Ny mobil övervakningsteknik
Publicerad: 28 april, 2023
Bild: IVL
En ny patenterad sensor, som kallas Turbinatorn, kombinerar en kamera, en laserstråle och bildanalys för att mäta vattnets grumlighet och nivå utan att den behöver vara i kontakt med vattnet. Med den kan man få information om förekomsten av föroreningar, läckage och mycket annat.
Med eskalerande klimatförändringar och ökad inflyttning till tätorter ökar utmaningar med att hantera avloppsvatten, dagvatten och översvämningar. Forskare vid IVL Svenska Miljöinstitutet har i sin forskning utvecklat en innovation som med hjälp av sensorer och AI underlättar städernas övervakning och ger bättre beredskap att snabbt hantera olika förändringar.
Vi har under många år jobbat med sensorer och dataanalyser, något vi nu även kompletterat med bildanalys för att kunna bedöma grumlighet i vatten. Genom att bedöma grumlighet kan vi avgöra om något läcker in eller ut från en ledning, tidig varning av utsläpp av föroreningar och mycket annat, berättar Fredrik Hallgren, en av forskarna vid IVL som utvecklat Turbinatorn.
Testade först hemma i köket
Han började med att ta reda på hur en laserljusstråle påverkas av grumlighet i vatten genom att testa själv hemma i köket.
- Jag hällde upp vatten i en bunke och hällde i lite olika partiklar som kryddor av olika slag och kollade hur ljusstrålen agerade, och med blotta ögat kunde jag konstatera att den förändrades påtagligt i relation till grumligheten. Då insåg jag att om jag kunde se det så kan även sensorer med AI göra sådana analyser.
När han väl hade konstaterat det påbörjade han tillsammans med sina kollegor mer strukturerade försök och utvecklade steg för steg tekniken, som förutom att mäta graden av grumlighet även mäter vattennivåer.
- Ska vi kunna använda en AI-modell så måste den tränas upp så sensorn kan göra rätt bedömning av grumlighet och vattennivå och då behövs referensmaterial. Det första steget blev därför att bygga en testrigg, en 4 meter djup brunn, där vi kunde mäta partikelmängd och vattennivå under kontrollerade former. Vi skapade sedan en bildbank med ca 20 000 bilder av olika kombinationer av grumlighet och vattennivåer.
Tog fram en AI-modell
På de resultaten byggde de sedan en AI-modell där sensorn utifrån en bild kan avgöra vilken grumlighet och nivå det handlar om.
- För att kunna dra nytta av den nya tekniken behöver man längre tidserier för att kunna göra analyser på förändringar och även bedöma vilka som kan behöva åtgärdas.
De har redan provat en prototyp av Turbinatorn i verkligheten, det skedde i Göteborg där de utfört tester nedströms om ett mobilt reningsverk kopplat till en byggarbetsplats.
- Ett problem med prototypen var att batteriet bara höll i ca två veckor, annars fungerade den mycket bra. Nu håller vi på att utveckla nästa generation och i den kommer batterierna hålla i tre år.
Själva funktionen går ut på att sensorn skickar ut en laserstråle i vattnet, tar ett foto av var ljuset träffar ytan och använder en AI-algoritm för att beräkna grumlighet och nivå utifrån fotot.
- Genom att bearbeta informationen på både sensor- och systemnivå med AI fås en uppskattning av belastningen eller avvikelserna över tid som kan användas för exempelvis ett prediktivt underhåll av systemet.
Gör nytta på flera olika sätt
Den nya tekniken är användbar inom olika områden och den har utvecklats utifrån verkliga behov som vattenorganisationer som Stockholm Vatten och Avlopp (SVOA) och Kretslopp och Vatten i Göteborg har.
- De har båda varit behovsägare i vårt forskningsprojekt som lett fram till Turbinatorn, som ett forskningsinstitut vi utgår alltid från verkliga behov och utmaningar i vår forskning.
Exempel på nyttor som Turbinatorn kan bidra med är:
- Ge en tidig varning av föroreningar i vattnet
- Identifiera tillskottsvatten, om det exempelvis läcker in dricksvatten i spillvattenledningar så blir spillvattnet mer utspätt.
- Hålla koll på breddpunkter, både att det breddar, hur det breddar och vilken koncentration i vattnet som breddar
- Övervakning av dagvattenlösningar
- Ge stöd för underhållsplaner av olika aktiviteter, exempelvis när det är läge att spola rent en ledning. Man vill inte spola rent i onödan då det blir lite av en blästring när man sprutar vatten, som kan innehålla olika partiklar, med högt tryck genom en ledning.
Turbinatorn är också lätt att installera och avinstallera t.ex. när batteriet behöver bytas eller sensorn flyttas till en ny plats. Det krävs heller ingen borrning och installationen och demonteringen kan göras utan att gå i avloppet, vilket gör att annars nödvändiga säkerhetsåtgärder undviks.
Bland det som är nytt med Turbinatorn är bland annat att det är en låg underhållskostnad då den är monterad i ett rör nära marken och placerad ovanför vattenlinjen eller ytan, vilket minskar behovet av rengöring. Den är också robust och designad för övervakning av avloppsvatten i mörk miljö.
Söker en samarbetspartner
Forskningsprojektet på IVL är nu i sitt slutskede och Turbinatorn närmar sig en marknadsintroduktion, men då IVL själva inte har den funktionen så söker de nu en samarbetspartner.
- Som forskningsinstitut avslutas våra projekt före en eventuell marknadsintroduktion, så nu hoppas vi få kontakt med en intresserad samarbetspartner som kan ta Turbinatorn hela vägen till marknaden där den kan göra verklig nytta. Vårt mål är ju att genom vår forskning bidra till att möta samhällsutmaningar av olika slag, därför ser vi gärna att ny teknik vi utvecklar kommer ut på marknaden och gör skillnad, avslutar Fredrik Hallgren.
Bild: IVL