人工智能技術在環保領域的應用分析

孟彤 苗雨薇

摘 要：近年來，我國經濟迅速發展，人們生活水平不斷提高，同時也給環境帶來了很大的破壞。隨著工業的發展，各種生產工藝更加復雜，污染物排放控制難度進一步加大。如何在技術上確保環境保護與工業同步發展，成為我國面臨的重大發展課題。人工智能的出現使環境保護實現自動化、智能化成為可能，給污染治理提供了新的解決方案。本文以我國環保的形勢和人工智能的發展背景為出發點，對人工智能技術在環保領域的應用展開了深入探討，以期相關領域有所借鑒。

關鍵詞：人工智能 環保 污染治理

“中國制造2025”的提出，促使我國制造業不斷朝著機械化、電氣化、自動化的方向發展。當前，以工業智能化為目標的人工智能時代即將到來，這將給人們的生產生活帶來前所未有的巨變。人工智能在推動工業發展的同時，也為環境保護領域提供了新的機遇。各種人工智能算法通過對工藝的完善和環境治理技術的提高，不斷推動著環境保護事業向前進[1]。本文著重分析人工智能技術在環保領域的應用。

1新形勢下環境保護的挑戰

隨著經濟的發展，我國環境破壞日益嚴重，國家對環境保護越來越重視。近年來，環境保護與環境評價的相關法律法規更新十分頻繁，例如2018年我國連續修訂了《水污染防治法》、《環境影響評價法》、《建設項目環境保護管理條例》等法律法規，這揭示了我國環境保護問題的嚴峻性和污染治理的迫切性。但環境保護涉及的專業非常多，不同領域排放的污染物多種多樣，必須制定不同的標準，采用不同的污染控制手段，其難度非常大。因此，在技術的角度上，必須有新的技術手段支撐我國新形勢下的環境保護工作。而人工智能技術的興起，正是契合了我國環境大保護和工業大發展的時代需求。

2人工智能時代的興起

近年來，隨著自動化、物聯網、大數據等技術的快速發展，各種先進的算法已經可以處理海量的數據信息，這為人工智能技術的發展帶來了良好的機遇。目前，自然語言處理、模式識別和無人駕駛等許多人工智能領域的關鍵技術都取得了重大突破，盡管暫時還無法完全替代人類，但可以看見的是，機器通過學習算法的支撐已經變得越來越聰明。在不久的將來，它將替代人力勞動，顛覆人們的生活方式，推動工業領域的變革。隨著人工智能技術應用領域的日益擴大，環保領域也成為了受益者之一。人工智能技術通過優化機器性能、減少能源消耗、控制污染物生成、提高檢測效率等方式，不斷地為環境保護工作注入新的活力。

人工智能系統在經過簡單的訓練之后，就可以進行不斷的自我學習、推理判斷，具有很強的自適應能力，因而在工業控制、優化設計、故障診斷、智能檢測、系統管理等領域得到了廣泛的應用，經濟效益顯著。實際上，人工智能技術在環保領域的最大價值在于它可以有效控制工業生產過程中的流程，對各生產工藝環節進行智能控制和優化，并通過自我學習不斷改進現有工藝，使產品合格率進一步提高，節約了能源的同時，也使得廢水、廢氣、廢渣等污染物的排放量大大減少。

3人工智能在環保領域的應用

3.1人工智能推進環保自動化

環境保護設施是防止環境污染和實現污染治理的重要基礎，也是法律規定各工業生產領域必須建設的基礎設備，應與主體工程同時設計、同時建設、同時投入使用。而環保設備的運行效率和可靠性成為了當前面臨的主要問題之一。傳統的管理模式下，環保設施的可靠性取決于運維人員的技術水平和責任心，這顯然不能滿足當前日益嚴格的環保要求。人工智能技術的應用，將使這些問題迎刃而解。

人工智能時代可以通過智能控制技術來實現環保設備的自動化監測、調節和控制，全過程實現數字化和信息化管理，系統將實時按照生產現場的污染源強度、工藝流程選擇、設備運行狀態、儀器儀表顯示數據等參數完成動態的資源調配，并動態調整運行參數，采用最佳調度方案，使整個生產過程始終保持在最佳狀態，在電能節約、水資源節約、天然氣節約等方面均實現最優，污染物去除率達到最高，污染排放控制在最低的水平[2]。因此，人工智能技術的廣泛應用將會大大推進環保自動化水平，不斷完善環境治理體系。

3.2人工智能優化鍋爐燃燒

鍋爐是工業生產中最常用的設備之一，它也是工廠實現節能減排的關鍵，更是環境保護領域關注的重中之重。鍋爐在燃燒過程中，由于燃燒條件不佳，必然會產生燃燒不充分的問題，從而造成廢氣和灰渣的排放，造成環境的污染。因此，要減少工業鍋爐的廢氣排放，關鍵在于優化設計，通過更加先進的控制算法來解決成本與環保之間的矛盾。在這樣的背景下，許多學者開始將人工智能算法引入到鍋爐燃燒設計領域，提出了大量有價值的解決方案。

最典型的方案就是通過大量的試驗數據構建數學模型，然后進行函數解析，以非函數響應機理為理論基礎，采用跟進遺傳算法來提高鍋爐的整體熱效率，優化NOx 的排放特性[3]。具體的實現思路是，對目標函數進行權重體制分析，找出NOx 濃度變化與權重比值變化之間的關系，經過多次調節后找到最佳權值。以此為依據，建立鍋爐燃燒的熱力學模型，采用人工智能算法，經過機器學習，內部神經網路架構強化，模型和樣本數據疏導，不斷提高鍋爐熱效率，減少NOx 的排放量。一般來說，通過上述方法對鍋爐燃燒進行優化，可以使NOx的排放濃度至少下降40%，而且鍋爐整體熱效率下降并不明顯。可以預見的是，人工智能在不久的未來，將成為鍋爐燃燒優化的主要技術。

3.3人工智能取代工廠運營

近年來，人們正在朝著“中國制造2025”、“工業4.0”和“互聯網+制造”的時代，盡管概念有所不同，但其核心都是人工智能技術的應用，關鍵技術在于深度學習和圖像識別等智能化算法。在這些算法不斷完善的背景下，人工智能在各工業領域的應用將日益豐富，使工廠的運營管理發生歷史性變革。

一般來說，人工智能可以分為感知、理解和決策三個層次。感知層是人工智能的基礎層面，它將通過各種自動控制系統來完善現有的常規工藝流程，提高生產效率，改進運營質量、提升決策水平，優化人力結構，工廠只需要安排少數人員進行巡查和值班就可以完成工廠的日常運營。一旦生產出現中斷、故障等情況，人工智能系統將首先進行自我診斷，通過綜合運用神經網絡、模糊算法、遺傳算法等技術完成原因分析和故障恢復，在沒有人參與的情況下保持工廠正常運營[4]。可見，在人工智能時代，工廠的運營對人的依賴程度將大大降低，管理的主角將轉移到智能機器上來，這對于節能減排具有重大意義。

4結語

人工智能是一項新興的技術領域，其自身也在不斷的完善和發展之中，盡管當前人工智能技術的應用還很有限，但其廣闊的發展前景是顯而易見的。在我國日益重視環境保護的背景下，人工智能技術的出現和應用使得環保領域又增添了新的活力，成為環保工作的強大技術保證，尤其是在生產控制和環保自動化方面，更是成為未來環保和環評的重要發展趨勢。隨著工業技術的進步，各種污染物的種類更多，成分更加復雜，污染物的控制、去除、分析和評價將成為一項新的挑戰，人工智能時代的到來，必將給污染治理提供新的解決方案。

參考文獻

[1] 有利環保的十大科技創新：人工智能也入列[J].水工業市場.2016，（8）：38-39.

[2] 余小蘭，吳琳.探究環保污染治理自動控制中的人工智能技術[J].城市建設理論研究（電子版）.2016，（10）.

[3] 楊狀，楊帥.人工智能技術在電站鍋爐燃燒優化中的應用研究[J].中國機械.2014，（15）：119.

[4] 楊斌.人工智能何時取代水廠運營管理人員？[J].水工業市場.2016，（7）：19-20.