针对当前印染废水处理管控系统存在的过于依赖知识型事情者履历决策、过程数据多但 难以用于过程管控等困境，将新一代人工智能技能领悟运用于印染废水繁芜处理过程， 通过挖掘和领悟人的履历知识和过程数据知识，形成基于履历/数据/机理知识领悟驱 动的人机协同决策管控模式，实现对印染废水处理系统的全局性多目标优化掌握，干系 技能成果在企业运用验证，助力人工智能理论和技能发展，为工业环保领域的升级发展 供应智能化技能支撑。
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印染废水处理；知识创造与领悟；人机协同决策；多目标优化掌握
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印染是我国具有国际竞争上风的传统上风家当，根据国家统计局数据，2018年，全国1715 家规模以上印染企业实现主营业务收入2833.13亿元。印染废水处理是行业可持续康健发展的关键，具有排放量大、污染重、难处理和本钱高档特点。目前，国内外对印染废水处理工艺相对成熟，范例工艺流程如图1所示。
图 1 印染废水处理范例工艺流程
印染废水处理工艺系统显著特色为：① 工艺过程繁芜（归天、生化稠浊型工艺系统，范例大滞后、长工艺流程，涉及设备和工艺环节多）；② 不愿定性严重（入水水质水量由前端生产决定，入水被动接管，不可转移、谢绝和缓冲）；③ 运行工况非平稳（入水水质颠簸大且频繁，非常工况多），这些特色导致传统的依赖人工决策管控模式，很难达到印染废水处理的多目标掌握哀求（COD、TN、TP等各种污染物处理达标、系统 不间断高效运行、节能降耗等），造成目前印染废水处理厂仍处于运行本钱高，而处理质量极不稳定的现状。
目前印染废水处理在管控层面紧张存在两大困境亟需打破。①过程调控和系统掩护过于依赖知识型事情者的履历决策，这对付管控繁芜、不愿定性强的工艺系统存在严重的局限性和被动性；②集控系统采集了大量数据，但是“数据丰富，信息匮乏”情形严重，过程数据难以用于过程优化，工艺系统优化管控无法拓展和深入。
当前新一代信息技能和人工智能技能正在快速运用于工业领域，为制造过程和工艺系统的优化掌握供应打破性手段，个中人机协同，即人的智能认知与信息系统协同决策，是实现繁芜制造环境优化掌握的主要路子，印染废水处理是范例的繁芜不愿定性强工艺系统，运用人机协同技能 将是打破现有管控困境的关键。
本研究将新一代人工智能技能领悟运用于印染废水繁芜处理过程，通过挖掘和领悟人的履历知识和过程数据知识，形成基于履历/数据/机理知识领悟驱动的印染废水处理人机协同决策管控模式，打破现有管控困境，实现对印染废水繁芜处理系统的全局性多目标优化掌握。
1 理论方法与关键技能
本研究面向印染废水处理全局，环绕人机协同决策掌握所需办理的信息感知与集成、知识创造与领悟、决策掌握一体化三方面难题进行了方法研究和技能攻关，技能内容相互关系如图2所示。
图 2 技能内容及关系
1.1 印染废水繁芜处理过程信息感知与集成
印染废水处理过程信息繁芜，多源异构，紧张归纳为两大类信息，分别为人对工艺系统的操控信息(包含工艺调节信息、非常应对信息、设备管理信息和本钱掌握信息等) ；以及过程信息(包含微不雅观生物信息、水质参数信息、工艺参数信息和设备参数信息等)、微生物活性等生化反应微不雅观信息，这些信息的感知和集成是实现印染废水处理人机协同决策的根本。个中，大部分信息可通过常规传感器和集控系统自动采集，而如生化反应微生物状态微不雅观信息、关键出水水质参数信息等难以感知，这些数据是辅导工艺系统参数自主优化设定的关键信息。本研究通过开拓生物传感设备、运用软丈量等方法，结合信息系统采集技能构建印染废水处理过程信息自感知、自传输、自处理与打算模式，实现对处理过程的工况认知，为人机协同知识创造和决策掌握供应准确的情景或模式信息。
研制的废水可生化性在线剖析仪，如图3所示，经广州市科创委鉴定为海内领先水平，为印染废水处理工艺系统中微生物活性等微不雅观参数的感知上供应了生物传感手段。
图 3 废水可生化性在线剖析仪
1.2 印染废水处理人机协同知识创造与领悟
印染废水处理系统个体操控履历的知识化表达、过程数据的特色挖掘，以及数据知识、履历知识和机理知识的领悟是实现印染废水处理人机 协同决策的核心。
本研究通过对个体履历信息进行归纳标注，基于规则库建模等方法实现履历知识的规则化表达，再领悟专家知识构建履历知识库，包含调节操控、非常应对和设备掩护等履历知识。针对多源异构（数字、图像和视频等）过程信息，首先运用数据去噪、主元剖析和语义表征等方法进行预处理；在此根本上，通过对时空动态数据时序因果关系进行深度和宽度学习，实现过程数据特色提取，形成数据知识库，包含繁芜处理过程蜕变规律、变革趋势等知识。终极基于深度学习，实现履历/数据/机理知识领悟与协同。
本研究针对印染废水繁芜处理过程的全局管控命题，形成了履历知识、过程数据与机理模型领悟的人机协同决策方法。将印染废水处理个体履历知识嵌入到以机理模型和过程数据表述的公共知识中，三者有机领悟，以保障印染废水繁芜处理过程决策掌握的适应性和全局最优性。
1.3印染废水处理人机协同决策掌握一体化系统开拓
印染废水处理过程具有显著的多目标（COD、 TN、TP等多水质参数达标、运行平稳高效和节能降耗等）优化特色，传统的人工操作和自动化时序逻辑掌握难以达到哀求。本研究以工况认知为根本，知识领悟为驱动，开拓知足印染废水处理多目标优化需求的人机协同决策掌握一体化系统，包括（归天、生化）关键工艺参数在线优化设定、设备和系统预测性掩护，以及工艺系统优 化运行质量评价三大关键技能模块。
针对印染废水处理（归天、生化）关键工艺段的强耦合、非线性和时变特色，建立基于人机决策掌握一体化的在线自优化模式。通过人的履历知识与信息系统在建模、寻优，以及优化调控履行层进行高效协同，共同办理调控过程中的不愿定和繁芜性难题，达到高效、稳定和节能降耗目标。
针对印染废水处理系统掩护滞后和运行质量模糊的难题，开拓印染废水处理系统预测性掩护和优化运行质量评价技能，结合深度学习、多目标优化算法、自主掌握等方法，实现设备及系统预测性掩护，建立工艺系统优化运行质量评价模型和评分机制，为全局优化供应更为科学全面的依据。
2 企业运用
印染废水处理人机协同决策管控技能在广东省某大型印染企业履行了运用示范，面向该企业4万吨/天处理规模的印染废水处理厂建立了印染废水处理智能管控系统，如图4所示。实现处理全流程在线监测和工况感知，关键工艺段在线自主优化（包括归天段药剂投加动态优化和好氧生物段精准曝气），对工艺系统设备实现全生命周 期管理和远程运维，如图5~7所示。
图 4 企业印染废水处理智能管控系统
图 5 混凝沉淀加药动态优化掌握
图 6 好氧生物处理精准曝气掌握图
图 7 工艺系统远程运维平台
技能运用大幅提升了企业印染废水处理的智能管控水平，降落对现场技能职员水平和履历依赖，实现工艺流程在线自优化和设备全生命周期管理，保障出水水质稳定达标同时，在节能降耗方面均得到显著成效。根据工业和信息化部电子第五研究所出具的《节能降耗评估报告》：“废水处理量1300万吨/年计，减少人力本钱约 25%，共8人，年节省人力本钱超38万元；药 剂投加本钱降落40%，年节省药剂投加本钱975万元；节省好氧曝气电耗52.56万kWh/年，年节约电耗本钱33万元；企业节省本钱合计超1000万元/年。”
3 结束语
本研究面向印染废水繁芜处理系统全局，开拓形成基于人机协同决策的印染废水处理智能管控系统，实现智能化技能与工业废水处理的领悟发展，将印染废水处理个体履历知识、机理知识和数据知识有机协同，以知识为驱动，实现印染废水处理的全局性自主优化决策与掌握，摆脱对知识型事情者的依赖，高效发挥前辈工艺和集控系统上风，从智能管控层面，助力行业实现高效、稳定和经济的废水处理目标，使印染废水处理系统成为行业智能制造新模式发展的有机组成部分。
（参考文献略）
选自《中国人工智能学会通讯》
2020年 第10卷 第1期 特约专栏