Akustisk bedömning av VA-ledningar
Publicerad: 23 juli, 2024
I ett nytt forskningsprojekt vid Luleå Tekniska Universitet kommer man att testa om det går att använda akustiska metoder för att bedöma statusen på ledningsnät. Går det kan mycket tid och resurser sparas i underhåll av VA-ledningar.
Annelie Hedström är professor på Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser, med VA-teknik som forskningsämne, och förklarar mer om projektet.
- Vi har en stor kunskap inom akustik här på institutionen och ser en möjlighet att bidra till att förbättra underhållet av VA-ledningsnäten med hjälp av det. Målet med forskningsprojektet är att i förlängningen utveckla en metod som kontinuerligt bedömer ledningarnas status med realtidsmätningar och maskininlärningsalgoritmer baserat på akustiska metoder.
Parallellt med det treåriga projektet ”Akustiska metoder för att bedöma avloppsledningars status - Smart Sewers” pågår redan systerprojektet ”VA-NET: Vibrationsbaserad bedömning av kommunala VA-ledningsnät”. De har dock delvis olika finansiärer och partners. I projektet med akustiska metoder ingår fyra VA-organisationer - VA-avdelningen på Bodens kommun, MittSverige Vatten & Avfall, Tekniska verken i Linköping och Luleå miljöresurs.
- Projekten har i princip samma målsättningar och kommer jobba nära varandra. I båda vill vi kunna samla in och analysera vibrations- och akustiska data från ledningsnät med verktyg vi kommer utveckla under projekten.
Ser behov av nya mätmetoder
Dagens mest vedertagna teknik för att undersöka avloppsnätens status är rörinspektioner, som ofta utförs av certifierade rörinspektiörer. Det innebär att en videokamera manuellt förs ner i ledningsnätet och filmar ledningarna medan en operatör samtidigt observerar och bedömer ledningsdefekter.
- Som vi ser det är detta tidskrävande, kostsamt och subjektivt. En målsättning kan vara för en medelstor kommun att återkomma och filma ledningarna vart tionde år. I mindre kommuner med små resurser har ledningarnas status aldrig systematiskt undersökts sedan de lades ner för flera decennier sedan. Därför finns behov av att undersöka och utveckla andra metoder för att snabbare och billigare kunna undersöka ledningsnätets status, vilket vi avser göra i dessa två projekt.
Ska utveckla en ny metod
Akustiska metoder har använts för att hitta läckor på dricksvattennät och gasledningar. Det har även utvecklats akustiska metoder för att undersöka och bedöma statusen på till exempel damm- och brokonstruktioner. Det finns även vissa tidigare studier och tester inom VA där man tittat på akustiska metoder i självfallsledningar, men Annelie Hedström känner inte till några kommersiella akustiska metoder för det ändamålet.
- Under vårt forskningsprojekt kommer vi utveckla en metod för att samla in och analysera vibrations- och akustikdata från i första hand självfallsledningar. Till att börja med kommer vi välja lämpliga sensorer och frekvensområden och genomföra modelleringar av insamlade data.
Den metod de tar fram kommer sedan att testas på ett ledningssystem som byggs upp i labb för att identifiera typiska mönster som signalerna ger för olika typer av strukturella ledningsdefekter.
- Baserat på resultaten från labb kommer metoden även att testas i fält. Där kommer vi att göra akustiska mätningar på ledningar som även spolats och filmats. Resultaten från de akustiska mätningarna kommer att jämföras med resultaten från filmningen.
Många utmaningar
Det finns flertalet utmaningar för projektet, en av dem är att hitta rätt våglängd för ljudvågen som sänds ut i ledningen.
- Det gäller att hitta en våglängd som passar för diametern på ledningen och avståndet mellan nedstigningsbrunnarna. Vågen kommer tappa i energi vid skarvar, servisledningar och annat och det gäller att kunna tolka vad som sker med den. Det gäller även att kunna skilja vad som påverkar vågen i ledningen och från vad som finns runt om ledningen.
Tanken är att de ska använda sig av maskinalgoritmer för att tolka insamlade data.
- Vi tror att ljudvågen kommer påverkas likadant vid exempelvis varje skarv den passerar, vid varje servisledning, etc. På det sättet kan maskininlärningsalgoritmer lära sig att tolka data och identifiera eventuella defekter i ledningen.
Ledningar utan defekter först
Dock tror Annelie Hedström att det kommer att vara lättast att identifiera ledningar som inte har några defekter alls.
- Även det skulle vara en stor vinst för ledningsnätsägare. Om de får information om vilka ledningar de inte har problem med kan de fokusera på dem där problem kan förekomma. En akustisk mätning tar bara ca 10 sekunder, så det är en mycket tidseffektiv metod.
Fyra pusselbitar
I första hand kommer de sikta in sig på ledningar i plast och betong och kommer använda sig av fyra pusselbitar för att bygga projektet.
- Till att börja med har vi ett stort kunnande inom VA-ledningsnät, vi har även mycket kunskaper om akustiska metoder. Den tredje pusselbiten blir att verifiera våra resultat med de från rörinspektioner och den fjärde biten är att använda oss av maskininlärningsalgoritmer.
Annelie Hedström konstaterar avslutningsvis att detta är ett riskprojekt, ingen har testat detta tidigare så det finns ingen bas att utgå från eller kunskap om det är möjligt.
- Samtidigt är det ju detta som forskning handlar mycket om, att våga sig ut på ny mark och skapa ny kunskap. Vare sig vi lyckas eller inte så har vi samlat mycket ny kunskap under projektets gång som kommer kunna nyttjas på olika sätt framöver.