A ascensão dos gémeos digitais e da inteligência de decisão nos serviços de águas

Os sistemas de apoio à decisão dos serviços de águas estão a evoluir com a nova tecnologia e inteligência artificial. Falámos com Luis Montestruque, Vice-presidente de Soluções Digitais na Xylem, para saber como os gémeos digitais e a inteligência de decisão estão a ajudar os serviços a compreender melhor a sua infraestrutura para que possam tomar decisões mais acertadas.
 
À medida que o clima se torna cada vez mais imprevisível, grandes tempestades podem causar danos nos sistemas de infraestrutura de águas, causando inundações. Apesar dos controlos e das instalações para tempo de chuva, as tempestades continuam a atingir as cidades de tal forma que os modelos hidráulicos mais antigos não conseguem prever. Contudo, atualmente, há outros meios de uso dos dados para orientar a forma como os sistemas de água reagem a tempestades.
 
“Há cinco anos, a inteligência artificial e a aprendizagem automárica começaram a surgir como uma tecnologia viável para os serviços de águas, e muitas coisas aconteceram desde então,” afirma Luis Montestruque, da Xylem. “Contudo, não houve boas estruturas para ligar estas novas tecnologias para que os serviços pudessem beneficiar do seu valor total.”
 
Montestruque compara a evolução dos sistemas de apoio à decisão nos serviços de águas com o desenvolvimento da tecnologia inteligente nos automóveis.
 
“Não há muito tempo, os sistemas de navegação com tecnologia GPS tornaram-se convencionais,” afirma. “Atualmente, é quase impossível comprar um automóvel sem eles. Na verdade, se comprarmos um veículo de gama média é muito provável que este seja capaz de o manter na sua faixa de rodagem caso você comece a desviar-se. Hoje em dia, muitos automóveis já conseguem conduzir totalmente por si mesmos. Esta irá, provavelmente, tornar-se uma funcionalidade padrão dentro de alguns anos. Estes sistemas encaixam na categoria dos sistemas de apoio à decisão.”

Como funcionam os sistemas de apoio à decisão
 
Os sistemas de apoio à decisão (do inglês “Decision Support Systems” – DSS) são sistemas computorizados que ajudam as pessoas a tomar decisões para atingir um determinado objetivo. Em alguns casos, estes conseguem mesmo fazê-lo automaticamente. Os DSS são úteis porque conseguem representar uma quantidade de variáveis e podem ajudar as pessoas a atingir os objetivos mais rapidamente e de forma mais económica. Estes fazem-no usando uma estrutura simples: percecionar – prever – agir.
 
Primeiro, os DSS utilizam dados de sensores ou dados de outros sistemas para determinar o estado atual do sistema alvo. Segundo, os DSS utilizam um modelo para prever possíveis resultados para uma variedade de estratégias operacionais. E terceiro, os DSS utilizam um motor analítico para procurarem a estratégia ideal que faz atingir os objetivos desejados.
 
“O uso de sistemas de apoio à decisão que usam a estrutura percecionar – prever – agir nos serviços de águas não é novo,” afirma Montestruque. “Há já, pelo menos, uma década implementámos sistemas de apoio à decisão nos esgotos para evitar inundações, em estações de tratamento de águas residuais para reduzir o consumo de energia e em redes de água potável para encontrar fugas e reduzir o consumo de energia. O que mudou é que as novas tecnologias ajudaram a reduzir o custo da implementação dos sistemas de apoio à decisão. Por exemplo, as tecnologias da “Internet das Coisas” (do inglês, Internet Of Things) permitem às empresas implementar centenas de sensores movidos a baterias em localizações difíceis.”

Usar gémeos digitais para compreender a infraestrutura
 
“Contudo, uma tecnologia transformou verdadeiramente a forma como os sistemas de apoio à decisão são implementados,” afirma Montestruque. “Chama-se gémeos digitais e também já não é nova. Os gémeos digitais são representações digitais da infraestrutura. Conhecemo-los durante muito tempo como modelos e estes representam a forma como nós compreendemos como é que a nossa infraestrutura funciona.”
 
Tradicionalmente, os gémeos digitais foram construídos usando os chamados “primeiros princípios.” Estes modelos de primeiros princípios utilizam equações físicas, químicas ou biológicas para simular a infraestrutura. Construir e calibrar modelos de primeiros princípios pode ser um processo demorado e dispendioso. Os sistemas de apoio à decisão baseados nos modelos de primeiros princípios são eficientes mas incapazes de aprender com experiências passadas, exceto se alguém calibrar os seus modelos.
 
“Recentemente, temos vindo a aumentar os nossos gémeos digitais com aprendizagem automática, permitindo-lhes aprender continuamente”, afirma Montestruque. “Isto é importante porque estes gémeos digitais conseguem utilizar dados passados e ‘calibrar’ automaticamente para melhor representar a infraestrutura. Geralmente, isto traduz-se em reduções significativas nos custos de construção de modelo, com um resultante gémeo digital que é alta e continuamente preciso.”

A mudança de paradigma para a inteligência de decisão
 
Os gémeos digitais com o melhor desempenho são os que combinam modelos de primeiros princípios em áreas com menor incerteza, como hidráulica de tubagens, com aprendizagem automática em áreas com maior incerteza, como a hidrologia de sistemas em esgotos.
 
“É quando combinamos sistemas de apoio à decisão com gémeos digitais que conseguimos obter algo único: um sistema de apoio à decisão que consegue aprender e adaptar-se continuamente,” afirma Montestruque. “Chamamos a esta nova mudança de paradigma ‘inteligência de decisão’. Por exemplo, com a inteligência de decisão conseguimos operar uma estação de tratamento de águas residuais sintetizando a última década de histórico operacional num gémeo digital. E cada vez que ocorre um novo evento, o sistema aprende mais e torna-se mais preciso. Atualmente, quando uma tempestade começa a vislumbrar-se no horizonte, a inteligência de decisão de uma cidade consegue começar a procurar automaticamente entre milhares de estratégias possíveis. Provavelmente já viu algo semelhante antes.”
 
Usando a inteligência de decisão para operar os seus sistemas de esgotos, as cidades podem reduzir as inundações a uma fração do custo das soluções tradicionais, fazendo uma diferença duradoura para as comunidades em todo o mundo. Para saber mais sobre a inteligência de decisão, descarregue a brochura da Xylem:
The Power of Decision Intelligence.