發展智能化水務 啟動Water 4.0時代
2021-04-21 09:12 經濟日報 劉靜君
智慧水務可運用的領域。羅英維／提供
自從2013年德國推出「工業4.0」計畫後，美國柏克萊大學教授大衛．塞德拉克（David Sedlak）相繼於2014年提出「Water 4.0」的概念。水產業的進程從零星小型供／排水系統，進步到集中型的區域型大系統，再發展到投入自動化控制階段，而呼應工業4.0的技術特色，水處理產業也面臨新一波數位轉型需求，進入以物聯網IoT為核心，整合實體與網路數位系統的新紀元。國內工業技術研究院自2017年起，結合水處理技術、智慧物聯網及自動控制技術，積極投入智慧水務的技術研發及推動。
導入AIoT 發展新一代水務
在水處理的進化過程中，除了自動化 (Automation)，更進一步要做到智能化 (Intelligentization)。自動化執行的工作相對要簡單，一般透過可程式邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）進行操控，適合相對較單純的重複性工作，而智能化比自動化更高一階，它加入如人類一樣的智慧程序，能根據很多不同的情況做出不同的反應。水處理智能化利用線上連結的感測器（online sensor）測得水質的即時狀況及設備運轉狀態，透過IoT訊號傳遞，貯存於數據庫中，再經過程式或模型的演算，將最佳操作參數回傳至PLC，進行即時的程序控制（real-time control），使處理單元在優化條件下操作。
近年來人工智慧的快速發展，促進產業快速提升及轉型。運用在水務產業的人工智慧演算法以監督式學習中的數值回歸為主，少部分會用到分類及影像分析工具。AI模型隨著累積的數據不斷重新訓練、自我調整，逐漸提高適用範圍及精準度。物聯網IoT技術加上人工智慧AI，形成人工智慧物聯網 AIoT，結合即時與精確雙重優點，對新一代的水務產業提供不少助益，包括：降低異常排放的風險、使出流水質更穩定、節省能源消耗及碳排放量、減少物料用量及廢棄物產生、達到人力精簡的目的等，這正是未來產業發展趨勢。
科技部先行 各級政府續推出
智慧水務可運用的領域包含：水資源管理、自來水、廢污水處理、再生水、製程用水、海水淡化等。實際的作為大致可分為：IoT水質監測、AI水質預測、污染溯源、智慧控制及操作、設備自我診斷、管線測漏、設備巡檢e化、人員定位及安全、管理資訊系統（MIS）及用戶端的網路智慧服務平台等。智慧水務在國內外正處於萌發階段，國內的實際運用案例主要為具有前瞻遠見的私人企業，以自發性的自我提升為主，而政府單位以科技部扮演領頭羊角色，陸續在科學園區展開智慧水務的實務工作，台灣自來水公司及台北自來水事業處也有AIoT內涵的標案正在進行，其餘單位較為保守，多以研究方式投入。待技術更成熟、成功案例日益累積後，估計有意願進行AIoT智慧轉型的單位將會越來越多。
今年台灣發生56年來最嚴重的乾旱，水資源的價值更顯珍貴。智慧水務可有效提高水資源的使用效率。此外，我國為IC製造大國，AI的發展也居世界領導地位。水處理產業雖是千年傳統產業，然而隨著我國特有軟硬韌體科技的發達，可以發展出該領域結合AIoT的產業特色，進而推廣至國際。
以上內容是日前由內政部營建署主辦「生活污水導入新世代處理技術及智能化應用研討會」（今年4月13日臺灣科技大學）中的「運用智慧物聯網促進水處理智慧化」主題，由工研院資深研究員羅英維博士/環工技師主講內容摘要。
