杭州水质监测迈入人工智能时代

第19届亚运会将于今年9月在浙江省杭州市举办。日前，浙江省杭州生态环境监测中心在亚运场馆周边采集了70余个水质监测点位样品，并将这些样品批量放入一套全自动智能分析系统，原来至少需要两个人分析一天样品，现在系统自动操作很快就可完成，而且批量可以达到200多个。

 

 

　　这个水质监测智能化系统，业内称之为杭州“生态环境监测AI人工智能实验室”，于2021年5月开始建设。当前主要进行水质智能化监测实验和系统改进，截至目前已经完成近1000个实际样品的实验室比对测试分析，已成功申报一项国家标准立项，并正在申报省标方法规范。

 

 

　　水质监测任务一度较为繁重

 

 

　　杭州是一个集江、河、湖、海于一体的多水城市，水质监测任务十分繁重。平常每月水质样品检测分析达500余个，而每一个样品分析都要工作人员全程跟踪操作，环节繁多。

 

 

　　前些年，杭州曾发生过钱塘江、苕溪饮用水水质异味、化学品运输车辆翻车等事件。尤其是新冠肺炎疫情发生以来，杭州先后迎战新冠病毒德尔塔 、奥密克戎等，每遇这种非常时期，水质监测样品都堆满房间。由于人工监测、分析速度有限，杭州环境监测人度过了许多个不眠之夜。

 

 

　　2017年6月发生的钱塘江化工桶泄漏环境突发污染事件，监测人员现在想起来仍心有余悸。当时频次要求高的时候需要每小时采一次样品，每次分析项目达20多项，连续作战十多天。因为全靠人工监测分析，时间紧、任务重、人手少，不得不24小时通宵分析样品。参与当时监测分析的人员余海霞说，加班一夜，凌晨下班时头晕眼花，出单位都不知道回家的方向了。

 

 

　　人工智能实现批量化检测

 

 

　　结合杭州数字之城建设，杭州开启了“生态环境监测AI人工智能实验室”，积极探索打造“小切口、大场景”平台。

 

 

　　这个实验室从外观看没啥特别，只有100多平方米的空间，内部设计却别有洞天。不同于一般实验室“人+设备”的繁忙景象，这个实验室没几个人，只有两条水质检测的全自动“生产线”——水质自动化分析仪和流水线系统在不停运转。只需把水质样品放进放置区，样品分液、试剂添加、检测分析等流程就不再需要人工参与。而且，人工智能实验室也让批量化检测成为可能。

 

 

　　原理化室负责人、现杭州生态环境监测中心办公室主任王奕奕介绍，水质监测分析是一个复杂的过程，添加何种化学试剂、试剂要放多少、何时能进行下一步等，都需要专业人士“操刀”。人工智能实验室，打破了对人的依赖 ，实验室结合仿人眼感知等先进技术，让“生产线”具备了人的观察力和灵活度，即便无人指导，也能自主判断进行检测。不仅提升了检测速度，也减少了人工检测可能引起的误差。原本好几个人干一天的工作，现在1套系统就能完成，而且可以实现大批量检测。

 

 

　　“智能监测不但速度快，还有可追溯优点。人工监测样品，如遇到什么问题，回想经过的细节，往往会不那么准确。人工智能实验室在样品保存、数据质控、数据异常等关键环节留痕，实现分析结果可追溯，十分精准 。”王奕奕说。

 

 

　　杭州“生态环境监测AI人工智能实验室”在实验阶段已“小试牛刀” 。王奕奕介绍说，去年11月，在分析三墩港一个水样的高锰酸盐指数指标时，发现样品的平行样数据偏差较大。按照以往的做法，需要人脑回忆实验步骤寻找可能出现的问题。而智能实验室的分析系统有视频记录功能，很快精准锁定了问题。今年1月，在监测钱塘江某点位水样时，发现氨氮指标数据超过水质类别标准，智能系统立刻预警提醒，第一时间按规定对水样进行了复核。如果采用人工分析，由于样品的数量多、工作量大，就很难在第一时间发现样品异常情况。

 

 

　　打造智能监测杭州样本

 

 

　　杭州水质监测智能化，最近已入选国家试点项目。

 

 

　　2月18日，生态环境部印发《生态环境智慧监测创新应用试点工作方案》，其中杭州“生态环境监测AI人工智能实验室试点”和另一个高科技项目“杭州生态环境监测无代码技术应用试点”两个项目同时入选全国试点。

 

 

　　这个方案根据技术应用先进程度、应用场景丰富程度、人工参与程度等分为六级(L0-L5)，重点提升“支撑服务保障、智慧监测基础、服务群众”三方面能力。杭州入选的两大项目均列为最高级别L5，属于全国首创。

 

 

　　“生态环境监测AI人工智能实验室试点”对标生态环境监测数字化改革的要求，以国家相关监测分析方法标准为依据，建设全流程自动监测分析系统，实现样品从任务下达到样品前处理、测试、数据分析报送的全流程、全方位、全自动监测。

 

 

　　试点项目重点围绕提升智慧监测基础能力，推动新型监测技术应用落地等方面，通过生态环境监测业务全过程智能化、数据高效存储分析利用实践等方面创新突破，力争实现“杭州试点，全国推广”，为全面提升生态环境保护和监测水平做出贡献。

 

 

　　“我们力争通过一至两年时间的试点，成功打造国内领先的第四代水质环境监测智能化系统，为全国探索出一个数字化智慧监测的‘杭州样本’。” 浙江省杭州生态环境监测中心主任陈健松说。