人工智能技术在环保领域的应用分析

孟彤 苗雨薇

摘要：近年来，我国经济迅速发展，人们生活水平不断提高，同时也给环境带来了很大的破坏。随着工业的发展，各种生产工艺更加复杂，污染物排放控制难度进一步加大。如何在技术上确保环境保护与工业同步发展，成为我国面临的重大发展课题。人工智能的出现使环境保护实现自动化、智能化成为可能，给污染治理提供了新的解决方案。本文以我国环保的形势和人工智能的发展背景为出发点，对人工智能技术在环保领域的应用展开了深入探讨，以期相关领域有所借鉴。

关键词：人工智能;环保;污染治理

“中国制造2025”的提出，促使我国制造业不断朝着机械化、电气化、自动化的方向发展。当前，以工业智能化为目标的人工智能时代即将到来，这将给人们的生产生活带来前所未有的巨变。人工智能在推动工业发展的同时，也为环境保护领域提供了新的机遇。各种人工智能算法通过对工艺的完善和环境治理技术的提高，不断推动着环境保护事业向前进[1]。本文着重分析人工智能技术在环保领域的应用。

1新形势下环境保护的挑战

随着经济的发展，我国环境破坏日益严重，国家对环境保护越来越重视。近年来，环境保护与环境评价的相关法律法规更新十分频繁，例如2018年我国连续修订了《水污染防治法》、《环境影响评价法》、《建设项目环境保护管理条例》等法律法规，这揭示了我国环境保护问题的严峻性和污染治理的迫切性。但环境保护涉及的专业非常多，不同领域排放的污染物多种多样，必须制定不同的标准，采用不同的污染控制手段，其难度非常大。因此，在技术的角度上，必须有新的技术手段支撑我国新形势下的环境保护工作。而人工智能技术的兴起，正是契合了我国环境大保护和工业大发展的时代需求。

2人工智能时代的兴起

近年来，随着自动化、物联网、大数据等技术的快速发展，各种先进的算法已经可以处理海量的数据信息，这为人工智能技术的发展带来了良好的机遇。目前，自然语言处理、模式识别和无人驾驶等许多人工智能领域的关键技术都取得了重大突破，尽管暂时还无法完全替代人类，但可以看见的是，机器通过学习算法的支撑已经变得越来越聪明。在不久的将来，它将替代人力劳动，颠覆人们的生活方式，推动工业领域的变革。随着人工智能技术应用领域的日益扩大，环保领域也成为了受益者之一。人工智能技术通过优化机器性能、减少能源消耗、控制污染物生成、提高检测效率等方式，不断地为环境保护工作注入新的活力。

人工智能系统在经过简单的训练之后，就可以进行不断的自我学习、推理判断，具有很强的自适应能力，因而在工业控制、优化设计、故障诊断、智能检测、系统管理等领域得到了广泛的应用，经济效益显著。实际上，人工智能技术在环保领域的最大价值在于它可以有效控制工业生产过程中的流程，对各生产工艺环节进行智能控制和优化，并通过自我学习不断改进现有工艺，使产品合格率进一步提高，节约了能源的同时，也使得废水、废气、废渣等污染物的排放量大大减少。

3人工智能在环保领域的应用

3.1人工智能推进环保自动化

环境保护设施是防止环境污染和实现污染治理的重要基础，也是法律规定各工业生产领域必须建设的基础设备，应与主体工程同时设计、同时建设、同时投入使用。而环保设备的运行效率和可靠性成为了当前面临的主要问题之一。传统的管理模式下，环保设施的可靠性取决于运维人员的技术水平和责任心，这显然不能满足当前日益严格的环保要求。人工智能技术的应用，将使这些问题迎刃而解。

人工智能时代可以通过智能控制技术来实现环保设备的自动化监测、调节和控制，全过程实现数字化和信息化管理，系统将实时按照生产现场的污染源强度、工艺流程选择、设备运行状态、仪器仪表显示数据等参数完成动态的资源调配，并动态调整运行参数，采用最佳调度方案，使整个生产过程始终保持在最佳状态，在电能节约、水资源节约、天然气节约等方面均实现最优，污染物去除率达到最高，污染排放控制在最低的水平[2]。因此，人工智能技术的广泛应用将会大大推进环保自动化水平，不断完善环境治理体系。

3.2人工智能优化锅炉燃烧

锅炉是工业生产中最常用的设备之一，它也是工厂实现节能减排的关键，更是环境保护领域关注的重中之重。锅炉在燃烧过程中，由于燃烧条件不佳，必然会产生燃烧不充分的问题，从而造成废气和灰渣的排放，造成环境的污染。因此，要减少工业锅炉的废气排放，关键在于优化设计，通过更加先进的控制算法来解决成本与环保之间的矛盾。在這样的背景下，许多学者开始将人工智能算法引入到锅炉燃烧设计领域，提出了大量有价值的解决方案。

最典型的方案就是通过大量的试验数据构建数学模型，然后进行函数解析，以非函数响应机理为理论基础，采用跟进遗传算法来提高锅炉的整体热效率，优化NOx 的排放特性[3]。具体的实现思路是，对目标函数进行权重体制分析，找出NOx 浓度变化与权重比值变化之间的关系，经过多次调节后找到最佳权值。以此为依据，建立锅炉燃烧的热力学模型，采用人工智能算法，经过机器学习，内部神经网路架构强化，模型和样本数据疏导，不断提高锅炉热效率，减少NOx 的排放量。一般来说，通过上述方法对锅炉燃烧进行优化，可以使NOx的排放浓度至少下降40%，而且锅炉整体热效率下降并不明显。可以预见的是，人工智能在不久的未来，将成为锅炉燃烧优化的主要技术。

3.3人工智能取代工厂运营

近年来，人们正在朝着“中国制造2025”、“工业4.0”和“互联网+制造”的时代，尽管概念有所不同，但其核心都是人工智能技术的应用，关键技术在于深度学习和图像识别等智能化算法。在这些算法不断完善的背景下，人工智能在各工业领域的应用将日益丰富，使工厂的运营管理发生历史性变革。

一般来说，人工智能可以分为感知、理解和决策三个层次。感知层是人工智能的基础层面，它将通过各种自动控制系统来完善现有的常规工艺流程，提高生产效率，改进运营质量、提升决策水平，优化人力结构，工厂只需要安排少数人员进行巡查和值班就可以完成工厂的日常运营。一旦生产出现中断、故障等情况，人工智能系统将首先进行自我诊断，通过综合运用神经网络、模糊算法、遗传算法等技术完成原因分析和故障恢复，在没有人参与的情况下保持工厂正常运营[4]。可见，在人工智能时代，工厂的运营对人的依赖程度将大大降低，管理的主角将转移到智能机器上来，这对于节能减排具有重大意义。

4结语

人工智能是一项新兴的技术领域，其自身也在不断的完善和发展之中，尽管当前人工智能技术的应用还很有限，但其广阔的发展前景是显而易见的。在我国日益重视环境保护的背景下，人工智能技术的出现和应用使得环保领域又增添了新的活力，成为环保工作的强大技术保证，尤其是在生产控制和环保自动化方面，更是成为未来环保和环评的重要发展趋势。随着工业技术的进步，各种污染物的种类更多，成分更加复杂，污染物的控制、去除、分析和评价将成为一项新的挑战，人工智能时代的到来，必将给污染治理提供新的解决方案。

参考文献

[1]有利环保的十大科技创新：人工智能也入列[J].水工业市场.2016，（8）：38-39.

[2]余小兰，吴琳.探究环保污染治理自动控制中的人工智能技术[J].城市建设理论研究（电子版）.2016，（10）.

[3]杨状，杨帅.人工智能技术在电站锅炉燃烧优化中的应用研究[J].中国机械.2014，（15）：119.

[4]杨斌.人工智能何时取代水厂运营管理人员？[J].水工业市场.2016，（7）：19-20.