AAU logo

nyhed

Forskere går til kamp for bedre styring af vand

Forskere går til kamp for bedre styring af vand

Forskere fra Aalborg Universitet vil kombinere matematiske modeller med maskinlæring i forsøget på at styre vand i byerne. Målet er at sikre, at vandet ikke havner de forkerte steder på de forkerte tidspunkter.

Lagt online: 26.05.2020

Vand er en af de største udfordringer i verden. Det kan regne for meget. Det kan regne for lidt. Drikkevandet kan være forurenet eller udgøre en kritisk mangelvare. Det er altså ikke uden grund, at vand er grundelement i fire ud af de 17 verdensmål, som FN har opstillet. Men i sig selv er vand hverken godt eller dårligt – udfordringen er at sørge for, at vandet er på de rigtige steder på de rigtige tidspunkter og i en vis kvalitet.

I et nyt projekt med titlen CLAIRE vil forskere fra Institut for Datalogi og Institut for Byggeri, By og Miljø på Aalborg Universitet forsøge at forbedre mulighederne for at forstå og styre vand i byområder. Projektet er et ud af tre projekter, som Aalborg Universitet har fået bevilget i VILLUM FONDENS nye Synergi-program.

Professor Kim Guldstrand Larsen fra Institut for Datalogi leder projektet i samarbejde med Professor MSO Michael Rasmussen fra Institut for Byggeri, By og Miljø. Han fortæller:

- At kunne styre vand er helt centralt for løsningerne på mange af de problemer, som verdensmålene adresserer. Men når det kommer til at optimere nutidens vandforvaltning, udnytter man pt. ikke det potentiale, som digitale teknologier tilbyder. Vores påstand er, at det med en digital tilgang er muligt at måle, styre og regulere vand intelligent, og vi vil forsøge at kombinere de nuværende matematiske modeller for, hvordan vand opfører sig, med maskinlæring, der er mere datadrevent. På denne måde kan vand kontrolleres, så det eksempelvis forårsager langt færre og mindre oversvømmelser.
 

Et komplekst spil med en kompleks modstander

I projektet bliver vandsystemet betragtet som et cyberfysisk system, dvs. at det består af en fysisk virkelighed – selve vandet og infrastrukturen - der overvåges og styres af forbundne software- og/eller hardware-elementer. I projektet vil forskerne benytte værktøjet UPPAAL Stratego til at udarbejde modeller af, hvordan vandet og ikke mindst flowet af vand kan styres. UPPAAL Stratego er en videreudvikling af værktøjet UPPAAL, der bruges til at simulere, teste og verificere modeller. Kim G. Larsen sammenligner det med at spille skak – med vandet i systemet som modstanderen.

- En ting er at forstå, hvordan vand flyder rundt i et system. Men vi ønsker at kunne åbne og lukke for vandet på forskellige steder og tidspunkter. Vi har tidligere brugt UPPAAL Stratego til at styre både trafik og gulvvarmesystemer, men nu skal vi bruge det til at styre vand – det er noget helt nyt. Og det glæder i vi os til.

Konkret kommer forskerne til at arbejde med en case – et regnvandsbassin. Regnvand fra byer opsamles i dræningsbassiner og frigives langsomt til naturlige vandløb; med et konstant statisk flow. Men spørgsmålet er, om det ville give mere mening at lukke mere vand ud på nogle tidspunkter, og mindre vand ud på andre tidspunkter. Og hvordan påvirker flowet fra ét regnvandsbassin andre regnvandsbassiner, der også leder vand ud i det samme vandløb?

- Hele ideen er, at vi først opsætter og tester vores modeller, og så er det en udfordring bagefter at vise, at det så faktisk også er det, der sker i den virkelige case. Vi skal hele tiden kunne forudsige alle tænkelige udfald. Men det, der gør spillet ekstra kompliceret, er, at vandmolekyler er kontinuerte fænomener. Der er et element af usikkerhed – vi kan ikke vide, om det med 100 procent sandsynlighed vil regne om ti minutter. Det er et meget komplekst spil – og vi spiller mod en kompleks modstander, siger Kim G. Larsen og tilføjer, at forskerne også vil bygge en digital repræsentation af et mere komplekst vandsystem, der kan modelleres og spilles med – en såkaldt digital twin.
 

Sikkerhed frem for alt

Derudover skal forskerne sikre sig, at de styringsstrategier, der bliver valgt, er til at stole på. Man skal være sikker på, at der eksempelvis ikke opstår en oversvømmelse, hvis man har åbnet for meget for en af sluserne i systemet.

- Der er naturligvis en række kritiske situationer, som vi skal sørge for at undgå. Vi ønsker at kunne give absolutte sikkerheder – og det er en udfordring. Så vi skal også sørge for, at nogle elementer vægter mere end andre i modellerne, siger Kim G. Larsen og fortsætter:

-  Omvendt skal vi også huske, at vand er sværere at modellere og styre end eksempelvis trafik, hvor vi har radarer, der kan fortælle os præcis, hvor mange biler der er. Vi kan ikke overvåge et vandsystem i alle ender og kanter. Vi får kun nogle delvise informationer om tingenes tilstand, og så må vi estimere resten. Men hvem ved – måske viser det sig, at vi kan nøjes med en tiendedel af sensorer og alligevel gøre det godt?
 


Yderligere information

Projekt CLAIRE: CONTROLING WATER IN AN URBAN ENVIRONMENT er finansieret af VILLUM FONDEN med 2,9 mio. kr.

Kontakt

Projektledere: 
Professor Kim G. Larsen
Institut for Datalogi, Aalborg Universitet
Telefon: 2217 1159
Mail: kgl@cs.aau.dk

Professor MSO Michael Rasmussen
Institut for Byggeri, By og Miljø, Aalborg Universitet
Telefon: 4272 1007
Mail: mrr@build.aau.dk

Øvrige deltagere: Professor MSO Thomas Dyhre Nielsen, Institut for Datalogi, Professor Jiri Srba, Institut for Datalogi og  Lektor Jesper E. Nielsen, Institut for Byggeri, By og Miljø.

Om UPPAAL: Det verdenskendte verifikationsværktøj Uppaal er udviklet på Institut for Datalogi, Aalborg Universitet i samarbejde med kolleger på Uppsala Universitet.

Presse: Nina Hermansen, ninah@cs.aau.dk, telefon: 2090 1829
Foto: Colourbox