Xylem och Esri samarbetar om innovativ AI-modell för rörledningsanalys

Vattenbolag kan sänka kostnaderna för rörledningsbyte med 70 miljoner dollar samtidigt som rörbrotten blir fyra gånger färre 

Det ledande globala vattenteknikföretaget Xylem har tillsammans med ESRI, global marknadsledare inom geografiska informationssystem (GIS), utvecklat en AI-baserad modell för rörledningsanalys för ett medelstort amerikansk-brittiskt vattenbolag som kraftigt förbättrar effektiviteten och resiliensen.

Modellen är en av de första i Nordamerika som på ett tillförlitligt sätt kan förutsäga framtida rörbrott. Den använder en AI-baserad lösning från Xylem för att analysera data inom vattenbolagets ArcGIS® Enterprise-system från Esri, till exempel data om rörbrott och andra infrastrukturdata, och kombinerar dem med allmänt tillgänglig information i analysen.

– Xylems ambition är att driva innovation inom vattensektorn. Ett samarbete med andra ledande teknikföretag som Esri hjälper oss att öka innovationstakten ännu mer. Tillsammans hjälper vi vattenoperatörer och andra vattenbrukare att göra samhällen mera vattensäkra och resilienta, säger Dave Ayers, chef för innovationsstrategi och partnerskap på Xylem.

Använder maskininlärning för att förutsäga rörbrott

Vattenbolaget arbetade proaktivt för att hela tiden förbättra driftsäkerheten för sina 270 000 kunder men hade ett tyvärr alltför vanligt bekymmer: en åldrande vatteninfrastruktur. Med över 160 mil rörledningar i hela vattennätet och en genomsnittlig rörålder på cirka 50 år blev det allt tätare mellan varje vattenledningsbrott. De behövde hitta innovativa strategier för att kunna förbättra driftsäkerheten ytterligare och samtidigt minimera kostnaderna för reparationer och rörbyten.

I takt med att vattenledningsbrotten blev allt vanligare drabbades kunder av oförutsägbara driftavbrott, dyra reparationer och störande vägavstängningar. För att förbättra sitt rykte och sin kundservice ville vattenbolaget vara mera förutseende i sin vatteninfrastrukturförvaltning och prioritera rör som var i störst behov av översyn.

– Vårt mål är att utnyttja maskininlärning för att identifiera variabler som kan leda till rörbrott och använda dem som underlag när vi planerar förbättringar, säger projektledaren på vattenbolagets avdelning för offentliga arbeten.

Tar fram en riskmodell med hjälp av artificiell intelligens

Vattenbolaget hade samarbetat med Xylem tidigare för att hantera sina PCCP-rör (cylinderrör av spännarmerad betong). Tack vare Xylems omfattande expertis när det gäller att hitta strategier för att bevara vattennät och nära samarbete med Esri sedan drygt 20 år anlitade vattenbolaget Xylem 2014 för att ta fram en riskmodell med hjälp av artificiell intelligens. Riskmodellen kunde valideras, uppdateras och visas via Esris ArcGIS-system för teamets kontinuerliga användning.

Vattenbolaget och Xylem arbetade sedan gemensamt för att införa en kvantitativ riskmodell som kombinerar sannolikheten för rörbrott (när ett rör med största sannolikhet kommer att brista) med konsekvensen av rörbrott (sociala, ekonomiska och miljömässiga kostnaderna för rörbrottet). Med hjälp av flera datakällor, bland annat resultat från tidigare bedömningar av vattennätets skick, beräknar Xylems maskininlärningslösning sannolikheten för att varje ledning i nätet skulle brista. Allteftersom mera data samlas in över tid och ändringar görs i systemet uppdateras algoritmerna för GIS och maskininlärning för att få en så aktuell bild av nätets allmänna skick som möjligt.

Xylems och Esris lösning ger tillförlitliga beräkningar av framtida rörbrott

Denna AI-modell för rörledningsanalys är en av de första i Nordamerika som använder artificiell intelligens för att på ett tillförlitligt sätt förutsäga framtida vattenledningsbrott i ett distributionsnät. Modellen använder data inom vattenbolagets ArcGIS Enterprise-system från Esri, till exempel data om rörbrott och andra infrastrukturdata, och kombinerar dem med allmänt tillgänglig information i analysen. Denna datadrivna metod har stora fördelar jämfört med traditionella subjektivt bedömda modeller där utdata ofta förblir statiska även när indata uppdateras.

– Genom att kombinera ArcGIS med Xylems innovativa AI-baserade rörbrottsanalys kan vattenbolag kraftigt sänka sina kostnader och samhällen bli mer resilienta, säger David Wachal, chef på Esri Global Water Practice.

Xylems riskmodell kan uppdatera resultaten allteftersom nya data samlas in från systemet, bland annat om ledningsbrott, ledningsskick och andra driftdata. Utifrån resultaten kan vattenbolag få hjälp att prioritera och planera rörledningsbyten, sänka sina kostnader och mildra konsekvenserna för brukarna genom att fokusera på de mest kritiska och slitna rören.

För att validera metoden valde vattenbolaget ut ett område med hög risk för rörbrott där Xylems maskininlärningsteknik för att minska den generella sannolikheten för rörbrott kunde testas.

Xylem gav också vattenbolagets fältoperatörer tillgång till en mobilapp för att kunna spåra händelser (insamling av information om rörbrott). Denna värdefulla funktion ökade inte bara noggrannheten i rörbrottsdata. Den minskade dessutom den totala arbetstiden för att uppdatera deras CMMS och GIS och förbättrade rörbrottsberäkningarna.

Besparingar på 70 miljarder dollar och en drastisk minskning i rörbrott

Den lyckade testningen har gjort att vattenbolaget kunnat ta fram ytterligare kostnadseffektiva strategier för rörledningsbyten med hjälp av en AI-baserad riskmodell. När modellen är implementerad i hela distributionsnätet kan den hjälpa vattenbolaget att sänka sina årliga kostnader för rörledningsbyten från 90 miljoner dollar till endast 20 miljoner dollar, eller 77 %, samtidigt som rörbrotten blir fyra gånger färre, vilket är en drastisk minskning.

– Vi är stolta över samarbetet med Esri. Det gör att vi kan nå ut med innovativa lösningar som verkligen kan förändra hur vattenbolag kan förutsäga rörbrott och prioritera reparationer. Med sådana här innovationssamarbeten med vattenoperatörer och vår samlade styrka av expertis och teknik kan vi snabba på utvecklingen och ta fram helt nya metoder för att lösa vår tids största vattenutmaningar och skapa en hållbarare värld, säger Dave Ayers från Xylem.
 
Läs mer om Innovationer från Xylem.