一、研究背景

　　(一)水環(huán)境監測及污水處理現狀

　　20世紀80年代以來(lái)，我國在水污染處理方面耗資巨大。財政部下達2019年度水污染防治資金預算合計高達190億元，水體污染已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一。目前我國已經(jīng)引入水污染監測系統，但是國內的系統尚不完善且在分布式無(wú)線(xiàn)傳感器、智能體軟件系統、儀器設備的維護方面仍有諸多困難。此外，我國幅員遼闊，數量有限的水質(zhì)自動(dòng)監測站不能覆蓋廣大的水環(huán)境，同時(shí)傳感器系統不智能化，難以實(shí)時(shí)采集水質(zhì)監測數據。國家重大科技項目野水污染控制技術(shù)與控制工程冶的實(shí)施，也提高了中國水污染防治的綜合科技支撐能力。雖然城市水污染防治工作不斷改進(jìn)，但我國水污染防治形勢依然嚴峻，因此研究水處理系統的智能控制是十分必要的。

　　(二)分布式人工智能的研究現狀(應用在水污染處理)

　　分布式是一種軟件系統，我們把白洋淀的所有污水點(diǎn)都統一到一塊兒，結合成一個(gè)野萬(wàn)維網(wǎng)冶，這樣我們可以以全局的方式管理系統資源，進(jìn)而進(jìn)行統一的污水處理。分布式人工智能(DAI)，具有并行、高效、協(xié)同、容錯的特點(diǎn)。目前，分布式人工智能應用在軍事、電商、金融以及環(huán)境治理等領(lǐng)域。分布式污水處理系統是由Agent智能體和有通信能力的傳感器組成，這些傳感器節點(diǎn)被部署在監測區域內，它們通過(guò)自組織形式形成分布式智能化網(wǎng)絡(luò )系統。通過(guò)傳感器節點(diǎn)收集周?chē)h(huán)境中的光、熱、雷達和波，然后檢測相應的多重信息。

　　二、白洋淀處理水污染存在的問(wèn)題

　　白洋淀是華北平原最大的淡水湖泊濕地。改革開(kāi)放以前,重工業(yè)還不發(fā)達，工業(yè)污水排放量較少，水中氧氣及各種微生物含量豐富，為周邊植物及水生植物提供了良好環(huán)境，也為周?chē)鞣N動(dòng)物提供了優(yōu)質(zhì)水源。但是到改革開(kāi)放中期，因大力發(fā)展工業(yè)，污水處理系統尚未完善，監管松懈，導致廢水未經(jīng)處理直接排放到淀中，對白洋淀水質(zhì)造成嚴重污染，白洋淀水污染治理形勢嚴峻。有關(guān)部門(mén)對白洋淀流域重點(diǎn)排污企業(yè)進(jìn)行拉網(wǎng)式排查，檢查企業(yè)1000家，關(guān)停、限排不穩定達標企業(yè)218家。雖然白洋淀上游污染物排放量有減少的趨勢，但是入淀水量也明顯偏少,干淀現象時(shí)有發(fā)生,導致淀內水質(zhì)持續惡化，水體稀釋自?xún)裟芰缀醮M。

　　為緩解白洋淀水資源短缺和水生態(tài)危機，重塑白洋淀底棲生境和修復白洋淀生態(tài)環(huán)境，政府對白洋淀開(kāi)展了一系列的污水治理項目。但是治理方式具有一定的局限性，治理效果未達到預期。因此，我們利用Agent技術(shù)與分布式思想相結合，全面智能化地治理白洋淀水污染刻不容緩。

　　三、Agent與分布式思想理論概述

　　分布式污水處理系統是建立在發(fā)展逐漸趨于成熟的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之上的軟件系統。

　　分布式系統具有契合軟件的特性，因此分布式系統具有高內聚性，同時(shí)分布式系統具有高透明性，便于監測管理以及及時(shí)處理水污染問(wèn)題。

　　分布式污水處理系統給治理白洋淀水污染的管理層人員提供了一個(gè)易于操作的控制管理平臺，做到實(shí)時(shí)監測和精準處理。該系統根據一定的邏輯結構和功能需求，劃分出不同的功能模塊，進(jìn)行多線(xiàn)程并發(fā)式工作機制。

　　Agent是一種計算實(shí)體或程序，它可以應用在白洋淀中，感知白洋淀水資源環(huán)境，并自主完成管理層人員所要實(shí)現的目標。

　　基于A(yíng)gent分布式污水處理系統則是由多個(gè)Agent組成的一個(gè)自主性、智能型系統。系統中每個(gè)Agent根據環(huán)境信息完成各自承擔的工作，多個(gè)Agent分工協(xié)作，形成一個(gè)有組織、有序的群體，共同完成特定的任務(wù)。由于系統的分布性、復雜性、動(dòng)態(tài)性，需要對每個(gè)Agent智能體的通信、合作、互解、協(xié)調、調度、管理及控制能力進(jìn)一步規范化、模塊化，從而達到系統優(yōu)化的目的。

　　四、工作流程和機制

　　(一)監測Agent

　　監測Agent實(shí)體應用于分布式污水處理系統來(lái)實(shí)現對白洋淀水質(zhì)實(shí)時(shí)監控。

　　監測Agent智能體包含多個(gè)傳感器節點(diǎn)，通過(guò)不同的傳感器節點(diǎn)感知白洋淀水資源環(huán)境，實(shí)現水質(zhì)參數采集以及實(shí)時(shí)檢測水質(zhì)狀況的功能。分布式污水處理系統，通過(guò)監測Agent智能體對傳感器節點(diǎn)進(jìn)行模塊化管理，不同模塊之間采用級聯(lián)的方式進(jìn)行數據共享，每個(gè)模塊通過(guò)信道將采集到的數據傳輸到監測Agent智能體中。通過(guò)多個(gè)傳感器節點(diǎn)向監測Agent智能體傳輸不同數據，從而實(shí)現數據的共享和交互曰收集到的信息則以無(wú)線(xiàn)的方式傳遞給分析Agent

　　管理層人員可以根據監測Agent智能體的串口數量，增加傳感器節點(diǎn)模塊，實(shí)現多處水域并行監控，解決了白洋淀因水域遼闊分散而無(wú)法進(jìn)行統一監測的問(wèn)題。

　　根據調查研究顯示，白洋淀水污染多因家庭生活垃圾和農、工業(yè)污水未經(jīng)統一集中處理直接排入淀中。管理層人員可根據其周邊排污情況來(lái)部署傳感器節點(diǎn)，對于上游村莊以及工業(yè)聚集地進(jìn)行傳感器節點(diǎn)密集部署，反之，則可以進(jìn)行稀疏部署。為了保證水質(zhì)監測數據的完整性和嚴謹性，每個(gè)傳感器節點(diǎn)位置必須精確登記入庫。

　　(二)分析Agent

　　分析Agent可將上一級Agent傳輸過(guò)來(lái)的待處理數據，根據自定義標準剔除錯誤數據，提高數據處理效率，能有效解決數據異常的問(wèn)題。再利用大數據技術(shù)將數據與水污染常規分析指標進(jìn)行參數比對，從溫度、溶氧量、PH值、渾濁度、電導率、重金屬含量等多個(gè)維度深層分析水質(zhì)狀況。通過(guò)分析Agent將上層數據進(jìn)行匯總和分析，再將分析結果傳遞給處理Agent和管理層人員。

　　如果管理層人員認為所采集的數據與真實(shí)情況嚴重不符時(shí)，可以駁回分析結果，并向上一層Agent發(fā)送質(zhì)疑請求，上一級Agent就會(huì )接收請求并自行采集多次數據，取其均值。

　　(三)處理Agent

　　警報：若分析Agent傳輸的數據達到或超過(guò)臨界值，則觸發(fā)處理Agent報警系統，并對報警事件及處理的后續工作進(jìn)行追蹤，確保白洋淀內異常情況的及時(shí)發(fā)現和處理，真正實(shí)現了24小時(shí)全天候無(wú)人值守的純智能化操作。

　　數據登記入庫：將白洋淀各個(gè)節點(diǎn)、各個(gè)時(shí)段水質(zhì)參數存入數據庫，全程記錄水污染治理過(guò)程中水質(zhì)參數變化，構成白洋淀水質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò )，做到長(cháng)期全方位監控，以便為日后的研究和決策提供參考。

　　決策方案：將分析Agent傳輸的數據進(jìn)行數字化處理，將數字化后的特征屬性類(lèi)數據存入案例庫，并建立特征索引，利用索引在數據庫中匹配，找到類(lèi)似的解決方案，并將方案傳遞給管理層人員，為他們提供決策幫助。

　　污水處理是一個(gè)龐大又復雜的工作，分布式污水處理系統，并不是一個(gè)單一的系統結構，而是按照運行的要求從功能上將系統劃分成多個(gè)Agent，各個(gè)Agent智能體間的相互通信，協(xié)調合作，交互式處理數據信息，形成一個(gè)多Agent智能系統。這個(gè)統一的、完整的污水處理系統更適用于白洋淀水域遼闊、污水點(diǎn)眾多、污染源復雜的情況。

　　五、分布式污水處理系統在白洋淀應用意義

　　水是人類(lèi)生存的必須資源，也是不可再生資源。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展與人民生活水平的提高，排入水環(huán)境中的污染物種類(lèi)和途徑越來(lái)越多，污染物排放量迅速增加，生態(tài)環(huán)境嚴重破壞，動(dòng)植物棲息地減少，水環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展的矛盾日益尖銳，對人類(lèi)的生存產(chǎn)生巨大的負面影響。

　　白洋淀是華北平原最大的淡水湖泊濕地，有野華北之腎冶之稱(chēng)。利用分布式污水處理系統，將污水處理流程模塊化、精細化，不僅大大提高了白洋淀污水處理效率，提高了白洋淀水環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)白洋淀地區的綠色發(fā)展曰更是響應了葉河北雄安新區規劃綱要曳，促進(jìn)了新區快速發(fā)展。若能夠及時(shí)發(fā)現污染源，則便于對污染排放進(jìn)行及時(shí)制止和治理，這對保護水環(huán)境，保護生態(tài)具有重要意義。白洋淀污水治理是雄安新區發(fā)展大計必不可少的一部分，治理白洋淀水污染勢必會(huì )帶動(dòng)當地旅游業(yè)的發(fā)展，從而牽動(dòng)雄安新區經(jīng)濟增長(cháng)。

　　六、結語(yǔ)

　　分布式污水處理系統是一個(gè)動(dòng)態(tài)復雜控制系統，通過(guò)建立多個(gè)Agent智能體相互通信、協(xié)調合作、交互式處理數據信息的污水處理系統，對白洋淀水污染數據進(jìn)行實(shí)時(shí)監測、準確分析、高效處理，進(jìn)而達到全面高效治理水污染的目的，對于白洋淀地區水污染治理和雄安新區可持續發(fā)展具有重要意義。(來(lái)源：河北金融學(xué)院)