Запаси прісної води на планеті – не безкінечні. На жаль, чимало води втрачається у системах водопостачання і водовідведення. Різні країни, за даними наукових досліджень, втрачають у цих системах до 30 відсотків води. Над розв’язанням проблеми аварій у водорозподільних мережах працюють сьогодні вчені багатьох країн, зокрема, і команда фахівців, до якої входять викладачі та аспіранти Амстердамського університету. До цієї команди в рамках партнерської ініціативи Національного фонду досліджень України та Нідерландської дослідницької ради приєднався завідувач кафедри системного аналізу та інформаційно-аналітичних технологій Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» Юрій Дорофєєв. Проєкт, над яким працюють дослідники, має назву «DiTEC: цифрові двійники для еволюційних змін у водорозподільних мережах».
Що ж пропонують науковці? Чи справді можна спрогнозувати витоки та запобігти аваріям?
«Очищену воду, яка втрачається на шляху до користувачів, називають недоотриманою, – починає розповідь пан Юрій. – Це серйозна проблема для багатьох країн, тому чимало наукових команд працюють над розробкою методів моніторингу та керування мережами водопостачання».
Юрій Дорофєєв не є новачком у цій темі, частина його докторської дисертації присвячена розробці робастного керування водорозподільними мережами (тобто керуванням в умовах невизначених зовнішніх чинників). Науковець тісно співпрацював з КП «Харківводоканал», вивчав статистику аварій, розробляв моделі мереж водопостачання та ефективні методи керування ними. Він переконаний, що харківські (та й усі інші водорозподільні мережі) потребують серйозних еволюційних змін. І бажано – негайно.
Про партнерську ініціативу NWO-НФДУ і дослідження нідерландських учених науковець з Харкова дізнався від професорки Амстердамського університету Вікторії Дегелер. «Докторка Дегелер – випускниця Харківської політехніки, одна з кращих. На кафедрі усі її пам’ятають», – каже науковець.
Нідерландська команда, яку очолює докторка Дегелер, пропонує моніторити стан водорозподільної мережі за допомогою системи, яка отримала назву «цифровий двійник».
Що таке цифровий двійник, Юрій Дорофєєв пояснив на прикладі Харкова: «У системі водопостачання нашого міста встановлено датчики, які передають дані про стан мережі в режимі реального часу. Але їх дуже небагато, тому потрібна модель, яка на основі обмежених даних зможе прогнозувати рівень тиску та обсяги споживання води в кожному вузлі».
Саме таку систему створює колектив з Нідерландів. Кінцевою метою досліджень є розробка цифрового двійника, який на основі обмеженої кількості даних від датчиків зможе ідентифікувати аномалію в системі (витік або розрив труби, невірні дані одного з датчиків тощо), визначить місце аномалії та надішле відповідний сигнал диспетчеру.
Група науковців з Харкова запропонувала непараметричний (тобто такий, що не включає в розрахунок параметри ймовірнісного розподілу) метод оцінки статистичних характеристик якості роботи графової нейронної мережі нового типу, яку планується використовувати в якості цифрового двійника. Це допоможе з’ясувати чутливість системи та дослідити вплив параметрів мережі водопостачання на якість її роботи.
«Задачі проєкту важливі і водночас непрості, – додає пан Юрій. – Елементів невизначеності дуже багато, адже водорозподільні мережі прокладалися давно й труби зсередини «обросли» відкладеннями. Також складно точно передбачити обсяги споживання води населенням та підприємствами».
Вчений сподівається, що нова система моніторингу стане в пригоді підприємствам та компаніям, які займаються водопостачанням в будь-якій країні.
«На сьогодні чітких алгоритмів, які б допомагали диспетчерам водоканалів ухвалювати рішення, немає, – зауважує науковець. – Щоранку фахівці порівнюють нові дані з тими, що надійшли раніше. Якщо витрати води збільшились, а тиск зменшився, це може бути сигналом про витік».
До речі, «Харківводоканал» має чималий досвід успішної співпраці з ученими. Систему водопостачання у цьому місті свого часу допомагав створювати академік Міжнародної інженерної академії Валерій Петросов. Завдяки науковому підходу та автоматизації водорозподільні мережі цього міста були і залишаються одними з кращих у країні.
Запитуємо у пана Юрія: як йому працюється в умовах обстрілів і блекаутів, чи встигає виконувати заплановане. Відповів чесно: працювати складно. У липні, наприклад, повітряні тривоги в Харкові загалом тривали понад два тижні. «Під час однієї з онлайн-зустрічей ми розповіли колегам з Нідерландів про наші наукові будні. Вони були приголомшені», – каже він.
«Щоб навчити сучасні моделі штучних нейронних мереж, потрібні потужні комп’ютери або доступ до хмарних ресурсів, – зауважив науковець. – При цьому треба забезпечити безперервність процесу. Коли світло вимикають, завантаження даних переривається і доводиться все починати заново…».
Втім, попри труднощі, науковець налаштований оптимістично. Каже: приємно працювати з фаховою командою, до якої залучені науковці, аспіранти, студенти з кількох університетів, а також фахівці компанії, яка є нідерландським аналогом «Харківводоканалу». Науковці працюють над проєктом менше двох років, але вже встигли отримати вагомі результати, які опубліковано у рейтингових фахових виданнях.
«Дуже вдячний НФДУ та NWO за можливість співпраці, – додає співрозмовник. – Цей проєкт дає можливість виконати справді важливе дослідження – попри війну, бомбардування і блекаути. Ця робота допомагає рухатися вперед, відчувати себе частиною європейської наукової спільноти».
Світлана ГАЛАТА
