Introduction
As a rapidly developing industry in recent years, smart water has potential for broad application to meet market demands. Starting with the development and evolution of the water system, this book presents a summary of the challenges and opportunities faced by the current water industry, as well as the bottlenecks and potential solutions in the development of the water industry; an analysis and evaluation of the industry demand, policy guidance, and technical feasibility with regard to how to make the water system smarter, as well as the general trend of smart water development; systematic review of the status quo of smart water application by smart water supply and smart wastewater, and the principles and technical schemes for typical application scenarios; comparison of smart water developments at home and abroad; and discussions about the future of smart water development from the perspectives of sensors, actuators, Internet of Things and artificial intelligence. This book is intended for workers in the water industry and its upstream and downstream chain, as well as researchers who are newly involved in this field. It will help them to quickly understand the general picture of the water industry, its bottlenecks, and the current situation and development trend of smart water.
前??言
近年來,人工智能、物聯網、移動互聯網、大數據、雲計算等新型信息技術快速發展並在各領域取得廣泛應用,智慧交通、智慧水務等相關領域得到廣泛關注和研究。隨著水資源短缺和水環境污染等問題的日益突出,水務行業為更好地實現節約水資源、保護水環境、保障人民群眾用水安全這一目標,需要充分利用新一代信息技術,深入挖掘和廣泛運用水務信息資源,通過水務信息的采集、傳輸、存儲、處理服務,實現水務行業的管理智能化、決策科學化,全面提升水務管理效率和服務水平。發展智慧水務是實現這一目標的可行技術方案,將成為傳統水務轉型升級的重要方向。
智慧水務是指將傳統水務與現代信息化技術深度融合,以提高水務的管理和服務水平,在水務管控與調度、資源管理與協調、安全生產與環境保護、能源管理與優化等領域,進行業務創新,實現水務智慧化管理。本書由智慧水務領域的研究者、從業者共同撰寫。從水務繫統發展演變出發,總結當前水務行業面臨的機遇與挑戰,分析水務行業發展趨勢及相關技術,繫統梳理智慧水務典型應用場景的原理、技術和設計方案,並討論了智慧水務領域的發展前景。智慧水務研究領域的一個普遍認識是:傳感器+執行器+物聯網+人工智能=智慧水務。按照該框架分析智慧水務的發展前景:
在傳感器層面,水質、水量、水壓等指標的準確、快捷、高頻、經濟、無污染監測將是未來的發展熱點,衛星遙感、無人機遙測以及其他非接觸式監測理論與技術是最有可能取得突破的方向。
在執行器層面,用於進水控制、精細曝氣和精準投藥的新型可控水泵、風機、閥門等已經上市,但其性能和價格需要進一步優化以便中小型自來水廠和污水處理廠能夠承擔設備升級改造的成本。
在物聯網層面,智慧水務可能融入區塊鏈、5G等新技術,保障雲端與設備、設備與設備之間通信的穩定、及時和安全。
在人工智能層面,將深度融合機理模型和數據模型,充分發揮兩類建模方案的優勢,整合兩個方向的新技術,構建更加完善的水務繫統管理“智慧大腦”,滿足不同工藝類型、不同處理規模的老廠、擴建廠和新建廠等情境下的智能管理需求。
本書第4~7章由申渝教授牽頭撰寫,約12萬字;第3、9章由泰國蘭納皇家理工大學(Rajamangala University of Technology Lanna)副校長Chaiwongsar Suraphon博士牽頭撰寫,約7.8萬字,第12~14章由陳猷鵬教授牽頭撰寫,約10萬字;第8、10和11章由王建輝博士牽頭撰寫,約11萬字;第1~2章由於歆老師牽頭撰寫,約8.6萬字。所有章節內容均由高旭教授、泰國國家科學技術研究院清潔能源與環境學部(Thailand Institute of Scientific and Technological Research)主任Piyakuldumrong Prapun教授參與指導、建議和把關。感謝本課題組齊高相、郭智威、陳佳、範興容、周月明、張冰等老師的支持和幫助,感謝課題組研究生遊慶國、黃鼕梅、李超、曾聞茹、萬柯佚等參與資料收集、文獻檢索與整理工作。此外,感謝重慶中法環保研發中心有限公司馮東、鮮吉成、季久翠等工程師的傾囊相授,感謝重慶耐德自動化技術有限公司王萬勝、李洪彪、石龍飛等工程師的傾力相助,他們從水務行業從業者角度給出許多寶貴的建議和幫助。
本書受到國家重點研發計劃項目(2016YFE0205600)、重慶市科技局重點項目(cstc2018jszx-zdyfxmX0008和cstc2018jszx-cyztzxX0029)、工業污染控制新技術重慶市高校創新群體項目(CXQT19023)、管理科學與工程重慶市重點學科數據與信息管理團隊項目(ZDPTTD201917)等的資助,受到重慶南向泰斯環保技術研究院、重慶智慧水務產業技術研究院以及重慶工商大學國家智能制造服務國際科技合作基地的支持。
智慧水務是近年來快速發展的行業,具有廣闊的應用前景和市場需求,但無論是智慧水務的研究還是實踐,在新技術應用、新理論創建和新裝備開發等方面,還隻是起步階段,有很多難題需要解決。智慧水務處於不斷發展的過程中,由於作者研究水平有限、情況了解有限、編寫時間有限,書中肯定存在一些不足的地方,敬請廣大讀者批評指正。
作者
2020年4月於重慶
Preface
In recent years, artificial intelligence, Internet of Things (IoT), mobile Internet, Big Data, Cloud computing and other emerging information technologies have experienced rapid growth and extensive application in various fields, with much attention and research on intelligent transportation and smart water. With water shortage and pollution of water environment becoming increasingly prominent, the water industry should make full use of the new-generation information technology, tap and utilize water information resources, and realize smart management of water industry, well-informed decision-making, and higher efficiency and service level in water management through the collection, transmission, storage and processing of water information. Developing smart water provides a feasible solution to achieve this goal. It will also lead the way to transformation and upgrading of traditional water affairs.