人工智能技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用分析

孟彤 苗雨薇

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，同時(shí)也給環(huán)境帶來(lái)了很大的破壞。隨著工業(yè)的發(fā)展，各種生產(chǎn)工藝更加復(fù)雜，污染物排放控制難度進(jìn)一步加大。如何在技術(shù)上確保環(huán)境保護(hù)與工業(yè)同步發(fā)展，成為我國(guó)面臨的重大發(fā)展課題。人工智能的出現(xiàn)使環(huán)境保護(hù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(guó)環(huán)保的形勢(shì)和人工智能的發(fā)展背景為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)人工智能技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用展開(kāi)了深入探討，以期相關(guān)領(lǐng)域有所借鑒。

關(guān)鍵詞：人工智能 環(huán)保 污染治理

“中國(guó)制造2025”的提出，促使我國(guó)制造業(yè)不斷朝著機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。當(dāng)前，以工業(yè)智能化為目標(biāo)的人工智能時(shí)代即將到來(lái)，這將給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)前所未有的巨變。人工智能在推動(dòng)工業(yè)發(fā)展的同時(shí)，也為環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域提供了新的機(jī)遇。各種人工智能算法通過(guò)對(duì)工藝的完善和環(huán)境治理技術(shù)的提高，不斷推動(dòng)著環(huán)境保護(hù)事業(yè)向前進(jìn)[1]。本文著重分析人工智能技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用。

1新形勢(shì)下環(huán)境保護(hù)的挑戰(zhàn)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)環(huán)境破壞日益嚴(yán)重，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)越來(lái)越重視。近年來(lái)，環(huán)境保護(hù)與環(huán)境評(píng)價(jià)的相關(guān)法律法規(guī)更新十分頻繁，例如2018年我國(guó)連續(xù)修訂了《水污染防治法》、《環(huán)境影響評(píng)價(jià)法》、《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)管理?xiàng)l例》等法律法規(guī)，這揭示了我國(guó)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的嚴(yán)峻性和污染治理的迫切性。但環(huán)境保護(hù)涉及的專業(yè)非常多，不同領(lǐng)域排放的污染物多種多樣，必須制定不同的標(biāo)準(zhǔn)，采用不同的污染控制手段，其難度非常大。因此，在技術(shù)的角度上，必須有新的技術(shù)手段支撐我國(guó)新形勢(shì)下的環(huán)境保護(hù)工作。而人工智能技術(shù)的興起，正是契合了我國(guó)環(huán)境大保護(hù)和工業(yè)大發(fā)展的時(shí)代需求。

2人工智能時(shí)代的興起

近年來(lái)，隨著自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，各種先進(jìn)的算法已經(jīng)可以處理海量的數(shù)據(jù)信息，這為人工智能技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了良好的機(jī)遇。目前，自然語(yǔ)言處理、模式識(shí)別和無(wú)人駕駛等許多人工智能領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)都取得了重大突破，盡管暫時(shí)還無(wú)法完全替代人類，但可以看見(jiàn)的是，機(jī)器通過(guò)學(xué)習(xí)算法的支撐已經(jīng)變得越來(lái)越聰明。在不久的將來(lái)，它將替代人力勞動(dòng)，顛覆人們的生活方式，推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域的變革。隨著人工智能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，環(huán)保領(lǐng)域也成為了受益者之一。人工智能技術(shù)通過(guò)優(yōu)化機(jī)器性能、減少能源消耗、控制污染物生成、提高檢測(cè)效率等方式，不斷地為環(huán)境保護(hù)工作注入新的活力。

人工智能系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的訓(xùn)練之后，就可以進(jìn)行不斷的自我學(xué)習(xí)、推理判斷，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力，因而在工業(yè)控制、優(yōu)化設(shè)計(jì)、故障診斷、智能檢測(cè)、系統(tǒng)管理等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。實(shí)際上，人工智能技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的最大價(jià)值在于它可以有效控制工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的流程，對(duì)各生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行智能控制和優(yōu)化，并通過(guò)自我學(xué)習(xí)不斷改進(jìn)現(xiàn)有工藝，使產(chǎn)品合格率進(jìn)一步提高，節(jié)約了能源的同時(shí)，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(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1人工智能推進(jìn)環(huán)保自動(dòng)化

環(huán)境保護(hù)設(shè)施是防止環(huán)境污染和實(shí)現(xiàn)污染治理的重要基礎(chǔ)，也是法律規(guī)定各工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域必須建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)備，應(yīng)與主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)建設(shè)、同時(shí)投入使用。而環(huán)保設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性成為了當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題之一。傳統(tǒng)的管理模式下，環(huán)保設(shè)施的可靠性取決于運(yùn)維人員的技術(shù)水平和責(zé)任心，這顯然不能滿足當(dāng)前日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。人工智能技術(shù)的應(yīng)用，將使這些問(wèn)題迎刃而解。

人工智能時(shí)代可以通過(guò)智能控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)保設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)和控制，全過(guò)程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和信息化管理，系統(tǒng)將實(shí)時(shí)按照生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的污染源強(qiáng)度、工藝流程選擇、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、儀器儀表顯示數(shù)據(jù)等參數(shù)完成動(dòng)態(tài)的資源調(diào)配，并動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，采用最佳調(diào)度方案，使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程始終保持在最佳狀態(tài)，在電能節(jié)約、水資源節(jié)約、天然氣節(jié)約等方面均實(shí)現(xiàn)最優(yōu)，污染物去除率達(dá)到最高，污染排放控制在最低的水平[2]。因此，人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用將會(huì)大大推進(jìn)環(huán)保自動(dòng)化水平，不斷完善環(huán)境治理體系。

3.2人工智能優(yōu)化鍋爐燃燒

鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的設(shè)備之一，它也是工廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)鍵，更是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域關(guān)注的重中之重。鍋爐在燃燒過(guò)程中，由于燃燒條件不佳，必然會(huì)產(chǎn)生燃燒不充分的問(wèn)題，從而造成廢氣和灰渣的排放，造成環(huán)境的污染。因此，要減少工業(yè)鍋爐的廢氣排放，關(guān)鍵在于優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)更加先進(jìn)的控制算法來(lái)解決成本與環(huán)保之間的矛盾。在這樣的背景下，許多學(xué)者開(kāi)始將人工智能算法引入到鍋爐燃燒設(shè)計(jì)領(lǐng)域，提出了大量有價(jià)值的解決方案。

最典型的方案就是通過(guò)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，然后進(jìn)行函數(shù)解析，以非函數(shù)響應(yīng)機(jī)理為理論基礎(chǔ)，采用跟進(jìn)遺傳算法來(lái)提高鍋爐的整體熱效率，優(yōu)化NOx 的排放特性[3]。具體的實(shí)現(xiàn)思路是，對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行權(quán)重體制分析，找出NOx 濃度變化與權(quán)重比值變化之間的關(guān)系，經(jīng)過(guò)多次調(diào)節(jié)后找到最佳權(quán)值。以此為依據(jù)，建立鍋爐燃燒的熱力學(xué)模型，采用人工智能算法，經(jīng)過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，內(nèi)部神經(jīng)網(wǎng)路架構(gòu)強(qiáng)化，模型和樣本數(shù)據(jù)疏導(dǎo)，不斷提高鍋爐熱效率，減少NOx 的排放量。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)上述方法對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)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?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，人工智能在不久的未來(lái)，將成為鍋爐燃燒優(yōu)化的主要技術(shù)。

3.3人工智能取代工廠運(yùn)營(yíng)

近年來(lái)，人們正在朝著“中國(guó)制造2025”、“工業(yè)4.0”和“互聯(lián)網(wǎng)+制造”的時(shí)代，盡管概念有所不同，但其核心都是人工智能技術(shù)的應(yīng)用，關(guān)鍵技術(shù)在于深度學(xué)習(xí)和圖像識(shí)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(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用將日益豐富，使工廠的運(yùn)營(yíng)管理發(fā)生歷史性變革。

一般來(lái)說(shuō)，人工智能可以分為感知、理解和決策三個(gè)層次。感知層是人工智能的基礎(chǔ)層面，它將通過(guò)各種自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)完善現(xiàn)有的常規(guī)工藝流程，提高生產(chǎn)效率，改進(jìn)運(yùn)營(yíng)質(zhì)量、提升決策水平，優(yōu)化人力結(jié)構(gòu)，工廠只需要安排少數(shù)人員進(jìn)行巡查和值班就可以完成工廠的日常運(yùn)營(yíng)。一旦生產(chǎn)出現(xiàn)中斷、故障等情況，人工智能系統(tǒng)將首先進(jìn)行自我診斷，通過(guò)綜合運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法、遺傳算法等技術(shù)完成原因分析和故障恢復(fù)，在沒(méi)有人參與的情況下保持工廠正常運(yùn)營(yíng)[4]。可見(jiàn)，在人工智能時(shí)代，工廠的運(yùn)營(yíng)對(duì)人的依賴程度將大大降低，管理的主角將轉(zhuǎn)移到智能機(jī)器上來(lái)，這對(duì)于節(jié)能減排具有重大意義。

4結(jié)語(yǔ)

人工智能是一項(xiàng)新興的技術(shù)領(lǐng)域，其自身也在不斷的完善和發(fā)展之中，盡管當(dāng)前人工智能技術(shù)的應(yīng)用還很有限，但其廣闊的發(fā)展前景是顯而易見(jiàn)的。在我國(guó)日益重視環(huán)境保護(hù)的背景下，人工智能技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用使得環(huán)保領(lǐng)域又增添了新的活力，成為環(huán)保工作的強(qiáng)大技術(shù)保證，尤其是在生產(chǎn)控制和環(huán)保自動(dòng)化方面，更是成為未來(lái)環(huán)保和環(huán)評(píng)的重要發(fā)展趨勢(shì)。隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，各種污染物的種類更多，成分更加復(fù)雜，污染物的控制、去除、分析和評(píng)價(jià)將成為一項(xiàng)新的挑戰(zhàn)，人工智能時(shí)代的到來(lái)，必將給污染治理提供新的解決方案。

參考文獻(xiàn)

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