水務(wù)部門工作中一直充斥著各種流行語，如：循環(huán)經(jīng)濟、凈零排放、PFAS、水資源正效益、液體零排放等等。然而，有一個詞卻捕捉到了整個行業(yè)的興奮點（也許某些人還有懷疑），那就是人工智能（AI）。
人工智能長期以來都被吹捧為水務(wù)部門的革新風暴——它利用異步自動化、機器學習、數(shù)字孿生等技術(shù)提供更優(yōu)化的水處理解決方案、并讓人期待水務(wù)事業(yè)全新的未來。然而它是否能實現(xiàn)如此高的期望，并說服一個以謹慎著稱的行業(yè)顛覆其固有的信仰，進而轉(zhuǎn)身擁抱未來的科技呢？
在這期探討中，我們將在眾說紛紜下揭開人工智能的面紗，回答人工智能到底是什么？它是如何工作的？它能提供什么？并探訪那些在黑暗泥濘中前進的行業(yè)探索者及初創(chuàng)公司。
什么是人工智能？
“人工智能可以被定義為利用計算機和機器來模仿人類思維下解決問題和進行決策的能力。” —— IBM
人工智能早已快速地融入了現(xiàn)代社會和我們的日常生活中——我們每天都在使用而且已經(jīng)習慣到忘記了它的存在。例如智能助手——亞馬遜的Alexa、蘋果的Siri和谷歌的Echo等。
人工智能的類型有哪些？
人工智能有四種類型：反應(yīng)式機器、有限記憶、心智理論和自我意識。
1. 反應(yīng)式機器：最基本的人工智能系統(tǒng)類型。反應(yīng)性機器是指僅對某些刺激和場景有反應(yīng)性的機器。
深藍，IBM的國際象棋超級計算機，在20世紀90年代末擊敗了國際特級大師加里-卡斯帕羅夫。
2. 有限記憶：這類人工智能的工作原理是強化學習。這種人工智能允許機器人將信息和經(jīng)驗存儲為“記憶”。然后當下一次遇到類似的情況時，它會使用這種新的“記憶”來更好地預(yù)測。例：自動駕駛汽車。
3. 心智理論：此類型的人工智能還處于理論下且尚未被完全利用。與有限記憶不同，它不需要通過一系列的試錯來學習，而是通過人工智能構(gòu)建中樞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來學習——讓其理解世界上人/物體的想法和情緒從而影響AI自身的行為。
4. 自我意識：此人工智能系統(tǒng)將能夠創(chuàng)造意識、評估自己內(nèi)部狀態(tài)、進行自身表述。
人工智能是如何工作的？
人工智能可歸結(jié)為基于數(shù)據(jù)和計算后，將這些數(shù)據(jù)解釋為可利用的、有意義的、有見解的能力。與人工智能同時使用的另一個短語是機器學習——使用數(shù)據(jù)的數(shù)學模型來幫助計算機在沒有直接指令的情況下進行學習的過程。
要真正理解人工智能的工作原理，你不能把它看成一個單一的實體，而是要看成一門科學，因為它結(jié)合了好幾種能夠模擬人類思維的方法。
至此，雖然人工智能已經(jīng)征服了國際象棋比賽，并想出了該自動播放哪首歌曲給你聽，但它該如何幫助水務(wù)部門？
人工智能可以給水務(wù)部門帶來什么？
多年來，人工智能一直被水務(wù)部門推崇--憑借處理大量數(shù)據(jù)、監(jiān)測、學習和提供預(yù)測性解決方案的能力，它非常適合用于水和廢水管理。
以一個為250萬人服務(wù)的水務(wù)公司為例：該公司希望檢查地下管網(wǎng)其中一個舊段的狀況和水流量。為此它或?qū)⒄偌粋€團隊去手動檢查管道和水流。這其中可能涉及長途旅程、拖動特定的設(shè)備、使用困難或危險的接入點，或者有可能根本無法檢查管道?，F(xiàn)在，人工智能有希望完全換一種方式來改善這一檢查過程：一個人工智能系統(tǒng)可以一天24小時，一周7天不斷檢查進出水的流量、評估管網(wǎng)的狀況，并為該公用事業(yè)提供整個水系統(tǒng)的即時報告。
人工智能提供的解決方案也不僅僅是檢查水流量——人工智能還可以幫助我們在設(shè)想之外建立完美的水樞紐和處理廠布局。
人工智能正在為水務(wù)部門提供簡單性預(yù)測性解決方案、預(yù)警系統(tǒng)、新的設(shè)計和優(yōu)化的水系統(tǒng)。
人工智能的障礙是什么？
水處理行業(yè)內(nèi)外部對水務(wù)部門都有一種刻板印象，即水務(wù)部門在采用新技術(shù)方面進度一直很緩慢。
水務(wù)部門對新技術(shù)整合緩慢的一個典型例子是陶瓷膜。該技術(shù)是在90年代開發(fā)的，但一直面臨水務(wù)部門的大量批評和懷疑。在30年后，我們才開始看到公用事業(yè)和工業(yè)公司從聚合物膜轉(zhuǎn)向使用陶瓷膜。
"我們遠遠落后于時代，特別涉及到人工智能的采用這塊，我們落后于幾乎所有其他主要行業(yè)至少20-30年。水處理需要得到更多的重視，并且在財務(wù)上得到更多的投入。”最近在吸引投資的美國軟件公司Transcend的首席客戶官Adam Tank說。
人工智能融入水務(wù)部門的其他潛在障礙包括成本、缺乏戰(zhàn)略、匱乏的案例研究、法規(guī)、網(wǎng)絡(luò)安全，還有最大的障礙——風險。"任何受監(jiān)管的行業(yè)都是非常想規(guī)避風險的。水務(wù)行業(yè)也不例外，至少在市政方面，一切行為都由減輕風險的決定所驅(qū)動。我們必須從小事做起，思考這項技術(shù)如何能夠幫助減少整個行業(yè)的風險。通常當技術(shù)公司去銷售他們的工具或解決方案時，它關(guān)注的是潛在的經(jīng)濟回報，而不是幫助管理風險。"Tank補充說："改變是我們的責任。我們需要改變我們的行為方式，并談?wù)摐p輕風險的問題。
行業(yè)先驅(qū)者
GoAigua
2018年，GoAigua誕生，作為專注于數(shù)字轉(zhuǎn)型領(lǐng)域的一家公司，它希望為水務(wù)部門帶來數(shù)字解決方案。該公司的出現(xiàn)是公用事業(yè)公司Global Omnium數(shù)字化轉(zhuǎn)型的成功結(jié)果。在之后2020年初，西班牙智能水務(wù)公司Idrica也隨之成立，其創(chuàng)始團隊有180名專家。
GoAigua平臺通過其智能水務(wù)引擎匯集了流程和基礎(chǔ)設(shè)施信息。該引擎收集、處理和標準化數(shù)據(jù)，為整個水循環(huán)提供解決方案，它還有一個用于可視化指標的中央BI儀表板。
Idrica的數(shù)據(jù)科學家Elisa Fenu在接受Aquatech Online采訪時說："我們在GoAigua中使用人工智能，用于推斷特定城市或地區(qū)的消費模式，并對其進行分組，以預(yù)測該人口的具體用水需求。我們還有一個水質(zhì)預(yù)測的系統(tǒng)，水處理廠可以用它更好地控制和提前調(diào)整水質(zhì)。在墨西哥，我們的軟件結(jié)合了數(shù)據(jù)分析和機器學習來進行泄漏檢測。我們正在努力保護和收集水資源，盡可能的做到不損失。"
GoAigua還在幫助休斯頓市優(yōu)化分配給下水道網(wǎng)絡(luò)預(yù)測性清潔的資源，并將油脂和擦拭物堵塞造成的衛(wèi)生下水道溢流（SSO）減少70%以上。
該人工智能解決方案主要集中在三個關(guān)鍵領(lǐng)域：
1. 為每個資產(chǎn)創(chuàng)建基于風險的預(yù)防性維護計劃
2. 水位傳感器的有效定位
3. 使用預(yù)測分析法來早期檢測SSO
"在我看來，AI的可能性是永無止境的，"Fenu說。"我對自動讀取水表感到興奮，因為擁有簡單、容易和準確的反饋真的很重要。
Qatium - 公用事業(yè)用水管理
由人工智能驅(qū)動的西班牙水管理平臺Qatium是一個基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序，讓水務(wù)公司更好地了解其工作網(wǎng)絡(luò)。此程序主要集中在網(wǎng)絡(luò)運營方面，它允許運營商和分析師通過"假設(shè)"場景模擬、運行和了解他們的網(wǎng)絡(luò)。
Qatium公司的創(chuàng)新總監(jiān)Luke Butler說："如果發(fā)生了爆裂、泄漏，那你必須對這個區(qū)域進行補給。我們的程序可以讓那些沒有傳統(tǒng)技術(shù)工具的用戶自己就做出判斷和決定，而不需要向工程師求助。他在接受Aquatech Online采訪時說："在過往，這些做決定的工具被少數(shù)非常專業(yè)的技術(shù)人員掌握；而當事故發(fā)生時，人們只希望能盡快的解決問題。我們正在消除來自信息、經(jīng)典數(shù)據(jù)、孤島和決策方面的障礙，并向整個組織開放。”
Qatium為其用戶提供水網(wǎng)的實時模擬，重點是讓每個人都能獲得數(shù)據(jù)。它的特點是在人工智能輔助下的數(shù)據(jù)管理，使水網(wǎng)與GIS數(shù)據(jù)和水力模型以三維方式可視化。用戶可以分析他們的水質(zhì)和需求，確定能源節(jié)約和降低公用事業(yè)的碳足跡。
Transcend - 初步網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
Transcend Design Generator（TDG）是一個由人工智能驅(qū)動的、在線生成式設(shè)計平臺，幫助資本規(guī)劃者、項目開發(fā)者和工程專業(yè)人士生成水和污水處理設(shè)施的初步網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計。
Tank引用了德克薩斯州的一個案例，此案例中該人工智能已經(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)布了一份招標書（RFP），要求對一個24MGD的污水處理廠進行總體規(guī)劃更新。他們正在評估是否應(yīng)該升級和/或擴大該設(shè)施，并希望他們的咨詢工程師評估可能可行的三個潛在選項。
他說："而當公用事業(yè)公司發(fā)現(xiàn)TDG時，他們就修改了其顧問招標書，因為TDG可以提供至少30種不同解決方案——在同樣的時間和預(yù)算下，該公司現(xiàn)在評估的方案數(shù)量是原來的10倍，同時還可以評估處理技術(shù)的創(chuàng)新、潮濕天氣的流量方案、人口建模、溫度變化和監(jiān)管要求。"
TDG在場地布局和安排方面專門使用了遺傳算法。鑒于場地的限制，人工智能自動為已經(jīng)存在和需要建設(shè)的資產(chǎn)找到最合適的方案。
"許多年前，工程師們把澄清器、鼓風機建筑和其他資產(chǎn)的物理形狀剪下來，然后在物理藍圖上手動排列，以找到最佳布局。而現(xiàn)在這一切將由計算機完美的解決，這正是我們的軟件正在做的事情——它根據(jù)自動流程模型數(shù)據(jù)和生成的BIM文件，處理成百上千個潛在的場地和土建選項，然后為公用事業(yè)公司希望達到的結(jié)果提供最佳布局，以最大限度地減少場地占用、考慮可持續(xù)設(shè)計和碳影響，納入創(chuàng)新處理技術(shù)等等。"
Transcend表示，迄今其人工智能軟件工具已設(shè)計了超過10,000個處理廠。
Pani Energy--AI教練
Pani提供一個基于云的機器學習軟件平臺，旨在提高工業(yè)和城市規(guī)模的海水淡化、水和廢水處理廠的效率。這家軟件即服務(wù)（SaaS）公司目前以多層次的訂閱模式提供其平臺，可用于數(shù)字化發(fā)展的各個層面的處理設(shè)施。
Pani的系統(tǒng)被稱為AI教練，它從工廠攝取和匯總數(shù)據(jù)，然后分析、可視化地向運營商提供建議，幫助他們優(yōu)化工廠的性能、節(jié)省時間資源和對環(huán)境的影響。
Pani公司的首席執(zhí)行官Devesh Bharadwaj接受Aquatech Online采訪時說："我們通過工藝操作AI來幫助公司用更少的錢做更多的事。我們的平臺為終端客戶提供他們所需的信息，以便其在運行工廠時做出更好的決定、確定優(yōu)化機會，同時努力減少風險。"
去年，這家加拿大技術(shù)公司籌集了800萬加元的資金，包括由Blue Bear Capital 和Blue Coast共同領(lǐng)導(dǎo)的種子股權(quán)輪，以及來自Mazarine Ventures和Humanitas的參與、還有來自加拿大可持續(xù)發(fā)展技術(shù)（SDTC）和其他政府機構(gòu)的捐款。
迄今為止，該公司已籌集了1000萬加元，并已發(fā)展到40多名員工，目前為全球各地的設(shè)施提供服務(wù)，包括亞太、中東、印度和歐洲。
Pani幫助中東的一家大型飲料生產(chǎn)商在2020年和2021年之間將其用水比例提高了3.6%（相當于每年節(jié)省約2200萬升水）。
"這都是通過在平臺中簡單地匯總工廠數(shù)據(jù)并使用人工智能進行分析而實現(xiàn)的；避免了進行工廠改造或改變工廠硬件來實現(xiàn)這些結(jié)果。我們的任務(wù)是到2032年每年減少0.5千兆噸的溫室氣體排放。"Bharadwaj說。
"從運營的角度來看，水務(wù)部門傳統(tǒng)上一直沒有得到數(shù)字解決方案的服務(wù)，因為它一直以來對采用新技術(shù)猶豫不決。這些技術(shù)的價值對他們來說似乎并不明確，所以沒有得到重視。"這位首席執(zhí)行官認為，隨時可以獲得的"可操作信息"將改變水務(wù)部門，幫助加速采用可持續(xù)的商業(yè)實踐。
"我們看到結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和人工智能加快了供應(yīng)鏈處理設(shè)施和分銷鏈的決策過程——因為現(xiàn)在對可操作信息的訪問比以前更好、更快、更便宜。水務(wù)部門若采用工藝操作AI，或許可以在去碳化的道路上發(fā)揮重大作用；這種類型的智能數(shù)據(jù)和案例也將在今后使水處理部門在利用新技術(shù)提高效率的過渡中發(fā)揮巨大影響。"