Technologie przeciw powodziom — jak sztuczna inteligencja może pomóc?

Według raportu Banku Światowego 23% ludności jest narażone na powodzie o głębokości większej niż 0,15 metra. Z tych samych danych wynika, że między 9 a 16% mieszkańców Polski mieszka w narażonej strefie. Ekstremalne zjawiska pogodowe, w tym powodzie, przypisywane są głównie procesom i zmianom klimatycznym.

Na całym świecie trwa walka z ryzykiem powodzi, a rządy szukają sposobów nie tylko na poradzenie sobie z katastrofą, która nastąpiła, ale też z przewidywaniem kolejnych. Łagodzenie skutków katastrof naturalnych to problem, z którym aktualnie muszą zmierzyć się między innymi rządy naszego regionu, w tym – Polski. Równie istotne jest szukanie rozwiązań, które w przyszłości zminimalizują straty.

Jak technologia pomaga chronić przed powodziami?

Jednym z miast, które w Europie często doświadcza problemów spowodowanych nadmiarem wody, jest oczywiście Wenecja. To właśnie tam w 2003 roku rozpoczęto budowę systemu MOSE. Jego zadaniem jest zapobieganie wpływowi do miasta wody z mórz i oceanów. MOSE to 4 ruchome bariery wlotowe ustawione na lagunie. Każda z nich składa się z szeregu bram, które reagują w zależności od ryzyka powodziowego.

Przed powodziami za pomocą barier chronią się też Ohio, USA i Japonia – tam zastosowano innowacyjne zapory przepływowe. Działają odwrotnie niż tradycyjne zapory – ich zadaniem jest zamykanie i magazynowanie wody powodziowej.

Nowoczesnych technologii chroniących przed powodziami jest więcej – powstają inne, lepsze konstrukcje tam i różnych barier ochronnych. Producenci prześcigają się w proponowaniu barier, które można stosować na wałach przeciwpowodziowych zamiast worków z piaskiem, ale też na przykład bezpośrednio na drzwiach do domu. Inni idą o krok dalej – firma Flood Technology Platform z Wielkiej Brytanii oferuje Flood Adaptive Platform. Jest to specjalny system podnośników, które są w stanie… unieść cały dom.

Jak czytamy na stronie producenta: „Wokół platformy zainstalowano szereg zatwierdzonych przez branżę inteligentnych czujników, które wykrywają zdarzenie powodziowe. W ciągu 15 sekund czujniki te uruchamiają panel sterowania, który uruchamia mechaniczne podnośniki, aby automatycznie podnieść całą konstrukcję ponad poziom wody na maksymalną wysokość 1,5 metra. Utrzymują go nad poziomem wody, dopóki konstrukcja nie będzie mogła bezpiecznie powrócić do poziomu gruntu”.

Mimo tych wszystkich rozwiązań technologia (jeszcze) nie jest w stanie w pełni uchronić nas przed skutkami powodzi. Wiąże się to między innymi ze zbyt wielkimi kosztami montażu wspomnianych rozwiązań. Natomiast już teraz technologia fantastycznie się sprawdza w kwestii wykrywania zagrożenia powodziowego. Jak sztuczna inteligencja wykrywa potencjalną powódź?

Wykrywanie powodzi dzięki Destination Earth

Już teraz na całym świecie powstają firmy, które pokazują symulacje potencjalnych powodzi, specjalizują się w analizie obrazów z satelity i przewidywaniu kolejnych zdarzeń na podstawie danych historycznych.

Kojarzysz projekt DestinE, czyli Destination Earth? Jest to projekt Unii Europejskiej mający na celu stworzenie do 2030 roku cyfrowego bliźniaka ziemi. Jego zadaniem jest prognozowanie klęsk żywiołowych i przewidywanie sytuacji na planecie w zależności od różnych danych wejściowych. Jak pisałam w artykule: Destination Earth – naukowcy szukają Ziemi 2.0 na… Ziemi!:

„Dzięki powstałemu modelowi naukowcy będą mogli wypróbować różne scenariusze reakcji na zmiany klimatu i zaproponować rozwiązania, które pomogą przetrwać ludzkości. Efektem końcowym będzie zatem nie tylko cyfrowa ziemia pokazująca konkretne przykłady katastrof, ale też pozwalająca testować wpływ różnych ludzkich zachowań na stan planety”.

Nim jednak powstanie Destination Earth, naukowcy z różnych krajów już teraz tworzą cyfrowych bliźniaków Ziemi, skupiając się na jednym celu: prognozowaniu powodzi.

Co to jest cyfrowy bliźniak Ziemi?

Cyfrowy bliźniak Ziemi, to, jak sama nazwa wskazuje, cyfrowa reprezentacja Ziemi. Systemy określane jako „Cyfrowe bliźniaki” mogą przechowywać informacje na temat różnych zasobów i procesów. Ich zadaniem jest przetwarzanie danych, często w czasie rzeczywistym, pobieranych z różnych baz i czujników, po to, by prognozować przyszłe sytuacje.

Jak AI i technologia wspierają wykrywanie powodzi?

Jednym z przykładów jest firma 7Analytics z Norwegii. Zespół składa się z informatyków i geologów. Ich celem jest prognozowanie powodzi i informowanie o tym, które obszary są najbardziej zagrożone na straty. Jak podaje portal BBC, założone w 2020 roku 7Analytics jest w stanie przewidzieć powódź i jej efekty z siedmiodniowym wyprzedzeniem. Wszystko dzięki algorytmom sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego, które na podstawie analizy istniejących danych potrafią przewidzieć kolejne trudności.

W podobnym celu władze Lisbony stworzyły cyfrowego bliźniaka. Problemem miasta są nie tylko ekstremalne opady deszczu, ale też podnoszenie się poziomu morza. W tym celu stworzono model, który symuluje wpływ przepływów wód opadowych na infrastrukturę i aktywa miast w oparciu o różne zakresy prędkości, przepływu i kierunku wód opadowych. Więcej na temat szczegółów jego działania znajdziesz tutaj.

Przykłady podobnych systemów można by mnożyć. Czeski Instytut Hydrometeorologiczny opracowuje narzędzie oceny ryzyka powodziowego Flash Flood Indicator. Holenderska Rada ds. Badań Naukowych (NOW) i Indyjski Departament Nauki i Technologii tworzą projekt Resilient HydroTwin, w ramach którego „badana jest wykonalność i skuteczność wdrożenia cyfrowego bliźniaka w systemach zarządzania klęskami żywiołowymi w celu zwiększenia odporności miast na powodzie”.

W Unii Europejskiej natomiast działa Europejski system informowania o powodziach (EFAS). Jak czytamy na oficjalnej stronie, jego celem jest wspieranie „działań przygotowawczych przed wystąpieniem poważnych powodzi, w szczególności w dużych transnarodowych dorzeczach i ogólnie w całej Europie”. EFAS wykorzystuje dane pozyskane z programu Copernicus, czyli z satelitarnych (i nie tylko) obserwacji Ziemi.

Jest tego oczywiście o wiele więcej. Wyróżnia się też projekt od Google.

Prognozowanie powodzi od Google

Zauważyłeś ostatnio na mapie Google nowe oznaczenia, informujące o powodziach? To efekty pracy badaczy od Google. Naukowcy utworzyli modele sztucznej inteligencji do prognozowania powodzi, a teraz widzimy pierwsze efekty ich pracy.

System nazywa się Flood Hub. Jego zadaniem jest dostarczanie użytkownikom map Google informacji o zagrożeniu powodziowym z 7-dniowym wyprzedzeniem. Jak czytamy na stronie: „Hub przeciwpowodziowy został zaprojektowany z myślą o zaspokojeniu potrzeb rządów, lokalnych organizacji pomocowych i osób bezpośrednio zagrożonych. Wszystkie informacje są bezpłatne, publicznie dostępne i mogą być udostępniane za pośrednictwem sieci społecznościowych. Prognozy są aktualizowane codziennie. Flood Hub obejmuje obecnie dorzecza w ponad 80 krajach na całym świecie, zapewniając prognozowanie krytycznych powodzi dla ponad 1 800 miejsc i obejmując populację 460 milionów ludzi”.

Czy technologie pomogą w walce z powodziami?

Nowoczesne technologie cyfrowe są w stanie z dużą dokładnością przewidywać ryzyko powodziowe. Pamiętajmy jednak, że większość z nich opiera się na algorytmach sztucznej inteligencji, a te bez danych nie istnieją. Dlatego w artykułach, które przeglądałam, często powraca wątek dotyczący trudności oszacowania ryzyka powodziowego w miejscach, w których dotychczas problem nie istniał. Z drugiej jednak strony rosnące możliwości AI i powstawanie bardzo kompleksowych systemów, jak choćby DestinE, dają nadzieję, że w przyszłości zwiększą się nasze szanse w rozpoznawaniu ryzyka. Dla zdrowia ludności.

Autor zdjęcia: Nico Becker