蔣莉莉

(泰州技師學院 江蘇 泰州 225300)

供水設備是現(xiàn)代城市生活中不可或缺的基礎設施之一，其運行穩(wěn)定和可靠性對于保障居民正常用水具有重要意義。然而，傳統(tǒng)的供水設備管理方式存在諸多缺點，包括人工干預和管理成本高、能源和資源的浪費等問題。隨著人工智能技術的不斷發(fā)展和普及，利用人工智能技術來控制和管理供水設備已成為當前研究的熱點之一。本文將介紹供水設備的智能化控制技術，并探討人工智能在供水設備中的優(yōu)勢和應用策略，旨在為供水設備的智能化控制提供一些借鑒和啟示。

1 供水設備的智能化控制技術

1.1 傳感器技術的應用

傳感器技術是實現(xiàn)供水設備智能化控制的重要手段，通過安裝水質(zhì)傳感器、流量傳感器、壓力傳感器等各類傳感器，可及時采集供水設備的操作狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可用于監(jiān)測設備的運行狀況，分析供水系統(tǒng)的供水量、水質(zhì)等信息，還能預測未來供水設備的運行狀態(tài)[1]。通過對這些數(shù)據(jù)進行分析和處理，實現(xiàn)對供水設備的實時監(jiān)測、調(diào)節(jié)和預警，提高供水設備的操作效率和可靠性。

1.2 云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術的應用

云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展也為供水設備的智能化控制提供有力支持。通過將傳感器和供水設備連接到互聯(lián)網(wǎng)，可實現(xiàn)對供水設備的即時監(jiān)測和遠程控制。同時，利用云計算技術來存儲和分析供水設備的數(shù)據(jù)，可以提升供水設備的智能化程度和管理效率[2]，減少對人工干預的需求，并降低管理成本。

1.3 智能化控制算法的應用

智能化控制算法是實現(xiàn)供水設備智能化控制的關鍵技術之一?；趥鞲衅骷夹g和云計算技術所獲取的數(shù)據(jù)，預測及控制供水設備的運行狀況。例如：可以使用機器學習和人工智能算法對供水設備進行預測維護，其可自動識別設備故障和異常，并進行預警和故障診斷[3]。另外，應用優(yōu)化算法對供水設備進行最優(yōu)調(diào)度，有利于提高供水設備的運行效率和能源利用效率。

2 供水設備中人工智能控制的優(yōu)勢

2.1 提高供水設備的運行效率和可靠性

通過人工智能控制技術，可以智能監(jiān)測和分析供水設備的運行狀態(tài)，從而增強供水設備的運行效率和可靠性。利用人工智能算法對供水設備的運行數(shù)據(jù)進行分析，能夠迅速識別設備的異常，降低故障情況，及時進行故障診斷，并發(fā)出預警，減少設備停機時間和維修成本[4]。同時，人工智能控制技術還可以根據(jù)供水需求變化，自動調(diào)整設備運行模式和參數(shù)，加強供水設備的反應速度和供水質(zhì)量，從而增強供水設備的運行效率和穩(wěn)定性。

2.2 減少能源和資源的浪費

供水設備中的人工智能控制技術可以減少能源和資源的浪費。智能化控制算法可以實現(xiàn)對供水設備的運行模式和能耗進行優(yōu)化，通過預測和分析供水需求變化，自動調(diào)整設備的運行模式和能耗，達到最佳的能源利用效果。同時，通過智能化控制算法的應用，可以優(yōu)化供水管網(wǎng)的水壓和流量分布，減少供水系統(tǒng)中的漏損和壓力損失，并減少水資源的浪費。通過運用人工智能技術，達到供水設備的節(jié)能和環(huán)保效果，為可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻。

2.3 降低人工干預和管理成本

傳統(tǒng)的供水設備需要大量的人工干預和管理，成本較高。而人工智能控制技術可以實現(xiàn)對供水設備的自動化監(jiān)測、調(diào)控和管理，降低對人力資源的需求，以此降低管理成本。此外，人工智能控制技術可以自動化執(zhí)行管網(wǎng)監(jiān)測、供水設備的檢修和維護等工作，減少人工操作過程中的誤差和風險，提高設備運行的安全性[5]。因此，借助人工智能控制技術的運用，有效減少對供水設備的人工干預和管理成本，提升供水服務的效率和品質(zhì)。

3 供水設備的人工智能控制策略

3.1 數(shù)據(jù)分析和預測

通過對供水設備的運行數(shù)據(jù)進行智能化的分析和預測，可以實現(xiàn)設備的自動化監(jiān)測和調(diào)控，提高設備的運行效率和可靠性。在數(shù)據(jù)分析方面，供水設備中的傳感器可以采集供水設備運行的各種數(shù)據(jù)，包括水質(zhì)、水量、壓力、溫度、流量等。這些數(shù)據(jù)通過人工智能技術進行分析，可以發(fā)現(xiàn)供水設備運行的異常情況和潛在故障[6]。在數(shù)據(jù)預測方面，供水設備中的人工智能技術可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和未來的供水需求預測，自動調(diào)整設備的運行模式和參數(shù)，提高供水設備的響應速度和供水質(zhì)量。在實際應用中，供水設備的人工智能控制需要使用機器學習、數(shù)據(jù)挖掘等技術來對數(shù)據(jù)進行分析和預測。

例如：Winneke 水廠是墨爾本主要的飲用水生產(chǎn)廠，每日平均供應約350 000 m3的水。經(jīng)過水處理工序，向城市數(shù)百萬戶家庭和企業(yè)供水。該水廠每天設定目標水流量，以確保墨爾本始終有足夠的飲用水供應。為保持水泵在最高效率下運行所需的流量，公司采用專門開發(fā)的人工智能（AI）程序。這個程序通過分析水泵的歷史運行數(shù)據(jù)，計算出每個泵的最優(yōu)配置時間，確定最節(jié)能的泵組合以及相關的運行速度，以滿足所需的流量。該系統(tǒng)能夠從歷史數(shù)據(jù)中分析出一些獨特的因素，如可用的泵和過去的性能等。在運行模式下，它確定最佳的泵組合設置參數(shù)，并將這些參數(shù)實時發(fā)送到水泵系統(tǒng)，無須任何人工干預。這一應用能夠有效提高供水設備的效率，確保飲用水供應的穩(wěn)定性。

3.2 智能化控制

智能化控制是供水設備人工智能控制的核心策略之一。通過智能化控制算法，可以實現(xiàn)對供水設備的自動化調(diào)控，提高設備的運行效率和可靠性。在智能化控制方面，供水設備中的人工智能技術可以根據(jù)供水需求和設備運行狀態(tài)，自動調(diào)整水泵、閥門等設備的運行模式和參數(shù)。在供水峰值期，通過智能化控制算法自動調(diào)整水泵運行的流量和壓力，以滿足供水需求，提高供水設備的響應速度和供水質(zhì)量。同時，在設備故障或異常情況下，智能化控制算法可以自動切換備用設備，保證供水的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

在實際應用中，智能化控制需要使用控制算法和模型，如PID 控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、遺傳算法優(yōu)化等。PID控制算法可以根據(jù)設備的運行狀態(tài)和目標運行參數(shù)，自動調(diào)整水泵的流量和壓力，以實現(xiàn)設備的自動化調(diào)控。神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法則可以通過對大量數(shù)據(jù)的學習和訓練，自動調(diào)整設備的運行模式和參數(shù)，提高設備的運行效率和穩(wěn)定性。遺傳算法優(yōu)化則可以根據(jù)設備的運行目標和約束條件，自動調(diào)整設備的控制參數(shù)，實現(xiàn)對設備運行的優(yōu)化調(diào)控[7]。除需控制算法和模型，智能化控制還需要配合傳感器、執(zhí)行器等硬件設備，如水位傳感器、溫度傳感器、電動閥門等，這些硬件設備可以將實際的設備運行狀態(tài)反饋給控制系統(tǒng)，提供實時的監(jiān)測和調(diào)控。

3.3 優(yōu)化調(diào)控

在供水設備中，人工智能控制可以通過優(yōu)化調(diào)控策略，實現(xiàn)更加高效、精準的供水管理。常見的優(yōu)化調(diào)控策略具體如下。

3.3.1 優(yōu)化調(diào)度

基于數(shù)據(jù)分析和模型預測，對供水設備進行最優(yōu)化調(diào)度。例如：可以使用最優(yōu)化算法來優(yōu)化水泵的開關控制和水流量的分配，以實現(xiàn)最佳的能源利用和供水質(zhì)量。

3.3.2 自適應控制

通過實時監(jiān)測和反饋，采用自適應控制策略，實現(xiàn)對供水設備的智能化調(diào)節(jié)。例如：可以通過傳感器監(jiān)測水流量、壓力和水質(zhì)等參數(shù)，自動調(diào)節(jié)水泵的運行狀態(tài)和水流量的分配，以達到穩(wěn)定的供水質(zhì)量和高效的能源利用。

3.3.3 多目標協(xié)調(diào)控制

針對供水設備中多個目標之間存在的沖突問題，采用多目標協(xié)調(diào)控制策略，實現(xiàn)供水設備的多目標協(xié)調(diào)優(yōu)化。例如：可以通過對供水設備中不同目標的優(yōu)先級排序，實現(xiàn)針對性的控制策略，以實現(xiàn)最佳的綜合性能。

3.3.4 預測控制

基于歷史數(shù)據(jù)和模型預測，采用預測控制策略，實現(xiàn)對供水設備的智能化控制[8]。例如：可以通過預測未來一段時間內(nèi)的用水量和水質(zhì)變化趨勢，實現(xiàn)對水泵的啟?？刂坪退髁康恼{(diào)整，以滿足未來需求并減少能源浪費。

3.4 狀態(tài)監(jiān)測和維護

在供水設備中，狀態(tài)監(jiān)測和維護是非常重要的環(huán)節(jié)，重視這一環(huán)節(jié)，才能有效確保供水設備的穩(wěn)定運行并延長設備壽命。人工智能技術通過實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析來提升設備故障預測能力和數(shù)據(jù)分析，提高設備的故障預測能力和維護效率，實現(xiàn)智能化的狀態(tài)監(jiān)測和維護。一是物聯(lián)網(wǎng)技術。通過物聯(lián)網(wǎng)技術，將供水設備中的傳感器和執(zhí)行器等裝置連接起來，實現(xiàn)設備的實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測。通過物聯(lián)網(wǎng)平臺和云計算技術，對設備數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理和分析，實現(xiàn)遠程監(jiān)測和維護。二是數(shù)據(jù)分析。通過數(shù)據(jù)分析技術，對供水設備的歷史數(shù)據(jù)進行挖掘和分析，提高設備的故障預測能力和維護效率。例如：可以采用機器學習算法，對設備的故障模式進行分析和預測，以提前發(fā)現(xiàn)并修復設備故障。三是狀態(tài)診斷。立足對設備狀態(tài)診斷和分析，實現(xiàn)對設備的故障定位和修復。例如：可以采用故障診斷技術，對設備的故障類型和位置進行識別和定位，并自動生成維護報告和維修計劃，提高設備維護效率和精度。四是遠程維護。通過遠程維護技術，實現(xiàn)對設備的遠程診斷和維護，節(jié)省人力和物力資源。例如：運用遠程控制技術，實現(xiàn)對設備的遙控和調(diào)節(jié)，監(jiān)測設備狀態(tài)和維護需求，以確保設備的安全穩(wěn)定運行。

3.5 預警和緊急響應技術

3.5.1 預警技術

供水設備的預警技術主要包括數(shù)據(jù)監(jiān)測、異常檢測和故障診斷等。通過分析供水設備的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對供水設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和分析，當出現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)可以自動預警，通知相關人員及時采取措施。

第一，數(shù)據(jù)監(jiān)測是實現(xiàn)預警的基礎。通過對供水設備的傳感器數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和采集，可以實時掌握供水設備的運行狀態(tài)。監(jiān)測數(shù)據(jù)主要包括流量、壓力、溫度、水質(zhì)等方面，這些數(shù)據(jù)可以通過傳感器設備直接獲取。

第二，異常檢測是指通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，識別出供水設備中出現(xiàn)的異常情況。異常情況可以包括設備的故障、水質(zhì)異常、供水量異常等。針對不同的異常情況，可以采取不同的預警措施。

第三，當出現(xiàn)故障時，需要進行故障診斷，確定故障的原因和范圍。立足供水設備監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合設備的歷史數(shù)據(jù)和運行記錄，可以快速準確地確定故障的原因和范圍。

3.5.2 緊急響應技術

供水設備的緊急響應技術主要包括自動控制、遠程監(jiān)測和應急預案等。當出現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)會自動觸發(fā)預先設定的緊急響應措施，減少事故的發(fā)生和對供水系統(tǒng)的影響。

第一，自動控制是指系統(tǒng)能夠自動調(diào)節(jié)設備的運行狀態(tài)。例如：當供水設備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)可以自動切換備用設備進行供水，以保障供水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

第二，遠程監(jiān)測是指利用遠程控制系統(tǒng)，實時監(jiān)測供水設備的運行狀況。借助遠程監(jiān)測及時察覺設備的異常情況，并快速采取措施，包括進行遠程控制、設置閾值等。遠程監(jiān)測技術還可以實現(xiàn)設備狀態(tài)的遠程調(diào)節(jié)和實時監(jiān)控，以保證供水設備的安全運行。

第三，智能報警系統(tǒng)。將傳感器等設備采集的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，并通過智能算法和模型進行分析和預測，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，就會自動觸發(fā)報警系統(tǒng)，提醒相關人員采取必要的措施。

第四，系統(tǒng)自動化調(diào)整。在供水設備出現(xiàn)故障或者其他異常情況時，人工智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)預設的規(guī)則，自動調(diào)整設備運行參數(shù)，保障供水系統(tǒng)的正常運行。在供水管道出現(xiàn)破裂時，系統(tǒng)可以自動將水源切換到備用水源，避免由于停水造成的不必要損失。

第五，機器人巡檢。利用無人機、水下機器人等設備，實現(xiàn)供水設備的自動化巡檢和監(jiān)測，以減少人工巡檢的時間和成本。機器人巡檢技術可以在危險的場所替代人工進行巡檢，并且可以通過高清攝像頭等設備獲取更為準確的數(shù)據(jù)，提高設備狀態(tài)監(jiān)測和維護的效率。

3.6 數(shù)據(jù)安全和隱私保護

在供水設備的人工智能控制策略中，數(shù)據(jù)安全和隱私保護是至關重要的一環(huán)。隨著數(shù)據(jù)泄露和侵犯隱私的事件屢屢發(fā)生，如何保護數(shù)據(jù)和隱私成為供水設備人工智能控制的必要條件。

3.6.1 強化數(shù)據(jù)加密

在傳輸和存儲數(shù)據(jù)時，加密是保護數(shù)據(jù)安全的關鍵。采用加密技術可以將敏感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為難以理解的亂碼，保證數(shù)據(jù)在傳輸和存儲過程中不被竊取或篡改。因此，在供水設備的人工智能控制策略中，應當采用高強度的加密技術，對數(shù)據(jù)進行加密保護，如AES 加密、RSA加密等。

3.6.2 制定訪問控制策略

訪問控制是一種基于身份認證和授權(quán)的安全策略，可確保只有授權(quán)用戶可以訪問系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。制定訪問控制策略可以防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和數(shù)據(jù)泄露。供水設備人工智能控制系統(tǒng)應當設定不同的用戶角色，并且為每個用戶角色設置相應的訪問權(quán)限。

3.6.3 實施數(shù)據(jù)備份和恢復策略

在供水設備人工智能控制策略中，應當制定數(shù)據(jù)備份和恢復策略，將重要的數(shù)據(jù)備份到安全的地方，以防止數(shù)據(jù)丟失或遭受攻擊。同時，備份數(shù)據(jù)也可以用來快速恢復數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)損失和業(yè)務中斷。

3.6.4 采用多層安全防護措施

在供水設備人工智能控制系統(tǒng)中，采用多層安全防護措施是保護數(shù)據(jù)安全的有效方法。多層安全防護措施包括物理安全措施、網(wǎng)絡安全措施、應用安全措施等。例如：可以采用防火墻、入侵檢測系統(tǒng)、反病毒軟件等網(wǎng)絡安全措施，防止黑客攻擊和惡意軟件感染，同時加強對系統(tǒng)的物理安全管理，防止非法入侵和物理攻擊。

4 結(jié)語

供水設備的人工智能控制技術為水務行業(yè)提供了更加智能化和高效的解決方案。通過傳感器技術、云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術、智能化控制算法等技術的應用，能夠?qū)崿F(xiàn)供水設備的智能化監(jiān)測、控制和管理。這些技術的應用不僅提高供水設備的運行效率和可靠性，減少能源和資源的浪費，還可以減少人工干預，降低管理成本。在具體的應用中，數(shù)據(jù)分析和預測、智能化控制、狀態(tài)監(jiān)測和維護、預警和緊急響應等技術能夠更加有效地提高供水設備的運行效率和安全性。同時，保障數(shù)據(jù)安全和隱私保護也是實現(xiàn)供水設備智能化控制的重要一環(huán)。在未來，隨著技術的不斷進步和創(chuàng)新，供水設備的智能化控制技術將不斷升級和完善，為水務行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供更加優(yōu)質(zhì)和可靠的技術支持。