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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
IoT
  • 物聯網
  • 科技部

智慧水務可運用的領域。羅英維/提供
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。

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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。

IoT 物聯網 科技部
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