Kalifornia käyttää Blockchainia ja IoT: tä pohjaveden käytön hallintaan

Kalifornialla on vesiongelma.

Valtio on maatalouden voimalaitos, tuottaa yli kolmanneksen Yhdysvaltalaisten vihanneksista ja tuottaa yli 50 miljardia dollaria vuodessa, mutta sen laaja ja monipuolinen tuotanto vaatii yhtä valtavan määrän vettä.

Maanviljelijät ja yritykset ovat vuosikymmenten ajan pumppaneet pohjavettä Kalifornian pohjavesikerroksista, vettä läpäisevistä kivikerroksista, jotka pitävät vettä maan alla, ja tulokset ovat olleet pelottavia. Kun pohjavesikerros tyhjenee nopeammin kuin sade pystyy täyttämään niitä, maa itse asiassa uppoaa, ilmiötä kutsutaan "vajoamiseksi". Alueilla, joissa rakennus ja tiet ovat maan päällä, tämä voi aiheuttaa vahinkoja.

"Kalifornia on valtava amerikkalaiselle maataloudelle", Alex Johnson, The Freshwater Trustin Freshwater Fund -johtaja, kertoi Digital Trendsille. "Mutta se on voimakkaasti riippuvainen pohjavedestä, ja keskilaaksossa on joitakin altaita, jotka ovat niin ehtyneet. parin viime vuosikymmenen aikana ne ovat 20 jalkaa alempana, koska ne pohjavesikerrokset on valutettu ja kaikki maa on asettumassa.”

Kun akviferit uppoavat, ne eivät vain aiheuta riskiä maan infrastruktuurille. Kivi ja maaperä sortuvat yhteen ja poistavat tilan, johon vesi saattoi kertyä. Tämä voi olla katastrofaalista, mm Kalifornian vesivarojen osaston mukaan, pohjaveden osuus osavaltion vesivarastosta on keskimäärin 38 prosenttia vuodessa; kuivina vuosina tämä luku voi nousta yli 46 prosentin.

Jos Kalifornia aikoo estää pohjavesikerroksen ehtymisen edelleen ja selviytyä kuivuudesta, kuten se, joka vaivasi sitä vuosina 2011–2017, osavaltion on hallittava pohjaveden käyttöä. Keskilaaksossa ryhmä organisaatioita työskentelee projektissa, joka voisi pysäyttää vuoroveden yhdistämällä kaksi teknologiaa: esineiden internet (IoT) ja Blockchain.

Projekti syntyi ihmiskunnan kehtoon

Ensimmäinen suuri haaste oli selvittää, miten pohjaveden tasoa seurataan koko osavaltiossa. Onneksi tämä on ongelma, jonka kanssa ihmiset muilla alueilla maapalloa ovat painuneet vuosia ja ovat jo kehittäneet ratkaisuja siihen.

"Teemme tämän tänään ensisijaisesti Itä-Afrikassa", sanoo Evan Thomas, SweetSensen toimitusjohtaja. Yritys käyttää satelliittiin kytkettyjä antureita maaseudun vesivarastojen valvontaan. "Itä-Afrikassa on itse asiassa 30 prosenttia vähemmän sadetta viime vuosina joka vuosi 30 vuoden ajan", hän selittää, "joten kuivuutta on nyt periaatteessa joka vuosi kymmenen tai 20 vuoden välein, ja kuivuuden seuraukset ovat todella vaikea. 250 000 ihmistä kuoli vuonna 2011 kuivuudesta Etiopiassa ja Keniassa, ja lähes kymmenen miljoonaa ihmistä kärsi.

Keniassa SweetSense teki yhteistyötä IBM Researchin kanssa, ja Yhdysvaltain kansainvälisen kehitysviraston (USAID) tuella he rakensivat järjestelmä käyttää IoT-antureita "seuraamaan pohjaveden käyttöä ja kysyntää, korreloimaan sitä sateen pintaveden saatavuuteen ja sitten myös useimpiin mikä tärkeintä, käytä näitä tietoja tunnistaaksesi, milloin vesipumppu epäonnistuu, jotta voimme mennä ulos ja korjata sen ja varmistaa, että ihmiset saavat vettä ympäri vuoden."

IoT: n käyttö on jännittävää: Tässä on tekniikka, jonka monet yhdistävät ensin keittiökoneisiin ja Alexa kaiuttimet, joita käytetään pelastamaan ihmishenkiä kuivuudesta. IoT, esineiden internet, viittaa laajasti koneiden kykyyn kommunikoida keskenään.

Kuvittele moderni, tekninen asunto: sinulla saattaa olla älykkään kodin keskus, joka kertoo älypuhelimesi, kun kello lyö 7. kaiutin soittaa herätyksen, kahvinkeitin aloittaaksesi kattilan, TV käynnistääksesi ja vaihtaaksesi kanavan aamuun uutiset. Jos ulkolämpötila on alle tietyn kynnyksen, älytermostaattisi nostaa lämpöä. Vaikka olet ehkä ohjelmoinut nämä ohjeet alun perin, koneet voivat "puhua" toisilleen ja suorittaa ohjeita ilman, että ihminen hallitsee niitä.

Tärkeää on, että laitteet voivat kommunikoida keskenään ilman synkronointia laajemman Internetin kanssa, ja tämä on ratkaisevan tärkeää SweetSensen työlle Afrikassa.

"Syy, miksi se on IoT, on se, että olemme täysin off-grid", Thomas selittää. "Ei ole matkapuhelinpalvelua, ei ole virtaa, ei ole sähköliittymiä, joten meillä on itsenäinen, aurinkoenergialla toimiva anturi, joka on kiinnitetty näihin pumppuihin ja joka voi valvoa veden tuloa ja yhdistää sen satelliitin kautta verkot."

Anturit mahtuvat ihmisen kämmenelle, ja niiden virtalähteenä on "2 watin aurinkopaneeli, joka on pienen pokkarikirjan kokoinen".

Jaettu resurssi vaatii jaettua tietoa

Pohjaveden käytön tarkka mittaaminen on ratkaiseva askel, mutta pelkkä tarkat instrumentit eivät riitä. Pohjavesi on ainutlaatuisen monimutkainen resurssi hallita. Kaikki on maan alla, poissa näkyvistä, ja koska se on erittäin tärkeää useille teollisuudenaloille, kaikki haluavat siemauksensa suihkulähteellä.

"Uskon, että vesi- ja luonnonvarojen hallinnassa on luontaisia ​​vaikeuksia, joissa on vaikea seurata, kuka tekee mitä ja seurata sitä ajan myötä", Johnson sanoo. "Käyttäjien välillä ei ole paljon luottamusta, etenkään käyttäjien ja hallituksen tai paikallisten hallintovirastojen välillä muihin tahoihin, jotka haluavat samaa resurssia."

Pohjaveden käyttö on erinomainen esimerkki yhteisen tragedia, idea, joka esitettiin yhteisellä resurssilla, yksilöt päättävät maksimoida oman käyttönsä siitä huolimatta, että jos kaikki tekevät niin, se voi kuluttaa resursseja ja tuhota ryhmä.

Yhteisen resurssin, kuten veden, hallinta, johon ihmiset kokevat luonnollisesti oikeutetuksi, ei edellytä vain ryhmän selviytymistä, joka riippuu siitä, että jokainen säännöstelee sen käyttöä. Se vaatii luottamusta. Jokainen haluaa tietää, että kaikki muut pelaavat samoilla säännöillä.

"Vesi on yhteinen resurssi", sanoo Nathan Wangusi, IBM Research African vesialan tekninen johtaja, "mikä tarkoittaa, että jos otamme vettä samassa pohjavesikerroksessa meillä on oltava ehdot siitä, kuinka paljon louhimme, millä nopeudella louhimme… joten konsensusidea on erittäin hyvä tärkeä."

Markkinalähtöinen lähestymistapa

Wangusi ja hänen tiiminsä työskentelevät Keniassa, alueella, jota hän kuvailee "harvaan asutuksi" ja "pääosin pastoraaliseksi… voimakkaasti riippuvainen pohjavedestä." Se on myös alue, jolla on vaikea ottaa käyttöön monia teknologioita ratkaisuja. Wangusi ja hänen tiiminsä päättivät keskittyä vesioikeuksien ansaitsemiseen.

"Ajattelet mitä tahansa muuta luonnonvaraa, kuten mineraaleja, maata, saastuttamiskykyä", Wangusi selittää, "saat ne oikeudet jonkin luvan kautta… jos sinulla on hiilidioksidihyvitys, saat jonkin luvan laittaa tietty määrä hiiltä ympäristö.”

Samoin, jos omistat maata, voit kasvattaa satoa ja sinulla on oikeus myydä ne. Jos omistat kaivoksen, voit poimia siitä mineraaleja ja myydä ne. Pohjavesi on kuitenkin hankalampaa.

"Se mikä eroaa vesioikeuksissa, enemmän kuin muissa luonnonvaroja koskevissa oikeuksissa, on se, että vesioikeuksia ei voi muuttaa suoraan… kaupalliseksi välineeksi."

Wangusi ja hänen tiiminsä päätyivät ajatukseen pohjavesihyvityksistä. Luotto antaa omistajalle oikeuden ottaa tietyn määrän vettä maasta, ja jos omistaja ei halua käyttävät tätä oikeutta itse, he voivat "muuntaa ne kaupallisiksi instrumenteiksi, joilla voit käydä kauppaa avoimesti markkinoida."

Markkinoilla on kuitenkin kyse luottamuksesta. Asianomaisten tulee luottaa siihen, että heidän ostamansa tuote – tässä tapauksessa oikeus pohjaveden talteenottoon – on voimassa, ja heidän tulee luottaa siihen, että kukaan muu ei pelaa järjestelmää. Miksi maanviljelijä rajoittuisi vain siihen veteen, johon hänellä on varaa ostaa lupa, jos hän epäilee naapurinsa pumppaavan vettä piittaamattomasti? Jokaisella on oltava pääsy näihin tietoihin ja heidän on tiedettävä, että tiedot ovat luotettavia.

Järjestelmä, johon kaikki voivat luottaa

"Teknologia, joka on suunniteltu tukemaan konsensusta ja demokratisoitua tiedonsaantia", Wangusi sanoo, "on määritelmän mukaan Blockchain, koska sinulla on ajatus muuttumattomasta pääkirjasta, ja sitten sinulla on ajatus älykkäästä sopimuksesta, joka voi siirtää tapahtumia kyseisessä lohkoketjussa verkkoon."

Blockchain on tekniikka joka on Bitcoinin kaltaisten kryptovaluuttojen taustalla, mutta sillä on paljon potentiaalia muille sovelluksille. Yksinkertaisesti sanottuna Blockchain on hajautettu pääkirja, joka jaetaan kaikille, jotka haluavat käyttää sitä.

Kun mikä tahansa määrä osapuolia tekee tapahtuman tai muun kaupan (esim. rekisteröi "älykkään sopimuksen") Blockchainissa, muut verkon osapuolet varmistavat sen ja varmistavat sen paikkansa tietueessa. Tieto on kaikkien käyttäjien saatavilla, eikä kukaan voi jälkikäteen muuttaa sitä, koska tietojen on oltava linjassa kaikkien muiden kopioiden kanssa.

SweetSensen anturit voivat seurata tarkasti mistä tahansa pumpussa olevan pohjaveden määrää järjestelmään ja välittää nämä tiedot IBM: n Blockchainille satelliittien kautta, jotta tieto kulkee jopa etäyhteydellä. alueilla. Blockchainissa käyttäjät voivat ostaa ja myydä vesiluottoaan, jopa rekisteröimällä älykkäitä sopimuksia ostaakseen tai automaattisesti myydä kun hinta on oikea, ja jokainen näkee mitkä pumput ovat toimivia vai eivät, mihin vettä pumpataan jne. päällä.

Keniasta Kaliforniaan

Afrikassa kehitetty järjestelmä on siunaus siellä oleville pastoraalisille yhteisöille, jotka ovat riippuvaisia ​​pohjavedestä. Freshwater Trustin mielestä sillä näytti olevan myös paljon potentiaalia Kaliforniassa. Vaikka ihmiset eivät välttämättä heti yhdistä Keniaa ja Kaliforniaa mielessään, molemmat alueet ovat riippuvaisia ​​maataloudesta ja molemmat pohjaveteen.

Thomas oli työskennellyt Freshwater Trustin kanssa aiemmin, ja he näkivät mahdollisuuden tehdä yhteistyötä.

"Koska TFT yritti selvittää, kuinka auttaa viljelijöitä todella valvomaan vettä ja kuinka auttaa maanviljelijöitä noudattamaan pohjaveden kestävää kehitystä. Toimi, Thomas sanoo, ja mikä tärkeintä, kuinka auttaa heitä tavalla, joka helpottaa uusien säännösten aiheuttamaa tuskaa ja luo markkinakannustimia osallistumassa.”

Projektin luojat olivat innoissaan "käänteistekniikan" mahdollisuudesta siirto”, kehitysmaissa suunnitellusta järjestelmästä, joka tulee auttamaan Kaliforniaa, maan sydäntä teknologian maailma.

"Luulen, että amerikkalaisessa kulttuurissa on helppoa tuntea, että olemme parhaita", Johnson sanoo. "Koska meille on kerrottu niin tai olemme kertoneet itsellemme niin paljon. Innovaatioita tapahtuu monissa paikoissa, ja uskon, että teknologian nopeus on demokratisoitunut sieltä, mistä osa niistä todella mielenkiintoisista teknologisista edistysaskeleista tulee."

Kun otetaan huomioon Kalifornian keskeinen rooli teknologiateollisuudessa, siellä on vähän ironiaa, suuri innovaatioiden viejä, joka hyödyntää teknologiaa kaukaisesta maasta.

"Kalifornia on melko tekninen tietyssä mielessä", Johnson sanoo, "ja se ei yleensä liity maatalouteen. Joten uskon, että on luultavasti monia aloja, joilla kehitysmailla on opetuksia ja innovaatioita, jotka voivat opettaa sen kehittyneelle maailmalle."

Tämä IoT/Blockchain-järjestelmä tarjoaa läpinäkyvän ja läpinäkyvän tavan säädellä pohjaveden käyttöä lahjomaton, mikä on hyödyllistä, koska maanviljelijät, olivatpa he Keniassa tai Kaliforniassa, voivat olla varovaisia ​​hallitukselta toimeksiantoja.

"Jos pystymme luomaan järjestelmän, joka on uskottava, muuttumaton ja osoittaa, että yleisesti ottaen tuota resurssia käytetään kuukausi toisensa jälkeen, vuodesta toiseen. hallinnoidaan kestävästi, mutta antaa käyttäjille yksityisyyden ja turvallisuuden, jota he tarvitsevat käyttääkseen järjestelmää, Johnson sanoo. puhuminen."

"Lainsäädäntö pakottaa näiden uudentyyppisten järjestelmien kysyntään", hän lisää ja niin edelleen Organisaatiot, kuten Freshwater Trust, yrittävät "selvittää asioita ennen kuin kaikki ovat palanneet". seinää vasten …"

Maapallo on kuivumassa

Ihmiskunnan selkä ei ehkä ole vielä painettu seinää vasten, mutta voimme tuntea sen uhkaavan.

"Meillä ei ole vettä saatavilla ympäri vuoden, oikeastaan ​​missään päin maailmaa, ja siitä on tulossa kriisi", Thomas sanoo. "Kuivuus pahentaa tätä ongelmaa, kysyntä pahentaa tätä ongelmaa, ja meidän on varmistettava, että vettä on saatavilla siellä, missä sen on oltava ja milloin sen on oltava. Emmekä me pysty tekemään sitä vanhalla tavalla", hän lisää. "Emme aio vain rakentaa uusia patoja tai varastaa kaikkea vettä vuorilta. Meidän on pystyttävä hallitsemaan vettä siellä, missä se on."

Kuivuus ei vahingoita vain maataloutta. USDA Forest Servicen tuore lausunto toteaa, että Kaliforniassa on kuollut 18 miljoonaa puuta vuodesta 2017 lähtien, joten vuoden 2010 jälkeen kuolleiden kokonaismäärä on 149 miljoonaa. Nuo kuoret ulottuvat miljoonien eekkereiden yli, syttyvä meri odottaa kipinää. Kalifornian pitkittynyt kuivuus on sattunut samaan aikaan maastopalojen lisääntymisen kanssa, mukaan lukien vuoden 2018 Camp Fire, tappavin maastopalo Kalifornian historiassa.

Katastrofin välttämiseksi tarvitaan vankkaa julkista politiikkaa ja teknisiä innovaatioita, ja Kalifornia hyödyntää molempia.

"Meillä ihmisillä on pääsy lähes jumalan kaltaiseen teknologiaan juuri nyt", Johnson sanoo. "Otetaan kiireellisyys ja kokeillaan asioita ja sovelletaan joitain näistä teknologioista siellä, missä niitä eniten tarvitaan."

Toimittajien suositukset

• Unohda esineiden internet. Tässä on mitä IoT todella tarkoittaa