物聯(lián)網(wǎng)與人工智能在生態(tài)水環(huán)境治理的應(yīng)用

1、物聯(lián)網(wǎng)與人工智能在生態(tài)水環(huán)境治理的應(yīng)用 摘要：實(shí)現(xiàn)生態(tài)水環(huán)境可持續(xù)開(kāi)展是21世紀(jì)全人類(lèi)奮斗的目的。當(dāng)前我國(guó)的生態(tài)水環(huán)境面臨資源匱乏和環(huán)境日益惡化等因素帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，通過(guò)常規(guī)處理手段增加水資源重復(fù)利用率，進(jìn)步污水處理廠處理負(fù)荷等方法已經(jīng)跟不上生態(tài)水環(huán)境治理持續(xù)改變的需求。文章提出將物聯(lián)網(wǎng)與人工智能技術(shù)應(yīng)用于生態(tài)水環(huán)境整治過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)生態(tài)水環(huán)境治理過(guò)程中多參數(shù)監(jiān)測(cè)、治理模型耦合模擬、智能決策與治理過(guò)程的結(jié)合調(diào)控。關(guān)鍵詞：生態(tài)水環(huán)境；物聯(lián)網(wǎng)；人工智能前言水利部在2022年全國(guó)水資源工作會(huì)議報(bào)告中提出，全國(guó)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率僅為46%，全國(guó)2/3的城市存在不同程度的缺水狀況，城市河網(wǎng)的水質(zhì)大多都為V

2、類(lèi)，太湖流域一級(jí)水功能區(qū)全指標(biāo)達(dá)標(biāo)為35.4%，其中，保護(hù)區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率僅為7.1%2022.7數(shù)據(jù)，并且城市中存在的黑惡水體嚴(yán)重影響了城市居民的消費(fèi)與生活。而水環(huán)境問(wèn)題改善的難度非常之大的原因在于：1水網(wǎng)互相之間分割使得水域連通性較差；2地勢(shì)平坦，平原地區(qū)較多，水的流通性弱；3城鎮(zhèn)化開(kāi)展進(jìn)程加快，城市排污量大，入河污染物多且雜，污水處理廠的運(yùn)行負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)缺乏；4人類(lèi)的建筑物復(fù)雜多樣，難以進(jìn)展統(tǒng)籌調(diào)度。國(guó)家通過(guò)鼓勵(lì)企業(yè)工藝創(chuàng)新，發(fā)布相關(guān)政策與環(huán)保指標(biāo)，加大對(duì)污水處理廠的扶助治理水環(huán)境。但是，水環(huán)境問(wèn)題的根源在于環(huán)境的承載才能與需求的矛盾，國(guó)家政策與企業(yè)工藝上的調(diào)整無(wú)法到達(dá)人們對(duì)于水環(huán)境的要求，要實(shí)

3、現(xiàn)科學(xué)治理生態(tài)水環(huán)境必須因地制宜，采取合理的科學(xué)對(duì)策，行之有效的技術(shù)手段。因此，充分利用現(xiàn)代技術(shù)手段，將物聯(lián)網(wǎng)與人工智能技術(shù)與生態(tài)水環(huán)境整治過(guò)程高度交融，應(yīng)用于生態(tài)水環(huán)境治理的手段與方法，必將從理念、技術(shù)、管理方面推動(dòng)生態(tài)水環(huán)境整治，統(tǒng)籌提升生態(tài)水環(huán)境整治智慧化管理和效勞程度。1生態(tài)水環(huán)境提升的智能技術(shù)需求物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成局部，也是信息化;時(shí)代的重要開(kāi)展階段，通俗地說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。而人工智能主要包含機(jī)器感知、機(jī)器思維、機(jī)器學(xué)習(xí)與機(jī)器行為四個(gè)方面。將物聯(lián)網(wǎng)與人工智能等技術(shù)應(yīng)用于生態(tài)水環(huán)境整治過(guò)程主要包含信息采集、運(yùn)行保障、結(jié)合控制、耦合模擬和智能決策這五個(gè)方面的需

4、求。信息的采集是生態(tài)水環(huán)境自動(dòng)化、智能化建立最根底的需要。通過(guò)建立物聯(lián)監(jiān)控站點(diǎn)識(shí)別水體水環(huán)境的狀態(tài)及沿河岸線變化、水利工程的狀況，監(jiān)測(cè)的范圍主要包含水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水位流量監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控和泵閘遠(yuǎn)程測(cè)控。運(yùn)用智能水尺可以對(duì)水位流量自動(dòng)采集與監(jiān)測(cè)，水質(zhì)感官指標(biāo)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，在主干河道、重點(diǎn)關(guān)注河段，自動(dòng)監(jiān)測(cè)總磷、濁度、溶解氧、透明度等多項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)河道、湖泊水庫(kù)、閘站等區(qū)域水尺讀數(shù)及水域范圍的自動(dòng)識(shí)別；基于雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)明渠、城市排水管網(wǎng)流量流速的在線監(jiān)測(cè)；基于視頻監(jiān)控，可以圖像識(shí)別自然水體、漂浮物、污染情況、非正常闖入、水下魚(yú)類(lèi)以及突發(fā)水污染的感知識(shí)別。物聯(lián)網(wǎng)+聯(lián)控聯(lián)調(diào)系統(tǒng)平臺(tái)是整個(gè)水環(huán)境系統(tǒng)運(yùn)行的保障

5、，其預(yù)報(bào)調(diào)度子系統(tǒng)利用系統(tǒng)共享信息源，管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)水雨情、工情、水質(zhì)及視頻信息等，結(jié)合協(xié)同決策管理需要，實(shí)時(shí)監(jiān)控和評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)水雨情、水環(huán)境、工程運(yùn)行狀況及時(shí)空分布等。滿足水文水動(dòng)力模擬計(jì)算引擎滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)同化河網(wǎng)初始場(chǎng)自動(dòng)矯正，實(shí)現(xiàn)流域區(qū)域城市圩區(qū)不同空間尺度關(guān)注點(diǎn)將來(lái)37天河道水質(zhì)、水位、流量預(yù)報(bào)預(yù)警，提早指導(dǎo)決策，智慧精準(zhǔn)處理。最終可以實(shí)現(xiàn)模型信息可視化，使得地理信息、可視化構(gòu)模與模型庫(kù)管理進(jìn)展一體化的設(shè)計(jì)與集成，保證后臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)交互。其聯(lián)調(diào)聯(lián)控可視化業(yè)務(wù)效勞結(jié)合GIS、GPS、智能感知等技術(shù)手段，基于通用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，支持各類(lèi)手持智能操作系統(tǒng)安卓、iOS定制開(kāi)發(fā)跨平臺(tái)的挪動(dòng)

6、綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)智能app、微信為工作人員提供隨時(shí)隨地、方便快捷的挪動(dòng)業(yè)務(wù)信息處理平臺(tái)，形成效勞自動(dòng)化、辦公網(wǎng)絡(luò)化、管理科學(xué)化、監(jiān)管信息化的挪動(dòng)水利管理功能。對(duì)于現(xiàn)地的泵站、閘門(mén)以及其他的水利工程設(shè)備實(shí)行三級(jí)結(jié)合控制管理形式，分別為現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制以及自動(dòng)邏輯控制。其中泵閘的智能互饋管理控制功能如下：1閘泵現(xiàn)地工情監(jiān)測(cè)功能：由遙測(cè)站和中心站兩局部組成，包括水位、電量參數(shù)、閘門(mén)開(kāi)度等，涉及閘門(mén)升、降、停，水泵啟停狀態(tài)以及各類(lèi)故障報(bào)警信號(hào)。2閘泵遠(yuǎn)程控制功能：分層分布開(kāi)放式構(gòu)造控制權(quán)順序?yàn)楝F(xiàn)地、遠(yuǎn)控。閘門(mén)的升、降、停操作，機(jī)組的開(kāi)停機(jī)操作，輔助設(shè)備的啟停操作等，以及智能互饋實(shí)時(shí)交互。

7、3數(shù)據(jù)庫(kù)記錄與管理：存儲(chǔ)水情、工情數(shù)據(jù)，對(duì)有關(guān)電氣狀況、運(yùn)行工況、設(shè)備故障等信號(hào)順序記錄；實(shí)時(shí)水位和水量數(shù)據(jù)按設(shè)定時(shí)間段保存，并按時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，畫(huà)面顯示與報(bào)表打印。2人工智能技術(shù)在生態(tài)水環(huán)境提升過(guò)程中的應(yīng)用生態(tài)水環(huán)境模型的建立需要對(duì)它進(jìn)展合理化的耦合模擬，此模型有著以下的智能功能需求：1模型可以實(shí)現(xiàn)多尺度分級(jí)應(yīng)用的需求和精度要求：對(duì)于不同空間的尺度模型分為流域模型、區(qū)域模型、城區(qū)模型、圩區(qū)模型。智能模型的多尺度分級(jí)解決了流域區(qū)域城區(qū)圩區(qū)不同空間尺度、時(shí)間尺度模型定制與數(shù)據(jù)更新機(jī)制，滿足模型的精度與模型時(shí)效性的雙重要求。流域級(jí)別與區(qū)域級(jí)別，區(qū)域級(jí)別與城市嵌套耦合模型，且模型最小嵌套單元按照行政分

8、區(qū)可以到街道社區(qū)，按照水利分區(qū)嵌套單元可以到圩區(qū)；2模型可以實(shí)現(xiàn)根底數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新功能：對(duì)于不同時(shí)間的尺度模型要求的參數(shù)為下墊面、工程變化、工程調(diào)度和河流水系。充分考慮到對(duì)于不同空間尺度、時(shí)間尺度、時(shí)空尺度模型的定制和計(jì)算，構(gòu)建智慧系統(tǒng)解決預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的業(yè)務(wù)功能需求；3智能;模型的解耦離散和拼接：對(duì)河道進(jìn)展分級(jí)定義拓?fù)潢P(guān)系，粗化和細(xì)化模型，進(jìn)一步離散模型，按照行政區(qū)域和水利分區(qū)。智能模型的雙向嵌套，以大尺度滿足小尺度的模型模擬，利用模型嵌套耦合技術(shù)，小尺度模型外部節(jié)點(diǎn)與大尺度模型內(nèi)部節(jié)點(diǎn)自動(dòng)匹配按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，如城區(qū)尺度大模型為圩區(qū)尺度小模型自動(dòng)提供外邊界，滿足圩區(qū)模擬和預(yù)報(bào)的封閉識(shí)別。小尺

9、度模型為大尺度模型外部節(jié)點(diǎn)提供產(chǎn)匯流過(guò)程。根據(jù)圩區(qū)集水區(qū)范圍、下墊面特點(diǎn)、槽蓄量、工程運(yùn)行參數(shù)，建立降雨徑流河道入流關(guān)系診斷，防止模型粗化過(guò)程模擬精度降低，開(kāi)展精度推演，智能模型參數(shù)自動(dòng)校正，在線滾動(dòng)計(jì)算接口配置技術(shù)，滿足水文水動(dòng)力模擬邊界條件自動(dòng)更新，基于數(shù)據(jù)同化的河網(wǎng)初始場(chǎng)自動(dòng)校正，參數(shù)自整定。2.2.1系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各地水域水庫(kù)的水雨情信息，結(jié)合近期的季節(jié)和氣象條件，提早耦合模擬計(jì)算出將來(lái)水庫(kù)容量的增減量，并能根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，迅速排序和計(jì)算將來(lái)會(huì)出現(xiàn)臨界條件的水庫(kù)信息，并自動(dòng)生成決策信息發(fā)送到水庫(kù)所在地和水庫(kù)管理現(xiàn)場(chǎng)。2.2.2系統(tǒng)平臺(tái)有更好的兼容性，可以將各地河流湖泊以及支流分段等實(shí)時(shí)

10、信息集成與系統(tǒng)，以更加統(tǒng)籌作出決策。2.2.3具備水文統(tǒng)計(jì)的功能，即氣象的變化對(duì)水文帶來(lái)的影響。前智能水利的迅速開(kāi)展，傳感器成為了水環(huán)境治理不可或缺的元件，由于現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)采集的必要性，環(huán)境傳感器;應(yīng)運(yùn)而生。環(huán)境傳感器主要包括土壤溫度傳感器、空氣溫濕度傳感器、蒸發(fā)傳感器、雨量傳感器、光照傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器等。其中，氣體傳感器、水環(huán)境檢測(cè)傳感器、土壤污染檢測(cè)傳感器是環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的三大基石;。水環(huán)境云效勞不僅僅是記錄、存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)，還要對(duì)各種原始數(shù)據(jù)進(jìn)展加工、深度挖掘，從而為企業(yè)政府決策提供可靠的根據(jù)。同時(shí)，水環(huán)境裝備的設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、自校準(zhǔn)與校準(zhǔn)頻率、遠(yuǎn)程維護(hù)等也是云效勞特定的內(nèi)容，見(jiàn)圖2。2.4水環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)的裝備智能化與物聯(lián)網(wǎng)化監(jiān)控?cái)z像頭在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著耳目喉舌;的作用，在人工智能視覺(jué)技術(shù)的支持下，水污染、固廢污染、土壤污染都可以更好的監(jiān)測(cè)，為環(huán)境治理提供決策根據(jù)。3完畢語(yǔ)在社會(huì)對(duì)于水環(huán)境的要求日益進(jìn)步的背景下，物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)對(duì)于水環(huán)境改善的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。政府部門(mén)以及廣闊水利技術(shù)人員應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，關(guān)注技術(shù)的開(kāi)展前沿對(duì)于生態(tài)水環(huán)境的作用，統(tǒng)籌規(guī)劃，科學(xué)治理。參考文獻(xiàn)：【1】石莎，范子武，烏景秀.蘇州古城區(qū)水系演變規(guī)律及