环境信息技术及其在烟气脱硫中的应用
环境信息技术是指将在环境科学与工程领域中应用的,经收集、处理以特定形式存在的环境知识迅速进行采集、处理、存储、加工、管理、检索和传输的技术[1 ] 。环境信息技术除了具有一般信息技术的基本属性(如事实性、传输性、扩散性和共享性) 以外,还具有时空性、综合性、连续性、随机性、交叉性。
1 环境信息技术及其应用
在环境问题日益突出和环保意识不断提高的今天,环境问题更加复杂,环境工程技术不断涌现,迫切需要对环境问题和相关技术进行有效的分析和管理,环境信息技术恰好可达到这种要求。因此,环境信息技术已越来越受到各国的重视,它的应用将是环境科学与环境工程发展的一个重要研究方向[2 ] 。目前,环境信息技术主要有:“3S”技术、仿真与控制技术、专家系统技术、互联网技术和多媒体与可视化技术等。
1. 1 “3S”技术
“3S”技术是地理信息系统( GIS) 、全球定位系统(GPS) 和遥感技术(RS) 的合称,它们是构成地理信息产业不可缺少的支柱产品和技术。GIS 是GPS 与RS的基础平台且能够促进空间数据获取能力的提高,而GPS 与RS 为GIS 提供海量的高质量的空间数据,这三者形成一个有机的整体。目前正着力于三者集成的研究开发,这将有助于扬长避短,使3S 技术更好地为环境保护服务。“3S”技术,特别是集成的“3S”技术,在环保领域有着广泛的应用。如对环境进行有效的分析管理、污染源和污染状况的动态监测、环境问题的辅助决策和全球环境变化的跟踪分析等方面都显示了无法替代的作用[3 ] ,但在烟气脱硫中的应用还未见报道。随着环境质量和标准的不断完善,环保要求更加严格,这就对环境信息的精度、速度要求更高,所以集成的“3S”技术必然成为研究的重点且会有更好的应用前景。
1. 2 仿真与控制技术
仿真与控制是计算机在环保领域中应用的两个重要方面,也是环境工程专业发展的两个重要方向。顾名思义,仿真就是对真实的模仿,是在对研究对象建立模型的基础上,利用计算机速度快、容量大、精确度高等特点,通过输入已知信息,求得未知信息的过程,包括物理仿真和数字仿真。环保领域里的控制一般是指自动控制,是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置,使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。环保领域中仿真与控制的目的是为了研究反应原理、了解污染物处理过程的机理、提高污染物的处理效率、降低污染物的处理费用,当然也可用于复杂的环境问题研究、环境工程设备的工艺开发、工程设计和运行管理中。当前的环保设备和技术还缺少仿真与控制技术的应用,因此有很好的市场前景[4 ] 。
仿真与控制技术主要应用在以下方面: ①通过建立模型来研究反应原理。有些问题较复杂,涉及的因素也较多,而且没有成功的实例,这就需要建立模型, 模拟实际条件来开展研究。如大气污染物的扩散模型、湿式石灰石—石膏法烟气脱硫控制系统、物质的反应动力学模型、活性污泥过程模型等都是仿真应用的第一步,为进一步分析模型,进而开展试验奠定了理论基础。②对工艺条件参数进行控制,实现环境工程技术的智能化。环境工程中的自动控制目标主要有抑制外部扰动对污染物处理过程的影响、确保过程的稳定和使工程的经济指标最优化,如控制技术在炭法烟气脱硫技术、石灰石—石膏法、电子束氨法中广泛应用[5 ] 。
1. 3 专家系统技术
专家系统是为了解决具有专家级的适当规模的问题,采取一定的推理控制策略,具有相当丰富和权威的知识,以及学习机制,能对知识库进行修改,以增强解决实际问题能力的计算机系统。简单地说,专家系统就是存贮在磁盘上的专家经验。一个专家系统主要由 4 个部分组成:待解决的问题、推理控制策略、学习机制和知识库。具体地说,就是知识工程师通过知识获取手段,将领域专家解决特定问题的知识,采用某种知识形式存放在知识库中,然后用户通过人机交互接口输入信息、数据和指令,并借助于数据库等,运用推理机制控制知识库和整个系统工作,最终得到问题的求解。专家系统最重要的特征是它的研究对象不是一般的专业技术人员的智能,而是综合某个领域具有技术特长的专家以解决专门问题的本领。所以专家系统有以下特点:必须实用,有明确的应用目标;具有解决实际问题的能力,甚至在某方面超过特定的专家;只能解决某个领域的特定问题;服务对象一般是该领域具有一定专业知识和技能的人员。专家系统是人工智能的一个重要研究领域,虽然人工智能已经发展得很成熟完善,但专家系统的研究和应用还较少,尤其是在一些特定领域几乎是空白,如在环保领域应用的专家系统就很少[6 ] 。赵光明、陈金玉和温敬平等[7 ]对综合评选烟气脱硫(FGD) 技术专家系统进行了研究,并将所研究的专家系统应用于实践,取得了很好的效果。本文作者对烟气脱硫技术进行了综合评价并开发了专家系统。
1. 4 互联网技术
互联网已经成为家喻户晓的技术,与人们的工作、生活、学习密切相关。互联网技术大大提高了效率,同时也节约了大量的资源和能源,对保护环境起着积极的作用。环保知识的宣传、环保技术的推广、环境政策法规的发布实施、环境问题的学习交流等都离不开互联网技术。由于公众和政府环保意识的提高,使环保事业得到迅速发展,环境领域的互联网技术也相应地迅速发展。基于网络技术的软件平台、数据共享和挖掘、环境数据网络协调管理技术、环境管理网上办公自动化系统和环境信息发布等都是互联网技术在环境保护中的应用。
环境网站肩负了普及环保知识、宣传环保政策、监督环境污染、实施环境管理和加强环境问题、技术、信息、经验的学习交流等任务,成为环保产业中不可缺少的一个重要组成部分。与烟气脱硫技术相关的网站较多,如国家烟气脱硫工程技术研究中心网站(中国烟气脱硫脱硝信息网) ,更是承担了为我国烟气脱硫脱硝技术及相关环保产业技术创新、人才培训、国内外合作交流等提供全方位服务的重任。目前,中国国内的环境类网站大致可以分为6 类:专业环保网站、环保部门网站、环保研究机构网站、环保企业网站、环保组织网站、环保新闻与信息网站。
1. 5 多媒体与可视化技术
多媒体与可视化技术是一种新型的具有很大市场潜力的计算机技术,它集文字、声音、图形、图像、动画、视频为一体,以最直观的方式表达和感知信息,以形象化的、可触式的甚至语音方式的人机界面来进行信息加工和处理,为决策者和用户提供帮助和支持。多媒体与可视化技术在环保领域的应用范围正在加大,特别是与其它环境信息技术相结合。如单纯的地理信息系统以前只能传输和处理文字、图片、数字等,方式单一,大大降低了GIS 的效果。多媒体与可视化技术和 GIS 相结合就成为必然,这将极大地增强GIS 的可视化与形象化,有效地推动GIS 的应用向更深更广的程度发展,同时也将有力地推动数字地球与虚拟现实的发展[8 ] 。
除了上述5 种应用较多的环境信息技术外,还有很多技术也在研究开发,如环境决策支持系统技术、人工神经网络、数据库技术、模糊控制技术等,它们也有着广阔的应用空间和开发前景[9 ] 。
2 环境信息技术的应用展望
未来,环境信息技术主要应用于: ①以GIS 为主的 “3S”技术,给环境污染控制、环境质量监测、环境信息的收集等提供了很好的技术平台支持。尤其是“3S”技术和其它环境信息技术的结合,更具有广阔的前景。应用到烟气脱硫的监测、SO2 总量排放的控制等方面, 将对我国减排SO2 起着极大的作用。②仿真与控制技术在环保领域的工程设计、工艺开发和运行管理中还没有得到普遍应用,因此仿真与控制技术有很大的市场潜力,开发这个市场具有很重要的经济价值和社会效益。应用到烟气脱硫技术与设备的研究、开发和工程中,会更好更快地促进烟气脱硫技术与设备的国产化。③专家系统是人工智能的一种,在环保领域中正日益受到重视,它是通过计算机来实现人的智能。随着人类社会的进步和计算机的大量普及,对专家系统的开发和应用的要求也会越来越高。特别是目前烟气脱硫技术综合评价专家系统的研究,对选择高效实用的烟气脱硫技术与设备有着极高的社会价值。④网络的迅猛发展、环境问题的恶化和数字地球的出现使与环保相关联的互联网技术得到快速发展,大大推动了环保产业的升级,同时也会积极推动我国烟气脱硫产业的发展。⑤城市宽带的普及、数字传输技术的发展以及人们对信息可视化、形象化要求的加大,大大地促进了多媒体与可视化技术的应用,对烟气脱硫技术信息交流与合作有着积极作用。
总之,随着人类社会的不断进步,人们对环境质量的要求会越来越高。一方面,必然会加大对环境污染的治理、生态环境的保护和环境问题的研究;另一方面,必然会加大对环境信息技术的研究、投入,以便能更好地解决环境问题和更好地管理环境。
3 结语经过近三十年的发展,中国的环保事业取得了可喜的成就,特别在污染防治技术、环境管理、环境工程与设备等方面,这是全体环保工作者、全社会共同努力的结果,值得继承和发扬。环境信息技术与烟气脱硫技术也有了很大发展,但是如何更好地将环境信息技术和烟气脱硫技术有机结合,还有许多工作要做。
参考文献:
[1 ]孙兴富,屈晓萍,潘芳芳,等. 环境信息技术的应用及其展望[J ] . 环境科学与管理,2007 ,32(4) ∶16 - 19.
[2 ]李树文,周继红,杨卫华,等. 环境信息技术的研究现状与展望[J ] . 河北建筑科技学院学报,2002 ,19(1) ∶9 - 12.
[3 ]陈健飞.“3S”技术及其在环境科学中的应用[J ] . 中国人口、资源与环境,2000 , (10) ∶110 - 111.
[4 ]姚重华. 环境工程仿真与控制[M] . 北京:高等教育出版社,2001.
[5 ]陈韬,彭永臻,王淑莹,等. 污水生物处理系统的智能控制[J ] . 北京工业大学学报,2002 ,28(4) ∶472 - 478.
[6 ]罗宏,张惠远. 环境专家系统研究进展[J ] . 上海环境科学,2003 ,22 (12) ∶859 - 862.
[7 ]赵光明,陈金玉,温敬平. 综合评选FGD 技术专家系统的研制[J ] . 电力环境保护,2003 ,19(1) ∶9 - 13.
[8 ] Ian D. Bishop. Environmental Information and Technology : Is It All Too Much ? [J ] .Landscape and Urban Planning ,2002 , (47) ∶111 - 114.
[9 ]Hattori ,Toshiyuki . Environmental Knowledge Management Utilizing Informa2 tion Technology - introduction of Web - based Service ,“Ecology Express” [J ] . NTT R and D ,2002 ,51 (8) ∶673 - 680.
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