。時至今日，人工智慧(AI)可以利用數據來幫助決定水應該如何流入人類住區和周圍，以避免洪水的最壞影響。

下水道中的人工智慧

在城市裡，每條排水溝都是調節水流的機會。據英媒報道，在謝菲爾德大學(University of Sheffield)，研究人員創建了CENTAUR系統(降低城市洪水風險的低成本神經技術)，該系統使用人工智慧來管理城市中的水流。

該系統的工作原理是在下水道網路中安裝「閘門」，可以控制水從下水道網路的一個部分流向另一個部分。此外，還安裝了感測器，以監測閘門兩側的水位。

它的目標是利用這些複雜的計算技術，結合特別設計的流量控制裝置，在洪水風險高的時候，通過優化現有的管道內可用容量來衰減和儲存水，從而在局部平衡洪水風險。

在極端天氣情況下，閘門可以遠程控制，以防止重要地區發生洪水。例如，如果網路的一部分開始向下游漫水，系統可以檢測到水位上升並關閉上游的閘門，從而減緩水流，或將其分流到有剩餘容量的下水道的其他部分，從而防止水溢出街道。

這所大學的研究人員實現的「智能」部分，是創建能夠獨立於人類管理這些系統的計算機軟體，並從錯誤中學習。

該系統將完全自主，不需要中央控制。每個CENTAUR都將運行自己的本地感測器網路，感測器不僅用於通知本地控制，還將收集數據，使系統能夠自我學習。

該控制系統利用模糊邏輯——一種解釋不確定條件(如實際水位)並在這些情況下做出決策的方法。

模糊邏輯

模糊邏輯是多值邏輯的一種形式，其中變數的真值可以是包括0和1在內的任意實數。

模糊模型或集合是表示模糊和不精確信息的數學手段，因此術語模糊。這些模型具有識別、表示、操作、解釋和利用模糊和缺乏確定性的數據和信息的能力。

模糊邏輯已經被應用到從控制理論到人工智慧的許多領域，在一些實際案例中也能見到它的身影。

比如，一個具有5級模糊邏輯系統的空調系統通過比較室溫和目標溫度值來調節空調溫度。

這還包括：

汽車系統中的自動變速箱、四輪轉向、車輛環境控制;

消費電子產品中的高保真音響系統、影印機、視訊攝影機、電視;

國內商品中的微波爐、冰箱、烤麵包機、真空吸塵器、洗衣機;

環境控制中的空調、烘乾機、加熱器、增濕器等。

CENTAUR系統的局限之處

CENTAUR系統已經在葡萄牙科因布拉(2017)和法國圖盧茲(2018)的試點安裝中被證明是成功的。它的成本相對較低，為數萬歐元，這意味著它可以很容易地納入現有的防洪計劃。不過該系統也有局限性:如果一個城市的下水道沒有多餘的儲水容量，那麼用人工智慧以這種方式管理它們將收效甚微。

防汛的主要問題是水總得有個去處。在小洪水中，水可以被分流，這樣就不會有地方被淹沒。但在大洪水期間，首要任務不是完全預防洪水，而是管理哪些地區的洪水，並限制對人、財產和關鍵基礎設施所造成的威脅程度。

通常的防洪策略是將洪水從城市地區轉移到農村農田和人口較少的地區。要做到這一點，人們要麼通過部分阻塞河流將水從城市地區上游截留，要麼通過疏浚或擴張河流，鼓勵水更迅速地向下游流動。

雖然創新的洪水管理系統如CENTAUR，可以幫助保護生活在城市地區的人們免受洪水的侵襲，但它並不是萬能的。洪水中的水總是要被分流。

如何決定哪些社區能更好地抵禦洪水，哪些社區的防禦能力有限?這些決策有可能使社區之間產生矛盾。這就是為什麼這些高級決策不能留給人工智慧來處理。

關於自然災害的解決方案的這些討論不僅對英國、而且對世界各國也將有著重大意義。對一些國家來說，犧牲經濟效益進行環境保護的成本將非常高，然而對另一些國家來說——比如受到暴風雨和海平面上升洪水威脅的馬爾地夫——不採取行動的代價則更大。

人工智慧技術可以幫助減輕氣候變化的後果，在問題根源得到有效遏制之前，不失為一個行之有效的辦法。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！