Ścieki – kosmiczny pomysł Brytyjczyków na monitorowanie zanieczyszczeń

Nieoczyszczone ścieki nadal odprowadzane są do środowiska w wielu krajach. Niestety sytuacja w Wielkiej Brytanii jest tego przykładem – szacuje się, że tylko 14% rzek spełnia tam normy środowiskowe. Monitoring jakości wody ujawnia, że ​​aż 75% ujść rzek, wpływających bezpośrednio do wód w kąpieliskach lub w ich pobliżu, było tak złej jakości, że stanowiły stałe i poważne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego. Brytyjski rząd chce do 2040r. zatrzymać 40% uwalnianych nielegalnie nieoczyszczonych ścieków. Żeby tego dokonać, wymyślono zaangażowanie narzędzia na bazie sztucznej inteligencji, które obserwować będzie Ziemię z kosmosu.

Ścieki i ich nielegalne zrzuty

Współcześnie ścieki są zwykle oczyszczane przed ponownym wprowadzeniem do środowiska, co zmniejsza ich negatywny wpływ. W przypadku Wielkiej Brytanii, gdy ulewne deszcze zalewają wiktoriański system kanalizacyjny, nieczystości są uwalniane do systemu przelewowego, połączonego z rzekami i wybrzeżami, aby nie cofały się do domów mieszkańców. Oznacza to, że ścieki są nadal regularnie zrzucane do rzek i mórz.

W 2020 r. ogłoszono, że nieoczyszczone ścieki trafiały na plaże w całej Anglii prawie 3 tys. razy. Przedsiębiorstwa wodociągowe, które są zobowiązane do informowania o przypadkach nielegalnego zrzutu, są w rzeczywistości pozbawione odpowiednich narzędzi, a infrastruktura, którą zarządzają jest przestarzała. Stąd przypuszczenia, że istnieje wiele miejsc nielegalnych i nierejestrowanych zrzutów ścieków. Zamiarem brytyjskiego rządu jest zmniejszenie tego procederu o 40% do 2040 r. Jeśli ma się to udać, konieczny jest lepszy system monitorowania zrzutów.

Rozwiązanie na nielegalne zrzuty ścieków – program SEEDS

Współpraca globalnej firmy CGI ze środowiskiem akademickim (UNFCCC – ramowa konwencja Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu) zaowocowała projektem badawczym o nazwie Sustainability Exploration Environmental Data Science (SEEDS). Jest to inicjatywa, która ma pomóc w zgromadzeniu odpowiednich organizacji i ekspertów, którzy opracują innowacyjne produkty i rozwiązania, zapewniające korzyści w zakresie zrównoważonego rozwoju rządom, firmom i osobom fizycznym. Program wspierany jest przez ONZ.

W ramach programu SEEDS firma CGI połączyła swoje siły z brytyjską agencją Ordnance Survey (która jest wydziałem rządu i zajmuje się sporządzaniem map Wielkiej Brytanii). Przeprowadziły one w tym roku wstępne badania sprawdzające, czy obserwacja Ziemi z kosmosu może być potencjalnym rozwiązaniem problemów zanieczyszczenia wody przez zrzuty ścieków. Badania prowadzone były na terenie rezerwatu biosfery UNESCO North Devon, która obejmuje 55 mil² i koncentruje się na Braunton Burrows, największym systemie wydm w Anglii.

Sztuczna Inteligencja bierze czynny udział w wykrywaniu zrzutów ścieków

Korzystając z możliwości globalnego monitoringu Ziemi, jaką dają kosmiczne satelity SuperDove i Sentinel-2 (należące do firmy Planet i programu Europejskiej Agencji Kosmicznej), w Ordnance Survey zauważono, że z poziomu obrazów satelitarnych trudno jest odróżnić osady, tj. błoto i piasek, od odpływu ścieków. Powstała więc potrzeba wynalezienia narzędzia, które będzie w stanie dokładnie „zobaczyć” zdarzenie wyrzucenia ścieków do dróg wodnych. Za pomocą m.in. danych o opadach deszczu i gęstości zaludnienia firma opracowała ponad 90 modeli Sztucznej Inteligencji, które na podstawie zaprezentowanych danych, próbowały przewidzieć, kiedy wystąpią zdarzenia związane z przepełnieniem brytyjskich koryt rzek przez deszcz i wyciek ścieków.

Jak podaje Ordnance Survey, najlepszy z ich modeli był w stanie prawidłowo przewidzieć zdarzenie w 91,5% przypadków. Wykorzystując dostępne dane z brytyjskiej Agencji Środowiska w połączeniu z danymi z CGI, Ordnance Survey, North Devon Biosfera i danymi satelitarnymi Open Source, projekt zastosował sztuczną inteligencję do mapowania miejsc, w których przypadki wycieku ścieków i zanieczyszczenia wody miały miejsce w określonym czasie. W badaniu posiłkowano się stworzoną przez firmę CGI platformą GeoData360. Projekt pokazuje również jaką rolę mogą odgrywać satelity w działaniach na rzecz klimatu, w tym w adaptacji, odporności i dobrostanie ludzi.

Mattie Yeta, dyrektorka ds. zrównoważonego rozwoju w CGI przyznała: „Rozwiązanie te przyniesie korzyści rolnikom, rządom, przedsiębiorstwom wodnym i innym zainteresowanym stronom, chroniąc naszą wodę przed zanieczyszczeniem i skażeniem, co ma kluczowe znaczenie zarówno dla naszego stylu życia, jak i życia naszych dróg wodnych i wybrzeży”.

Na razie tylko Wielka Brytania monitoruje ścieki z kosmosu

Choć projekt prowadzony jest wyłącznie w Wielkiej Brytanii, naukowcy z Ordnance Survey chcieliby mieć możliwość rozszerzenia projektu na arenie międzynarodowej. Krążące w przestrzeni kosmicznej satelity obserwacyjne są w stanie bez problemu wykonywać zdjęcia dowolnego punktu na Ziemi bez lokalnej infrastruktury naziemnej. „Zrobienie zdjęcia Londynu jest równie łatwe i tanie, jak zrobienie zdjęcia odległego kraju wyspiarskiego. Tylko satelity mogą skalować tak, aby pokryć każdy zakątek planety, tworząc prawdziwie globalne rozwiązanie”.

Naukowcy nie mogą doczekać się również przetestowania modeli Sztucznej Inteligencji stworzonych w poprzedniej fazie projektu, aby sprawdzić ich działanie w praktyce. „Chcemy zobaczyć, czy nasza praca może być naprawdę wykorzystana do wspierania potrzeb biosfery w identyfikowaniu interwencji, które pomogą zachować i przywrócić nasze cenne siedliska”. Jeśli projekt się powiedzie, może on wesprzeć zdalne monitorowanie brytyjskich  cieków pod kątem oznak zanieczyszczenia przy użyciu obiektywnych, regularnie aktualizowanych i skalowalnych danych.