California kasutab põhjavee kasutamise haldamiseks plokiahelat ja asjade internetti

Californias on veeprobleem.

Riik on põllumajanduse jõujaam, toodab üle kolmandiku Ameerika Ühendriikide köögiviljadest ja teenides aastas üle 50 miljardi dollari, kuid selle tohutu ja mitmekesine toodang nõuab sama kolossaalset vett.

Põllumajandustootjad ja ettevõtted on aastakümneid põhjavett välja pumbanud California põhjaveekihtidest, läbilaskvatest kivimikihtidest, mis hoiavad vett maa all, ning tulemused on olnud hirmutavad. Kuna põhjaveekihid tühjenevad kiiremini, kui vihm neid täiendada jõuab, vajub maapind tegelikult alla – seda nähtust nimetatakse "vajumiseks". Piirkondades, kus hooned ja teed toetuvad maapinnale, võib see kahjustada.

„Kalifornia on Ameerika põllumajanduse jaoks tohutu,” ütles The Freshwater Trusti Freshwater Fundi direktor Alex Johnson väljaandele Digital Trends. "Kuid see sõltub suuresti põhjaveest ja keskorus on mõned basseinid, mis on üle maailma nii ammendatud. viimase paarikümne aasta jooksul on need 20 jalga madalamal, kuna need põhjaveekihid on kuivendatud ja kogu maapind on elama."

Kuna põhjaveekihid vajuvad, ei kujuta need endast ohtu ainult maapealsele infrastruktuurile. Kivi ja pinnas varisevad kokku, eemaldades ruumi, kuhu vesi võis kunagi koguneda. See võib olla katastroofiline, nagu California veevarude osakonna andmetelaastal moodustab põhjavesi keskmiselt 38 protsenti osariigi veevarustusest; kuivadel aastatel võib see arv hüpata üle 46 protsendi.

Kui California kavatseb ära hoida põhjaveekihtide edasise ammendumise ja elada üle põuad, nagu see, mis teda aastatel 2011–2017 vaevas, peab osariik oma põhjavee kasutamist haldama. Keskorus töötab rühm organisatsioone projekti kallal, mis võiks mõõna peatada, ühendades kaks tehnoloogiat: asjade interneti (IoT) ja Blockchaini.

Inimkonna hällis sündinud projekt

Esimene suur väljakutse oli välja selgitada, kuidas jälgida põhjavee taset kogu osariigis. Õnneks on see probleem, millega teised maakera piirkonnad on aastaid maadelnud ja millele on juba lahendusi välja töötanud.

"Teeme seda täna peamiselt Ida-Aafrikas," ütleb Evan Thomas, ettevõtte SweetSense tegevjuht, mis kasutab maapiirkondade veevarude jälgimiseks satelliidiga ühendatud andureid. "Ida-Aafrikas on viimase 30 aasta jooksul igal aastal 30 protsenti vähem sademeid," selgitab ta, "nii et põud on praegu põhimõtteliselt igal aastal, mitte iga kümne või 20 aasta tagant, ja põua tagajärjed on tõesti raske. 2011. aastal suri Etioopias ja Keenias põua tõttu 250 000 inimest ning kannatada sai peaaegu kümme miljonit inimest.

Keenias tegi SweetSense koostööd IBM Researchiga ja Ameerika Ühendriikide Rahvusvahelise Arenguagentuuri (USAID) toel ehitasid nad süsteem, mis kasutab IoT andureid, et "jälgida põhjavee kasutamist ja nõudlust, seostada seda sademete pinnavee kättesaadavusega ja seejärel ka enamiku oluline on kasutada neid andmeid veepumba rikke tuvastamiseks, et saaksime välja minna ja see parandada ning tagada inimestele juurdepääs veele Aastaringselt."

IoT kasutamine on põnev: siin on tehnoloogia, mida paljud inimesed seostavad esmalt köögiseadmete ja Alexa kõlarid, mida kasutatakse elude päästmiseks põua eest. IoT ehk asjade internet viitab laias laastus masinate võimele üksteisega suhelda.

Kujutage ette moodsat tehnilist korterit: teil võib olla nutika kodu keskus, mis annab teie nutiseadmele teada, kui kell kukub kell 7 hommikul. kõlar äratuse esitamiseks, kohvimasin poti keetmise alustamiseks, teler sisselülitamiseks ja kanali vahetamiseks hommikuks uudised. Kui väljas on temperatuur alla teatud läve, väntab teie nutikas termostaat soojust. Kuigi võisite need juhised algselt programmeerida, saavad masinad üksteisega "vestelda" ja juhiseid täita, ilma et inimene neid mikrohaldaks.

Oluline on see, et seadmed saavad üksteisega suhelda ilma laiema Internetiga sünkroonimata ja see on SweetSense'i töö jaoks Aafrikas ülioluline.

"Põhjus, miks see on asjade internet, on see, et me oleme täiesti võrgust väljas," selgitab Thomas. "Puudub mobiilsideteenus, pole voolu, pole kommunaalteenuseid, seega on meil iseseisev, Päikeseenergial töötav andur, mis on nende pumpade külge kinnitatud ja mis suudab jälgida veevarustust ja ühendada selle satelliidi kaudu võrgud."

Andurid mahuvad inimese peopessa ja neid toidab "2-vatine päikesepaneel, mis on väikese pehmekaanelise raamatu suurune".

Jagatud ressurss nõuab jagatud teavet

Põhjavee kasutamise täpne mõõtmine on ülioluline samm, kuid sellest ei piisa ainult täpsete instrumentide omamisest. Põhjavesi on ainulaadselt keerukas majandatav ressurss. See kõik asub maa all, silma alt ära ja kuna see on paljudele tööstusharudele ülioluline, tahavad kõik purskkaevu lonksu.

"Ma arvan, et veemajanduses ja loodusvarade majandamises on omane raskus, kus on raske jälgida, kes mida teeb, ja seda aja jooksul jälgida," ütleb Johnson. "Kasutajate vahel pole palju usaldust, eriti kasutajate ja valitsuse või kohalike haldusasutuste vahel teiste üksuste suhtes, kes soovivad sama ressurssi."

Põhjavee kasutamine on suurepärane näide sellest ühisvara tragöödia, idee, mis esitati jagatud ressursiga, otsustavad üksikisikud oma kasutust maksimeerida hoolimata asjaolust, et kui kõik seda teevad, võib see ressursse ammendada ja hukutada Grupp.

Jagatud ressursi, nagu vesi, haldamine, millele inimesed tunnevad loomulikult õigust, ei nõua mitte ainult rühma ellujäämist, mis sõltub sellest, kas igaüks määrab nende kasutamise. See nõuab usaldust. Iga inimene tahab teada, et kõik teised mängivad samade reeglite järgi.

"Vesi on jagatud ressurss," ütleb Nathan Wangusi, IBM Research Africa vee tehniline juht, "mis tähendab, et kui me ammutame samas põhjaveekihis peavad meil olema tingimused selle kohta, kui palju me kaevandame, millise kiirusega me kaevandame … nii et konsensuse idee on väga hea oluline."

Turupõhine lähenemine

Wangusi ja tema meeskond töötavad Keenias, piirkonnas, mida ta kirjeldab kui "hõredalt asustatud" ja "peamiselt pastoraalset... sõltuvad suuresti põhjaveest. See on ka piirkond, kus on raske juurutada paljusid tehnoloogilisi lahendusi lahendusi. Wangusi ja tema meeskond otsustasid keskenduda sellele, kuidas veeõigusi raha teenida.

"Mõtlete mis tahes muule loodusvarale, nagu mineraalid, maa, juurdepääs reostusvõimele," selgitab Wangusi, "te saate need õigused mõne loa kaudu … kui teil on süsiniku krediit, saate loa teatud koguse süsinikku suunamiseks keskkond."

Samuti, kui teil on maa, saate kasvatada põllukultuure ja teil on õigus neid saake müüa. Kui teil on kaevandus, saate sealt kaevandada mineraale ja neid müüa. Põhjavesi on aga keerulisem.

"Mis erineb veeõigustest, rohkem kui muudest loodusvarade õigustest, on see, et te ei saa muuta veeõigusi otse … kaubanduslikuks vahendiks."

Wangusi ja tema meeskond leppisid põhjaveekrediidi ideega. Krediit annab omanikule õiguse ammutada maapinnast teatud kogus vett ja kui omanik seda ei soovi kasutavad seda õigust ise, saavad nad „muundada need kommertsinstrumentideks, millega saate kaubelda avatud kujul turg."

Turud on aga seotud usaldusega. Asjaomased inimesed peavad usaldama, et nende ostetav toode – antud juhul õigus põhjavee kaevandamiseks – kehtib, ja nad peavad usaldama, et keegi teine ​​süsteemiga ei mängi. Miks peaks põllumees piirduma ainult sellise veega, mille jaoks ta lubab osta, kui kahtlustab, et naaber pumpab vett hoolimatu hülgamisega? Kõigil peab olema sellele teabele juurdepääs ja nad peavad teadma, et teave on usaldusväärne.

Süsteem, mida kõik saavad usaldada

"Tehnoloogia, mis on loodud toetama konsensust ja demokratiseeritud juurdepääsu teabele," ütleb Wangusi, "on definitsiooni järgi Blockchain, kuna teil on idee muutumatust pearaamatust ja siis on teil idee nutikast lepingust, mis suudab tehinguid selles plokiahelas liigutada võrk."

Blockchain on tehnoloogia mis on krüptovaluutade, nagu Bitcoin, aluseks, kuid sellel on palju potentsiaali muude rakenduste jaoks. Lihtsamalt öeldes on Blockchain detsentraliseeritud pearaamat, mida jagatakse kõigi vahel, kes sellele juurdepääsu soovivad.

Kui suvaline arv osapooli teeb plokiahelas tehingu või muu tehingu (näiteks registreerib „targa lepingu”), kontrollivad teised võrgu osapooled seda ja kindlustavad selle koha kirjes. Teave on kõigile kasutajatele kättesaadav ja keegi ei saa seda tagantjärele muuta, sest andmed peavad ühtima kõigi teiste koopiatega.

SweetSense'i andurid suudavad täpselt jälgida mis tahes pumbast välja tõmmatud põhjavee kogust süsteemi ja edastada see teave satelliitide kaudu IBM-i plokiahelasse, nii et andmed liiguvad isegi kaugemal. alad. Blockchainis saavad kasutajad osta ja müüa oma veekrediiti, registreerides isegi nutikaid lepinguid, et automaatselt osta või müüa siis, kui hind on õige ja igaüks näeb, millised pumbad töötavad või mitte, kuhu pumbatakse vett jne. peal.

Keeniast Californiasse

Aafrikas välja töötatud süsteem on õnnistuseks sealsetele põhjaveest sõltuvatele pastoraalsetele kogukondadele. Freshwater Trustile näis, et sellel on California jaoks palju potentsiaali. Kuigi inimesed ei pruugi Keeniat ja Californiat oma mõtetes kohe siduda, sõltuvad mõlemad piirkonnad põllumajandusest ja mõlemad põhjaveest.

Thomas oli varem Freshwater Trustiga koostööd teinud ja nad nägid võimalust koostööd teha.

"Kuna TFT püüdis välja mõelda, kuidas aidata põllumeestel vett tegelikult jälgida ja kuidas aidata põllumeestel järgida põhjavee jätkusuutlikkuse nõudeid Tegutsege," ütleb Thomas, "ja mis kõige tähtsam, kuidas neid aidata viisil, mis leevendab uute eeskirjadega kaasnevat valu ja loob turustiimuleid. osalevad."

Projekti loojaid erutas väljavaade, mida nad nimetavad "pöördtehnoloogiaks". ülekanne”, arengumaades loodud süsteemist, mis aitab California südant tehnikamaailm.

"Ma arvan, et Ameerika kultuuris on lihtne tunda, et oleme parimad," ütleb Johnson. "Sest meile on seda öeldud või me oleme seda endale palju rääkinud. Seal on palju kohti, kus innovatsioon toimub, ja ma arvan, et tehnoloogia kiirus on demokratiseerunud, kust tulevad mõned neist tõeliselt huvitavatest tehnoloogilistest edusammudest.

Arvestades California keskset rolli tehnoloogiatööstuses, on seal pisut irooniat, suur innovatsioonieksportija, kes ammutab tehnoloogiat kaugelt maalt.

"Kalifornia on väga spetsiifilises mõttes üsna tehniline," ütleb Johnson, "ja see ei puuduta üldiselt põllumajandust. Nii et ma arvan, et ilmselt on palju valdkondi, kus arengumaadel on õpetusi ja uuendusi, mis võivad arenenud maailmale seda õpetada.

See asjade interneti/plokiahela süsteem on läbipaistev ja läbipaistev viis põhjavee kasutuse reguleerimiseks äraostmatu, mis on kasulik, arvestades, et Keenia või California põllumehed võivad olla valitsuse suhtes ettevaatlikud mandaadid.

"Kui suudame luua süsteemi, mis on usaldusväärne, muutumatu ja näitab, et üldiselt kasutatakse seda ressurssi kuust kuusse, aastast aastasse. jätkusuutlikult hallatud, kuid annab kasutajatele privaatsuse ja turvalisuse, mida nad vajavad selle süsteemi tegelikuks kasutamiseks," ütleb Johnson, "nüüd oleme rääkides."

"Õigusaktid sunnivad nõudma neid uut tüüpi süsteeme," lisab ta ja nii organisatsioonid, nagu Freshwater Trust, püüavad asju selgeks teha enne, kui kõik on tagasi seina vastas …"

Maa hakkab kuivama

Inimkonna selg ei pruugi olla veel vastu seina surutud, kuid me tunneme, et see läheneb.

"Meil ei ole vett aastaringselt saadaval, tegelikult kõikjal maailmas, ja see on muutumas kriisiks," ütleb Thomas. „Põud süvendab seda probleemi, nõudlus süvendab seda probleemi ja me peame tagama, et vesi oleks saadaval seal, kus see peab olema ja millal see peab olema. Ja me ei saa seda vanaviisi teha, ”lisab ta. „Me ei hakka lihtsalt uusi tamme uuesti ehitama ega kogu vett mägedest välja varastama. Peame suutma hallata vett seal, kus see on.

Põud ei kahjusta ainult põllumajandust. USDA metsateenistuse hiljutine avaldus väidab, et Alates 2017. aastast on Californias surnud 18 miljonit puud, mis tähendab, et alates 2010. aastast on surnute koguarv 149 miljonit. Need kestad ulatuvad üle miljonite aakrite, sädeme ootamise meri. California pikaajaline põud on langenud kokku metsatulekahjude sagenemisega, sealhulgas 2018. aasta laagritulega, surmavaim metsatulekahju California ajaloos.

Katastroofi ärahoidmiseks on vaja tugevat avalikku poliitikat ja tehnoloogilisi uuendusi ning California kasutab mõlemat.

"Meil kui inimestel on praegu juurdepääs peaaegu jumalale sarnasele tehnoloogiale, " ütleb Johnson. "Olgem kiireloomulised ja proovime asju ning rakendame mõnda neist tehnoloogiatest seal, kus neid kõige rohkem vajatakse."

Toimetajate soovitused

• Unustage asjade internet. Siin on see, mida IoT tegelikult tähendab