城鎮(zhèn)化進程中水污染智能化防治策略探討

李干蓉　龍松勇　楊曉武

【摘要】新型城鎮(zhèn)化是由農(nóng)業(yè)為主的傳統(tǒng)鄉(xiāng)村社會向以工業(yè)和服務(wù)業(yè)為主的現(xiàn)代城市社會逐漸轉(zhuǎn)變的歷史過程，該進程中會產(chǎn)生嚴重影響人民生活水平的水污染問題，本文分析了水污染的成因以及危害，借助于先進的人工智能技術(shù)，探討了一種基于人工智能的水污染防治策略，為科學決策提供相應(yīng)的智力支撐。

【關(guān)鍵詞】新型城鎮(zhèn)化；水污染防治；人工智能

1、引言

城鎮(zhèn)化作為一段歷史進程，不僅是一個城鎮(zhèn)數(shù)量與規(guī)模擴大的過程，同時也是一種城鎮(zhèn)結(jié)構(gòu)和功能轉(zhuǎn)變的過程，同時具有農(nóng)村人口在空間上的轉(zhuǎn)換，非農(nóng)產(chǎn)業(yè)向城鎮(zhèn)聚集和農(nóng)業(yè)勞動力向非農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)移等本質(zhì)特征。水是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，水污染嚴重 地威脅著我國的水資源和水環(huán)境安全，水資源污染和短缺將導致人民的生活質(zhì)量下降，直接影響經(jīng)濟的快速發(fā)展和社會的穩(wěn)定。城鎮(zhèn)化進程中勢必帶來一系列的社會和環(huán)境問題，加之農(nóng)村農(nóng)業(yè)發(fā)展慢，經(jīng)濟實力弱，人民生活水平較低，水資源開發(fā)利用和保護力度有待加強。根據(jù)我國制定的水污染防治法，提出水污染防治應(yīng)當堅持預防為主、防治結(jié)合、綜合治理的原則，優(yōu)先保護飲用水水源，嚴格控制工業(yè)污染、城鎮(zhèn)生活污染，防治農(nóng)業(yè)面源污染，積極推進生態(tài)治理工程建設(shè)，預防、控制和減少水環(huán)境污染和生態(tài)破壞。因此，在城鎮(zhèn)化進程中，在著力解決水污染問題的同時又能保證經(jīng)濟較快發(fā)展和社會穩(wěn)定，是一個值得探討分析的難題。基于此，本文主要對城鎮(zhèn)化進程中帶來的水污染問題進行分析，引入人工智能先進技術(shù)，探討了相應(yīng)的水污染智能化防治策略，為水污染控制決策人員提供一定的理論參考。

中共中央、國務(wù)院2014年印發(fā)《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃2014-2020年》努力走出一條以人為本、四化同步、優(yōu)化布局、生態(tài)文明、文化傳承的中國特色新型城鎮(zhèn)化道路，對全面建成小康社會、加快推進社會主義現(xiàn)代化具有重大現(xiàn)實意義和深遠歷史意義，按照規(guī)劃要求，到2020年，全國所有縣城和重點鎮(zhèn)具備污水收集處理能力，縣城、城市污水處理率分別達到85%、95%左右。國發(fā)〔2015〕17號指出，強化城鎮(zhèn)生活污染治理。加快城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)與改造。現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施，要因地制宜進行改造，2020年底前達到相應(yīng)排放標準或再生利用要求。新型城鎮(zhèn)化健康發(fā)展的內(nèi)涵和目標。社會生活的民主就業(yè)的相對充分、社會保障的公平、人生價值的多樣化實現(xiàn)、生態(tài) 環(huán)境的可持續(xù)、法制的契約關(guān)系及市場取向等。孟偉院士于2013年提出開展重化工業(yè)污染控制、農(nóng)村面源治理、水環(huán)境修復技術(shù)研發(fā)與集成以及，即水質(zhì)達標管理向水生態(tài)健康管理轉(zhuǎn)變；目標總量控制向容量總量控制轉(zhuǎn)變；行政區(qū)管理向流域管理轉(zhuǎn)變；被動式應(yīng)急管理向主動風險管理轉(zhuǎn)變。

2、人工智能優(yōu)勢

人工智能在節(jié)能減排起到重要作用，人工智能通過自身的優(yōu)勢不斷提高能源的利用率。該功能在日常生活中具體表現(xiàn)為：有些智能硬件，可以根據(jù)季節(jié)和時間段的不同，自動調(diào)節(jié)溫度，以適應(yīng)不同的工作學習生活，因此會使能源利用率就會極大地提高，能源就會得到極大的節(jié)省。

水污染的危害是致命的，帶來的后果大致分為以及幾類：死亡有機質(zhì)帶來的危害是河流和溪流發(fā)黑，變臭，毒素積累，傷害人畜；石油化工帶來的危害：不但污染水體，導致水源水質(zhì)嚴重下降，不能飲用，且長期積累在水生物中，容易導致食物中毒現(xiàn)象；水體營養(yǎng)如氮、磷等物質(zhì)帶來的危害：容易引起富營養(yǎng)化，一起藻類的急劇繁殖，導致有劇毒的藻毒素。

采用傳統(tǒng)的水污染治理方式在一定時期內(nèi)取得了相應(yīng)的成效，但也不滿足于現(xiàn)有社會經(jīng)濟發(fā)展的需求，在國家政策的主導下，特別是針對水污染的‘防和‘治兩方面，科學技術(shù)防治水污染，即利用人工智能技術(shù)對水污染進行防治，不失為一種高效的措施，人工智能技術(shù)目前在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展，隨之多種信息科學領(lǐng)域得到發(fā)展，特別是以信息學、控制學、仿生學、計算機學等學科領(lǐng)域的疑難技術(shù)突破均被運用到人工智能應(yīng)用中。人工智能是一項前瞻性科學研究，經(jīng)過研究人員們長時間的科學探索和技術(shù)攻堅，并不斷涌現(xiàn)出新思想、新觀念、新理論、新技術(shù)，成為未來科學技術(shù)革命的重要發(fā)源地。城鎮(zhèn)化進程中帶來的水污染問題，可以借助于先進的智能化設(shè)備來處理，而智能化設(shè)備應(yīng)該具備相應(yīng)的‘學習能力功能，智能化是未來信息技術(shù)的發(fā)展趨勢，也是第三次工業(yè)革命的重要特征，已成為生產(chǎn)、生活領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，產(chǎn)生深遠的影響。

3、水污染智能化防治策略

實現(xiàn)水污染智能化防治，需利用最新的科技設(shè)備，結(jié)合法律法規(guī)，制定相應(yīng)的策略來實現(xiàn)。下面來探討如何實現(xiàn)水污染防治的智能化方法。

3.1 水污染的成因

水的污染主要包括自然污染和人為污染兩種，顯然，城鎮(zhèn)化進程中導致水污染的因素為人為污染。因此，本文重點討論人為污染進行的防治策略，因為人為污染對水體和人類危害較大。人為污染主要體現(xiàn)在以下幾個方面：存在認識問題、發(fā)展階段所致、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、技術(shù)水平不高和環(huán)保投入沒有高效利用等因素。本文就技術(shù)水平不高因素討論相關(guān)的水污染防治策略。

3.2 基于人工智能的水污染防治策略

經(jīng)濟發(fā)展過程中，人為造成的水污染是不可避免的，我們只能將水污染程度控制在一定范圍內(nèi)。根據(jù)水污染的成因，采取相應(yīng)的防治策略，特別是引入人工智能科學技術(shù)具有重要意義。

人工智能比較顯著特征就是它的自我學習的能力，與環(huán)境不斷交互過程中完善自我，提高自身的判別能力，最終實現(xiàn)目標向量或目標函數(shù)最優(yōu)化，這里的目標向量最優(yōu)化可以認為是通過對水污染進行一系列的處理后，使水質(zhì)到達或高于預期目標，排放后對外界環(huán)境造成最少的損失代價，使人民生活質(zhì)量最大化的過程，該向量是由多個環(huán)境因素構(gòu)成。主要的學習策略有：

（1）機械學習：是指符號所代表的新知識與學習者認知結(jié)構(gòu)中已有的知識建立非實質(zhì)性的和人為的聯(lián)系，即對任意的（或人為的）和字面的聯(lián)系獲得的過程。（2）示教學習：示教學習的主要目標是通過學習示教者的行為，達到由自主體自動學習最優(yōu)策略的目的。（3）在基于解釋的學習（分析學習）中，學習器的輸入是假設(shè)空間H，一些訓練樣例集合D，還有一個領(lǐng)域理論B等。下面給出設(shè)備智能化水平、水污染治理效果和人民生活水平的關(guān)系圖1所示，為簡化表示，用智能化技術(shù)，治理效果和生活水平來備注標題。

從圖1可以看出，左邊的圖顯示了設(shè)備智能化水平和水污染治理效果的關(guān)系圖，水污染治理效果會隨著智能化水平的提高而得到不斷地改善，右邊的圖顯示了人民生活水平隨著改善的治理效果而得到提升，這就蘊含著設(shè)備智能化水平，經(jīng)過合理的運用在水污染防治過程中，將間接地改善人民的生活水平，因此，借助于人工智能技術(shù)，將有益于水質(zhì)量的提升。下面繼續(xù)探討人工智能設(shè)備主要功能。

3.3 人工智能設(shè)備主要功能

要實現(xiàn)水污染的智能化防治，就要采用先進的科技來實現(xiàn)，其核心就是以工藝設(shè)備為載體，引入人工智能算法，實現(xiàn)特定的功能。要求工藝設(shè)備必須具有感知能力，這是實現(xiàn)智能水污染管控目的的要素之一，同時要求設(shè)備之間進行聯(lián)網(wǎng)，同時要求具備云計算的能力。下面介紹它們的作用。

（1）傳感網(wǎng)

傳感網(wǎng)是一組隨機分布包含傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點，通過自組織的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，在水污染控制過程中，可以獲取防治因素的實時數(shù)據(jù)，進行定量分析，實現(xiàn)智能化識別和管理，形成智慧的防治策略。傳感網(wǎng)的核心技術(shù)有感知技術(shù)：主要獲取信源，目前比較高效的是采用RFID射頻識別技術(shù)，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或者光學接觸；傳輸技術(shù)：主要通過互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)和傳感器網(wǎng)來實現(xiàn)。

（2）云計算技術(shù)

云計算技術(shù)是一種具有互聯(lián)網(wǎng)的智能計算方式，實現(xiàn)軟硬件資源共享以及信息按需分配給其它設(shè)備，是相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。

總結(jié)

本文主要探討了城鎮(zhèn)化進程中伴隨的水污染控制這一問題，分析了水污染的成因及危害，借助科技是第一生產(chǎn)力這一思想，引入人工智能先進技術(shù)理念，分析了人工智能在水污染防治工程中的作用，為水污染防治的科學決策提供一定的智力支撐。

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作者簡介：

李干蓉，女，碩士，副教授。主要研究方向環(huán)境工程，生態(tài)治理技術(shù)。

楊曉武，男，博士研究生，主要研究方向人工智能技術(shù)，機器人運動控制。