杭州水質(zhì)監(jiān)測(cè)邁入人工智能時(shí)代

第19屆亞運(yùn)會(huì)將于今年9月在浙江省杭州市舉辦。日前，浙江省杭州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心在亞運(yùn)場(chǎng)館周邊采集了70余個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位樣品，并將這些樣品批量放入一套全自動(dòng)智能分析系統(tǒng)，原來至少需要兩個(gè)人分析一天樣品，現(xiàn)在系統(tǒng)自動(dòng)操作很快就可完成，而且批量可以達(dá)到200多個(gè)。

這個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能化系統(tǒng)，業(yè)內(nèi)稱之為杭州“生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)AI人工智能實(shí)驗(yàn)室”，于2021年5月開始建設(shè)。當(dāng)前主要進(jìn)行水質(zhì)智能化監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)改進(jìn)，截至目前已經(jīng)完成近1000個(gè)實(shí)際樣品的實(shí)驗(yàn)室比對(duì)測(cè)試分析，已成功申報(bào)一項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，并正在申報(bào)省標(biāo)方法規(guī)范。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)任務(wù)一度較為繁重

杭州是一個(gè)集江、河、湖、海于一體的多水城市，水質(zhì)監(jiān)測(cè)任務(wù)十分繁重。平常每月水質(zhì)樣品檢測(cè)分析達(dá)500余個(gè)，而每一個(gè)樣品分析都要工作人員全程跟蹤操作，環(huán)節(jié)繁多。

前些年，杭州曾發(fā)生過錢塘江、苕溪飲用水水質(zhì)異味、化學(xué)品運(yùn)輸車輛翻車等事件。尤其是新冠肺炎疫情發(fā)生以來，杭州先后迎戰(zhàn)新冠病毒德爾塔 、奧密克戎等，每遇這種非常時(shí)期，水質(zhì)監(jiān)測(cè)樣品都堆滿房間。由于人工監(jiān)測(cè)、分析速度有限，杭州環(huán)境監(jiān)測(cè)人度過了許多個(gè)不眠之夜。

2017年6月發(fā)生的錢塘江化工桶泄漏環(huán)境突發(fā)污染事件，監(jiān)測(cè)人員現(xiàn)在想起來仍心有余悸。當(dāng)時(shí)頻次要求高的時(shí)候需要每小時(shí)采一次樣品，每次分析項(xiàng)目達(dá)20多項(xiàng)，連續(xù)作戰(zhàn)十多天。因?yàn)槿�靠人工監(jiān)測(cè)分析，時(shí)間緊、任務(wù)重、人手少，不得不24小時(shí)通宵分析樣品。參與當(dāng)時(shí)監(jiān)測(cè)分析的人員余海霞說，加班一夜，凌晨下班時(shí)頭暈眼花，出單位都不知道回家的方向了。

人工智能實(shí)現(xiàn)批量化檢測(cè)

結(jié)合杭州數(shù)字之城建設(shè)，杭州開啟了“生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)AI人工智能實(shí)驗(yàn)室”，積極探索打造“小切口、大場(chǎng)景”平臺(tái)。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)室從外觀看沒啥特別，只有100多平方米的空間，內(nèi)部設(shè)計(jì)卻別有洞天。不同于一般實(shí)驗(yàn)室“人+設(shè)備”的繁忙景象，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室沒幾個(gè)人，只有兩條水質(zhì)檢測(cè)的全自動(dòng)“生產(chǎn)線”——水質(zhì)自動(dòng)化分析儀和流水線系統(tǒng)在不停運(yùn)轉(zhuǎn)。只需把水質(zhì)樣品放進(jìn)放置區(qū)，樣品分液、試劑添加、檢測(cè)分析等流程就不再需要人工參與。而且，人工智能實(shí)驗(yàn)室也讓批量化檢測(cè)成為可能。

原理化室負(fù)責(zé)人、現(xiàn)杭州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心辦公室主任王奕奕介紹，水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析是一個(gè)復(fù)雜的過程，添加何種化學(xué)試劑、試劑要放多少、何時(shí)能進(jìn)行下一步等，都需要專業(yè)人士“操刀”。人工智能實(shí)驗(yàn)室，打破了對(duì)人的依賴 ，實(shí)驗(yàn)室結(jié)合仿人眼感知等先進(jìn)技術(shù)，讓“生產(chǎn)線”具備了人的觀察力和靈活度，即便無人指導(dǎo)，也能自主判斷進(jìn)行檢測(cè)。不僅提升了檢測(cè)速度，也減少了人工檢測(cè)可能引起的誤差。原本好幾個(gè)人干一天的工作，現(xiàn)在1套系統(tǒng)就能完成，而且可以實(shí)現(xiàn)大批量檢測(cè)。

“智能監(jiān)測(cè)不但速度快，還有可追溯優(yōu)點(diǎn)。人工監(jiān)測(cè)樣品，如遇到什么問題，回想經(jīng)過的細(xì)節(jié)，往往會(huì)不那么準(zhǔn)確。人工智能實(shí)驗(yàn)室在樣品保存、數(shù)據(jù)質(zhì)控、數(shù)據(jù)異常等關(guān)鍵環(huán)節(jié)留痕，實(shí)現(xiàn)分析結(jié)果可追溯，十分精準(zhǔn) 。”王奕奕說。

杭州“生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)AI人工智能實(shí)驗(yàn)室”在實(shí)驗(yàn)階段已“小試牛刀” 。王奕奕介紹說，去年11月，在分析三墩港一個(gè)水樣的高錳酸鹽指數(shù)指標(biāo)時(shí)，發(fā)現(xiàn)樣品的平行樣數(shù)據(jù)偏差較大。按照以往的做法，需要人腦回憶實(shí)驗(yàn)步驟尋找可能出現(xiàn)的問題。而智能實(shí)驗(yàn)室的分析系統(tǒng)有視頻記錄功能，很快精準(zhǔn)鎖定了問題。今年1月，在監(jiān)測(cè)錢塘江某點(diǎn)位水樣時(shí)，發(fā)現(xiàn)氨氮指標(biāo)數(shù)據(jù)超過水質(zhì)類別標(biāo)準(zhǔn)，智能系統(tǒng)立刻預(yù)警提醒，第一時(shí)間按規(guī)定對(duì)水樣進(jìn)行了復(fù)核。如果采用人工分析，由于樣品的數(shù)量多、工作量大，就很難在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)樣品異常情況。

打造智能監(jiān)測(cè)杭州樣本

杭州水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能化，最近已入選國(guó)家試點(diǎn)項(xiàng)目。

2月18日，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《生態(tài)環(huán)境智慧監(jiān)測(cè)創(chuàng)新應(yīng)用試點(diǎn)工作方案》，其中杭州“生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)AI人工智能實(shí)驗(yàn)室試點(diǎn)”和另一個(gè)高科技項(xiàng)目“杭州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)無代碼技術(shù)應(yīng)用試點(diǎn)”兩個(gè)項(xiàng)目同時(shí)入選全國(guó)試點(diǎn)。

這個(gè)方案根據(jù)技術(shù)應(yīng)用先進(jìn)程度、應(yīng)用場(chǎng)景豐富程度、人工參與程度等分為六級(jí)(L0-L5)，重點(diǎn)提升“支撐服務(wù)保障、智慧監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)、服務(wù)群眾”三方面能力。杭州入選的兩大項(xiàng)目均列為最高級(jí)別L5，屬于全國(guó)首創(chuàng)。

“生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)AI人工智能實(shí)驗(yàn)室試點(diǎn)”對(duì)標(biāo)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)字化改革的要求，以國(guó)家相關(guān)監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，建設(shè)全流程自動(dòng)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)樣品從任務(wù)下達(dá)到樣品前處理、測(cè)試、數(shù)據(jù)分析報(bào)送的全流程、全方位、全自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

試點(diǎn)項(xiàng)目重點(diǎn)圍繞提升智慧監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)能力，推動(dòng)新型監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用落地等方面，通過生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)全過程智能化、數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)分析利用實(shí)踐等方面創(chuàng)新突破，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)“杭州試點(diǎn)，全國(guó)推廣”，為全面提升生態(tài)環(huán)境保護(hù)和監(jiān)測(cè)水平做出貢獻(xiàn)。

“我們力爭(zhēng)通過一至兩年時(shí)間的試點(diǎn)，成功打造國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的第四代水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)智能化系統(tǒng)，為全國(guó)探索出一個(gè)數(shù)字化智慧監(jiān)測(cè)的‘杭州樣本’。” 浙江省杭州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心主任陳健松說。