在节约用水的“战役”中，漏水管道是一个难以察觉的“敌人”，它导致了全球平均30%的管道饮用水流失。而在某些区域，这一比例甚至高达70%。这些漏水点往往难以被精确定位，但一项创新的AI技术正在改变这一困境，使得漏水检测变得更为迅速、精准。
在美国凤凰城东南部的圣坦水管区，一个醒目的白色“X”标记着一个漏水的消防栓。这个漏水点的泄漏量属于中等水平，其泄漏速率介于每分钟三到七加仑之间。虽看似微不足道，但如此持续的泄漏量却能累积成惊人的水量，每日的泄漏量足以满足43户家庭的日常用水需求。
值得注意的是，该漏水点并未呈现出任何典型的漏水迹象，既无水坑，也无在沙漠景观中意外出现的绿植，更无路面塌陷。水，是从消防栓底部缓缓渗出的。
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这种情况很可能要等到下一个消防栓维护周期才会被发现，而那个周期可能长达五年。
雅各布·罗杰斯，亚利桑那州最大的私营水务公司EPCOR的部门主管
然而幸运的是，这一漏水点被FIDO Tech研发的AI声学工具提前发现并标记。这款工具不仅实现了漏水点的精准定位，还能根据漏水规模进行优先级排序，助力水务公司高效开展修复工作。FIDO总部位于英国牛津，正携手多家公共事业组织进行合作，如EPCOR以及墨西哥克雷塔罗州水资源委员会，来共同推进这一技术革新。此次合作是微软全球水资源补给计划的一部分，致力于通过优化微软全球运营网络，包括数据中心周边流域的水资源管理，积极推动水资源状况的改善。
▲ 安装在伦敦一个检查井内的管道配件上的FIDO传感器。照片由微软提供。
截至2024年6月底，微软已构建了一个包含超过75个多元化水资源补给项目的全球投资组合。
◉在北达科他州的法戈市，微软正与奥杜邦达科塔（Audubon Dakota）项目携手，致力于恢复广袤的草原栖息地；
◉同时与南非开普敦的一支团队紧密合作，控制入侵物种的蔓延，精心修复集水区。
◉此外，微软还在德克萨斯州的科马尔县积极获取保护地役权，助力爱德华兹含水层的补给与恢复。
◉在新墨西哥州，微软与吉卡里拉阿帕奇部落签订了一项协议，共同致力于保护濒危鱼类物种，并显著提升该州的水安全水平。
◉而在印度的卡纳塔克邦，微软则通过恢复池塘项目，有效提升了当地社区地下水资源的可利用性。
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我们还资助了一些提高用水效率、减少整体用水量的项目，从而增加流域和当地社区的水资源可用性。
伊丽莎·罗伯茨，微软水资源总监
微软与FIDO的合作便是其中的一个例子。自2023年起，微软便与泰晤士水务公司签订了一份合同，在伦敦部分地区开展漏水检测。此外，微软还在伦敦举办的微软黑客松活动期间，助力FIDO提升其漏水检测技术。FIDO的AI工具依托OpenAI的GPT-4及Microsoft Azure OpenAI服务，将声学漏水检测提升至全新高度。
▲ FIDO的AI技术能在几秒钟内分析数据，并立即识别出管道泄漏的独特特征。照片由微软提供。
FIDO的AI技术通过部署在水管网上的小型移动传感器来收集声学文件，“然后，我们让AI在全球范围内进行智能分析。我们不需要知道管道的材质、深度或尺寸，仅需让AI技术从复杂的声学数据中识别漏水声。尽管水管环境嘈杂，但AI能穿透噪音，精准定位漏水点。”FIDO首席执行官兼联合创始人维多利亚·爱德华兹（Victoria Edwards）解释道。
FIDO还通过Water United平台推广其AI漏水检测技术。Water United是由微软与其他合作伙伴共同创立的新项目，旨在联合科罗拉多河流域的公共和私营部门，共同应对水资源挑战。
微软承担FIDO的漏水检测费用，而水务公司则负责漏水修复成本。罗伯茨表示，在微软支持下所节省的水量，将根据其投资额度与检测和修复泄漏所需总成本的比例，计入其水资源补给目标中。
01
漏水之患，远不止水资源浪费
阻止市政水管漏水，不仅关乎水资源节约，更影响着水务公司所服务客户及社区的水资源可用性。对于社区而言，漏水不仅意味着水资源的直接流失，还伴随着巨大的维护成本，这些流失的水被称作“非收益水”，因为它们从未抵达付费用户的家中。然而，这笔损失的费用最终却需要由所有人共同承担。
“我们在亚利桑那州收购了一些陷入困境的水务公司，它们的水损率高达30%至40%。”EPCOR负责亚利桑那州和新墨西哥州水务监管的高级副总裁肖恩·布拉德福德（Shawn Bradford）坦言，“为弥补漏水损失，我们不得不增加40%的抽水量，以满足从水井或水处理厂到家庭的供水需求，这无疑增加了巨大的成本，最终由所有客户共同承担。”
▲ 圣坦谷 (San Tan Valley) ，
是亚利桑那州沙漠中一个蓬勃发展的社区。
EPCOR公司已将因泄漏、损耗而未纳入计费范畴的非收益水量的比例，从27%显著削减至约10%，这一成就很大程度上得益于FIDO技术的引入。FIDO的爱德华兹介绍，FIDO所提供的定制化传感器能够无缝贴合各类管道安装，无论是易于触及的地点、消防栓、阀门室内，还是水龙头附近，均能实现精准部署。在160平方英里的圣坦（San Tan）服务区内，EPCOR的管网系统已配置了4554个此类尖端传感器，这些传感器能够记录一切声音，哪怕是最低沉、最微弱的声音也不放过。
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声音在不同介质中的传播方式不同，就像学校管弦乐队中的乐器一样：长号的管道长，声音更低沉，相比之下小号的管道则更短，频率更高。值得注意的是，最大的泄漏往往最为静默，并且人耳难以察觉，尤其是在塑料管道环境中。
维多利亚·爱德华兹，FIDO首席执行官兼联合创始人
长久以来，公用事业公司一直依赖声学设备检测泄漏。FIDO技术则在此基础上实现了质的飞跃，它运用深度学习的AI算法，精准分析传感器搜集的海量数据。这一算法已具备辨识声音来源的能力，无论是由水管泄漏发出的，还是其他如机械运作声、火车轰鸣等干扰源发出的。此外，它还能准确评估泄漏规模，并精确锁定泄漏位置。FIDO技术的另一大亮点在于，其AI系统支持自然语言交互，极大提升了公用事业公司技术人员的操作便捷性。
EPCOR公司虽曾采用声学泄漏检测器，但大多数新的管道基础设施都使用塑料或聚氯乙烯（PVC）材料，缺乏共振特性，这对行业而言一直是棘手难题，因为塑料管道中的泄漏不会产生金属管道中的共鸣效应。但FIDO能在塑料管道上实现这一功能。
此外，布拉德福德表示，塑料管道更适合美国西南部的土壤化学特性，在圣坦谷地区是首选材料。圣坦谷在过去三十年里发展迅速，至今仍是美国增长最快的社区之一。该公用事业公司也会使用金属管道，有些管道已有60到70年的历史，但仍保持了良好的状态。除了老化，管道破裂的原因有很多，例如冻融循环导致的地面位移。在快速发展的圣坦谷，施工区域常成为泄漏高发区。
罗杰斯指出，在采用FIDO技术前，公用事业公司依赖于使用卫星图像，来监测异常植被生长等水资源泄漏迹象。但植被生长需时日，检测周期较长。相比之下，FIDO能迅速锁定泄漏点。
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02
快速、灵活的解决方案
爱德华兹表示，FIDO的AI系统还会智能分析公用事业公司的网络地图，建议传感器最优部署位置，避免监测盲区，反馈迅速并即时可用。无论是短期测试还是长期监测，都能够做到游刃有余。传感器易于移动，可根据需要监测管网的不同区域。
修复泄漏后，可在泄漏点两侧部署传感器，验证修复效果，或监测挖掘作业是否引发新的泄漏。随后，这些传感器可转移至管网其他区域继续监测。同时，FIDO的AI系统能评估泄漏水量，便于按影响程度优先安排修复工作。
被标记为“X”的泄漏消防栓，因密封件故障而迅速得到修复。然而，并非所有泄漏都能如此轻松解决。修复埋地管道需挖掘作业，精确定位至关重要，以避免不必要的街道、人行道或庭院破坏。这不仅能减少交通干扰，还能降低修复后的重新铺设成本，挖掘面积越小，费用越低。
布拉德福德分享了他在不同地点遇到的棘手泄漏案例，如在加拿大埃德蒙顿，布拉德福德的团队追踪到一个每日泄漏1300万加仑水的源头，但耗时了四天才最终找到它。埃德蒙顿作为大城市，人口众多，天气极端多变，增加了泄漏检测的复杂性。泄漏点位于一处开发区，水是从地下渗出的，流入雨水收集系统，因此难以被人注意到。
相比之下，EPCOR公司在一年内，在亚利桑那州圣坦谷发现250多处泄漏点。
修复泄漏是一项持续不断的工作。FIDO的爱德华兹指出：“新泄漏层出不穷。地面沉降、施工活动、腐蚀等环境因素均为泄漏诱因。即便微小泄漏的管道也如同蛀牙一般，它们不会自愈，而是需要被及时修复。”
管道维护工作持续不断、永无止境的特性，正是微软承诺与FIDO及其服务的公用事业公司，开展为期十年的AI泄漏检测项目的缘由。
罗伯茨强调：“水资源挑战复杂且严峻，但节约用水、最大化水资源价值的方法并不复杂，利用AI技术识别并验证泄漏修复情况仅是其中一例。我们很高兴通过此类合作伙伴关系，扩大我们在保护淡水资源方面的影响力。”
