前言

近期，由OpenAI公司推出的人工智能產(chǎn)品ChatGPT火爆全球，在發(fā)布的短短兩個月內(nèi)用戶數(shù)突破一億。它被譽(yù)為是與互聯(lián)網(wǎng)同樣重要的發(fā)明，并有可能改變世界。ChatGPT的爆火意味著AI從技術(shù)端到應(yīng)用端的日趨成熟，AI為產(chǎn)業(yè)和人們生活帶來的變革已然發(fā)生。那么人工智能可以為水務(wù)行業(yè)帶來哪些變革呢？從人工智能驅(qū)動的項目設(shè)計到可視化水資源管理平臺，我們已經(jīng)看到一些旨在改善水資源管理方式的人工智能解決方案。下一個世代的科技革新對水資源產(chǎn)業(yè)將會產(chǎn)生什么樣的影響？本文將嘗試回答人工智能到底是什么?它是如何工作的？它能提供什么？并列舉一些水務(wù)行業(yè)內(nèi)的人工智能應(yīng)用案例。

一. 什么是人工智能？

根據(jù)IBM的說法，人工智能可以定義為利用計算機(jī)和機(jī)器來模仿人類思維解決問題和決策的能力。事實上，人工智能已經(jīng)迅速融入現(xiàn)代社會，盡管大多數(shù)人每天都在使用它，但卻容易忽略它的存在。如今，地圖導(dǎo)航、面部檢測和識別、文本編輯器、信息推送都使用了人工智能。

人工智能的現(xiàn)代定義可以追溯到1950年代計算機(jī)科學(xué)之父艾倫·圖靈的圖靈測試，這是我們所知最早的關(guān)于真正人工智能的理論之一。圖靈測試是一種確定計算機(jī)是否會思考的實驗，一個人向計算機(jī)發(fā)問，另一個不知情的人試圖從回答中區(qū)分是人還是計算機(jī)，如果計算機(jī)沒有被辨認(rèn)出，那么這臺機(jī)器就通過了測試，并被認(rèn)為具有人工智能。1956年，在新罕布什爾州漢諾威達(dá)特茅斯學(xué)院的一次會議上，“人工智能”一詞被正式提出。

二. 人工智能有哪些類型？

人工智能有四種類型：反應(yīng)式機(jī)器、有限記憶、心智理論和自我意識。

反應(yīng)式機(jī)器是人工智能最基本的系統(tǒng)類型。這些純粹是反應(yīng)性的，不能形成記憶或借鑒過去的經(jīng)驗來為當(dāng)前的決策提供信息。IBM的國際象棋超級計算機(jī)Deep Blue就是這類機(jī)器的完美例子，它在20世紀(jì)90年代末擊敗了國際特級大師加里·卡斯帕羅夫。

記憶型機(jī)器人可以查看過去。自動駕駛汽車就是一個很好的例子，因為它會觀察其它汽車的速度和方向。這不能在一瞬間完成，而是需要識別特定對象，并在一段時間內(nèi)監(jiān)控它們。

心智理論類型的人工智能開始變得理論化，并依賴于未來的發(fā)展。心智理論人工智能不僅可以對世界進(jìn)行分類，還能夠?qū)κ澜缟掀渌麑嶓w進(jìn)行分類。在心理學(xué)中，這被稱為“心智理論”——理解世界上的人和物體可能有影響他們行為的思想和情緒。

自我意識類人工智能存在于一系列科幻電影中。這時人工智能系統(tǒng)將能夠形成關(guān)于自身的表述。研究人員不僅需要了解意識，還需要制造擁有意識的機(jī)器。

三. 人工智能是如何工作的？

簡而言之，人工智能系統(tǒng)的工作原理是將大量數(shù)據(jù)與智能迭代處理算法相結(jié)合，從它們分析的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)其規(guī)律和特征。人工智能系統(tǒng)每進(jìn)行一輪數(shù)據(jù)處理，都會測試和衡量其性能，并形成新的知識。事實上，人工智能歸根結(jié)底就是數(shù)據(jù)和計算機(jī)將數(shù)據(jù)解釋為可以利用的、有意義的洞察力的能力。

經(jīng)常與人工智能一起使用的另一個短語是機(jī)器學(xué)習(xí)。機(jī)器學(xué)習(xí)是使用數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型來幫助計算機(jī)在沒有直接指令的情況下學(xué)習(xí)的過程。要真正理解人工智能的工作原理，不能把它看作是一個單一的實體，而是要看成一門科學(xué)，它結(jié)合了幾種能夠模擬人類思維的方法。

目前人工智能已經(jīng)征服了國際象棋和圍棋，在生活的方方面面也都有涉及，那么作為水務(wù)工作者的我們，我們必然關(guān)心人工智能如何賦能水務(wù)行業(yè)。

四. 人工智能能為水務(wù)部門提供什么？

近年來，人工智能的應(yīng)用在水務(wù)行業(yè)一直炙手可熱。它具有處理大量數(shù)據(jù)、監(jiān)控、學(xué)習(xí)和提供預(yù)測性解決方案的能力，非常適合于水和廢水管理。

以一家為250萬人提供服務(wù)的供水公司為例，他們想要檢查地下管網(wǎng)一個老舊段的狀況和水流。以往遇到這種情況，公司會召集一個團(tuán)隊，派人工去檢查管道和水流。這將會涉及人員出現(xiàn)場，運(yùn)輸特定設(shè)備，使用一個困難或危險的接入點，或者可能出現(xiàn)根本無法檢查管道的情況。然而現(xiàn)在，人工智能有望并正在改善這一過程，人工智能系統(tǒng)將不斷檢查進(jìn)出水的流量、評估管網(wǎng)的狀況、并為該供水公司提供整個供水系統(tǒng)的實時報告。

人工智能提供的解決方案不僅僅是檢查管道和水流，它還可以幫助我們以無法想到的布局建造完美的水樞紐和處理廠。人工智能正在為水務(wù)部門提供簡化、預(yù)測性解決方案、預(yù)警系統(tǒng)、新設(shè)計和優(yōu)化的水系統(tǒng)。

五. 人工智能的障礙是什么？

水務(wù)行業(yè)一直以來被認(rèn)為在接受新技術(shù)方面相對較慢。美國軟件公司Transcend的首席客戶官亞當(dāng)·坦克曾表示在人工智能的采用方面，我們遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于時代，至少落后于其他主要行業(yè)20-30年。

人工智能融入水務(wù)行業(yè)的其它潛在障礙包括成本、缺乏戰(zhàn)略、案例數(shù)量少、監(jiān)管、網(wǎng)絡(luò)安全以及最大的障礙——風(fēng)險。有專家表示水務(wù)行業(yè)，至少是市政部門，可能是最想要規(guī)避風(fēng)險的行業(yè)之一，一切都是由降低風(fēng)險的決策驅(qū)動。我們必須從小處著手，思考這項技術(shù)如何能夠降低整個行業(yè)的風(fēng)險。

雖然人工智能發(fā)展的道路上可能存在障礙，但一些公司并沒有讓它們成為阻礙。

六. 人工智能在水務(wù)行業(yè)的應(yīng)用案例

從人工智能驅(qū)動的項目設(shè)計到幫助水務(wù)公司實現(xiàn)更好可視化的水資源管理平臺，以下是一些旨在改進(jìn)我們管理水方式的人工智能解決方案：

1）Idrica -優(yōu)化整體水循環(huán)的平臺軟件

2018年，GoAigua作為一家致力于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的公司誕生，旨在為水務(wù)行業(yè)帶來數(shù)字化的解決方案。該公司的成立是公用事業(yè)公司Global Omnium成功數(shù)字化轉(zhuǎn)型的結(jié)果，在此期間GoAigua平臺得以開發(fā)。在取得一些重要進(jìn)展后，促成了西班牙智慧水務(wù)公司Idrica的成立，該公司于2020年初成立，創(chuàng)始團(tuán)隊由180名專家組成。

GoAigua平臺通過其智能水引擎將流程和基礎(chǔ)設(shè)施信息匯集在一起，該引擎可收集、處理和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，為整個水循環(huán)提供解決方案，并提供可視化指標(biāo)的中央BI儀表板。

Idrica的數(shù)據(jù)科學(xué)家Elisa Fenu在接受采訪時表示在GoAigua中使用人工智能來推斷特定城市或地區(qū)的消費模式，以便對其進(jìn)行聚類，以預(yù)測該區(qū)域人群的特定用水需求。同時他們還為自來水處理廠建立了水質(zhì)預(yù)測系統(tǒng)，使其能夠更好地控制和更早地調(diào)整。

GoAigua還幫助休斯頓市優(yōu)化管網(wǎng)預(yù)測性清洗，并將油脂和擦拭物堵塞引起的管網(wǎng)溢流（SSO）減少70%以上。本案例中人工智能解決方案主要集中在三個關(guān)鍵領(lǐng)域：

·?為每項資產(chǎn)創(chuàng)建基于風(fēng)險的預(yù)防性維護(hù)計劃

·?水位傳感器的有效定位

·?使用預(yù)測分析法，用于早期檢測SSO

2）Qatium -公用事業(yè)用水管理

由人工智能驅(qū)動的西班牙水務(wù)管理平臺Qatium是一個基于web的應(yīng)用程序，它主要專注于管網(wǎng)運(yùn)營，幫助運(yùn)營商和工程師通過“假設(shè)”場景模擬、運(yùn)行和了解其管網(wǎng)資產(chǎn)。Qatium為用戶提供其供水網(wǎng)絡(luò)的實時模擬，重點是讓每個人都可以訪問數(shù)據(jù)。它具有人工智能輔助數(shù)據(jù)管理的功能，允許使用GIS數(shù)據(jù)和水力模型以3D方式可視化水網(wǎng)絡(luò)。用戶可以分析他們的水質(zhì)和需求，確定節(jié)約能源并降低其資產(chǎn)碳足跡的方案。

3）Transcend - 水廠初設(shè)

Transcend Design Generator（TDG）是一個由人工智能驅(qū)動的在線設(shè)計生成平臺，可幫助投資方和工程師生成水和廢水處理設(shè)施的初步工程設(shè)計。

從業(yè)人員引用了德克薩斯州的一個例子，在那里人工智能已經(jīng)證明了它的價值。德克薩斯州的一家公用事業(yè)公司最近發(fā)布了一份關(guān)于24 MGD污水處理廠總體規(guī)劃的招標(biāo)書（RFP）。他們正在評估是否應(yīng)該升級和/或擴(kuò)大污水廠，并希望他們的咨詢工程師來評估三個不同的方案。當(dāng)公用事業(yè)公司了解到TDG時，他們將該工廠的30種不同情況納入其中。在相同的時間和預(yù)算下，該公司現(xiàn)在評估的方案數(shù)量是原來的10倍，并且可以評估處理技術(shù)、雨天流量情景、人口建模、溫度變化和監(jiān)管要求。

TDG在項目布局中使用遺傳算法，人工智能會根據(jù)已經(jīng)存在和需要建造的資產(chǎn)的限制條件而自動給出最佳方案。許多年前，工程師們曾經(jīng)剪裁出澄清池、鼓風(fēng)機(jī)房和其他構(gòu)筑物的實體形狀，然后在實體藍(lán)圖上手動排列，以找到最佳布局。這是一個完美的可以由計算機(jī)解決的問題——這正是我們的軟件正在做的事情。它基于自動化流程模型數(shù)據(jù)和生成BIM文件，然后給出符合客戶預(yù)期的最佳方案——比如占地面積最小化，可持續(xù)設(shè)計和碳影響，結(jié)合創(chuàng)新處理技術(shù)等等。迄今為止，其人工智能軟件工具已經(jīng)設(shè)計了10000多個處理廠。

4）Pani Energy – 人工智能教練

Pani 提供了一個基于云端的機(jī)器學(xué)習(xí)軟件平臺，以提高工業(yè)和市政海水淡化、水和廢水處理廠的效率。該公司提供的軟件即服務(wù)（SaaS）是一種多層訂閱模式，可用于處于數(shù)字化不同發(fā)展階段的處理廠。

Pani的系統(tǒng)被稱為人工智能教練，它從水廠收集和匯總數(shù)據(jù)，然后分析、可視化并向運(yùn)營商提供建議，幫助他們優(yōu)化工廠的性能，同時節(jié)省時間、資源和對環(huán)境的影響。

最近，Pani 幫助中東的一家大型飲料生產(chǎn)商在2020年至2021年期間將用水比例提高了3.6%（相當(dāng)于每年節(jié)水約2200萬升）。這一切都是通過簡單地匯總平臺中的水廠數(shù)據(jù)并使用人工智能進(jìn)行分析來完成的——無需改造或改變硬件來實現(xiàn)這一結(jié)果。

從運(yùn)營角度來看，傳統(tǒng)的數(shù)字解決方案對水務(wù)行業(yè)的服務(wù)不足，使得行業(yè)在采用新技術(shù)方面猶豫不決，因為這些技術(shù)的價值似乎不明確，并且仍未得到充分的認(rèn)識。該公司CEO認(rèn)為，隨時可以獲得的“可執(zhí)行信息”將改變水務(wù)行業(yè)，加速采用更可持續(xù)的商業(yè)實踐。水務(wù)行業(yè)有機(jī)會通過快速采用人工智能解決方案，來引領(lǐng)脫碳之路。這種類型的智能數(shù)據(jù)將在整個水務(wù)行業(yè)提高效率的過程中發(fā)揮巨大作用。

新興科技對傳統(tǒng)行業(yè)的賦能和顛覆一直都在上演。中國水務(wù)行業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展正在進(jìn)入精細(xì)化管理和數(shù)字化運(yùn)營的時代，整個行業(yè)仍需要大幅度的信息化和智能化提升。隨著技術(shù)的發(fā)展，人工智能必將賦能水務(wù)行業(yè)，為行業(yè)發(fā)展提供更多的助力。