Światłowody i sztuczna inteligencja będą pilnować rurociągów

4,5 mln km rurociągów położyła dotąd ludzkość – wynika z danych Centralnej Agencji Wywiadowczej Stanów Zjednoczonych: „The World Factbook”. To tyle, ile starczyłoby do oplecenia Ziemi wzdłuż równika aż 112 razy. Tylko w Polsce mamy ponad 18 tys. km rurociągów, a wciąż powstają kolejne, takie jak np. 522-kilometrowy gazociąg Polska-Litwa, który umożliwi przesył gazu ziemnego na Litwę, a potem na Łotwę i do Estonii, czy 310-kilometrowy gazociąg Baltic Pipe, który pozwoli na przesył gazu z norweskich złóż do Danii i Polski, a następnie do naszych południowych sąsiadów.

Rurociągami przesyłamy nie tylko gaz ziemny, ropę naftową, czy wodę. Odprowadzamy także ścieki. O tym jak ważne jest, aby taka infrastruktura była właściwie zabezpieczona na wypadek potencjalnych zagrożeń, przekonały się ostatnio władze Warszawy, gdzie doszło do poważnej awarii w Oczyszczalni Ścieków „Czajka”.Trzeba przy tym zauważyć, że uszkodzenia rurociągów dotykają nie tylko ich operatorów. Przykładowo: wyciekająca ropa potrafi skazić duży obszar, powodując znaczne szkody w środowisku naturalnym. W 2001 roku tylko jeden akt wandalizmu na ropociągu na Alasce wywołał skażenie, którego usunięcie kosztowało 17 mln dolarów. Z kolei ubiegłoroczny wybuch gazociągu uszkodzonego w czasie prac budowlanych w Szczyrku kosztował życie aż pięciu osób.

Strażnik rurociągu

Główną przyczyną uszkodzeń są nieprawidłowe lub nielegalne działania osób trzecich, czyli np. nieprawidłowo prowadzone prace ziemne, a nawet kradzieże, wandalizm i terroryzm – wynika z raportu organizacji Environmental Science for European Refining „Concawe” pt. „Stan europejskich transgranicznych rurociągów, 2018”. Okazuje się, że tylko w latach 2012-2016 w Europie Zachodniej były one przyczyną aż 235 poważnych wycieków paliw. Są i inne przyczyny, takie jak: trzęsienia ziemi, ruchy i osunięcia gruntu czy wady konstrukcyjne.

Czy takim sytuacjom da się w ogóle zapobiec, inaczej: czy można upilnować schowane głęboko pod ziemią, a czasem i pod wodą, rury? Polscy naukowcy przekonują, że doskonałymi strażnikami rurociągów mogą być światłowody. Te cienkie szklane włókna, które coraz częściej dostarczają do naszych domów i biur szybki Internet, mają wiele innych, nie zawsze powszechnie znanych, zastosowań. Przykłady? Połączone z odpowiednimi urządzeniami optoelektronicznymi, światłowody mogą każdego dnia, przez całą dobę, niezwykle precyzyjnie wykrywać i mierzyć fale akustyczne, temperaturę, ciśnienie lub naprężenia – nawet na przestrzeni dziesiątek kilometrów. Dzięki temu są w stanie ostrzec operatora przed zbliżającą się do rur koparką, jeszcze zanim ta rozpocznie pracę. Mogą też wykryć grożący uszkodzeniem rurociągu nacisk mas gruntu. Lub wyciek gazu, zmieniający temperaturę gleby wokół pęknięcia rury.

Od kilku lat na świecie powstają światłowodowe systemy ochrony instalacji przesyłowych - od niedawna także w Polsce. Polscy inżynierowie fotonicy wykorzystują w nich najnowsze osiągnięcia światowej nauki równolegle z rozwijanymi od lat unikalnymi krajowymi kompetencjami w zakresie projektowania światłowodów do specjalnych zastosowań.

– Projektujemy zarówno włókna czujnikowe, jak i urządzenia analizujące ich odczyty: w ten sposób możemy komponować systemy optymalnie dostosowane do konkretnych zastosowań. Zdajemy sobie jednak sprawę, że najlepszy czujnik to dopiero początek, dlatego rozwijamy także oprogramowanie wspierające użytkowników naszych systemów: rozpoznające zagrożenia algorytmy sztucznej inteligencji oraz przyjazne dla operatorów interfejsy kontrolne – mówi Tadeusz Tenderenda, szef działu Rozwoju Biznesu i Technologii w firmie InPhoTech.

Czytaj też:
Telepraca, 5G i polski światłowód. Jeśli praca zdalna ma stać się normą, potrzebujemy wydajnej sieci telekomunikacyjnej

Kalibracja do odcinka

Dlaczego najnowsze czujniki światłowodowe tak dobrze nadają się do integracji z inteligentnymi algorytmami? Bo dostarczają olbrzymich ilości danych, niezbędnych w procesie uczenia się sztucznej inteligencji. Warto wiedzieć, że światłowodowe systemu ochrony infrastruktury na początku dysponują jedynie podstawowymi umiejętnościami – wykrywają zdarzenia odbiegające od normy. Stąd konieczna jest ich kalibracja do konkretnej lokalizacji – w tym procesie oprogramowanie analizuje wielkie ilości danych napływające z czujników, ucząc się specyfiki swojego obszaru. W zależności od wielkości systemu kalibracja może trwać od kilku tygodni do nawet pół roku – jednak po jej zakończeniu system nie będzie już alarmował operatora z powodu każdego przejazdu głośnej ciężarówki, lecz na czytelnym panelu precyzyjnie wskaże miejsce, gdzie wykrył nietypowo zachowującą się koparkę lub odcinek rurociągu, który wygiął się niebezpiecznie pod wpływem szkód górniczych.

A z każdym kolejnym dniem będzie w stanie rozpoznać tego typu zdarzenia jeszcze dokładniej, bo każdy przenalizowany pakiet danych zwiększy skuteczność działania algorytmu.

Jednocześnie polscy fotonicy zapewniają, że w tym temacie nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa – pracują bowiem m.in. nad światłowodami, które dodatkowo uproszczą instalację czujników na rurociągach, obniżając koszty inwestycji.