【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 理化知識(shí)是構(gòu)成物理化學(xué)過程運(yùn)行的第一性原理基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)上旨在表達(dá)機(jī)理過程要素關(guān)聯(lián)，包含大量本征結(jié)構(gòu)參數(shù)，知識(shí)壁壘高，跨學(xué)科應(yīng)用難。污水處理理化知識(shí)表達(dá)的主要形式是活性污泥系列模型，即ASM模型，這些模型采用生化過程與物質(zhì)間的矩陣表格形式表示，本質(zhì)是動(dòng)力學(xué)微分方程及物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的計(jì)量學(xué)關(guān)系。在真實(shí)工藝場景的動(dòng)態(tài)過程中，機(jī)理模型大量參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)控十分困難，難以直接應(yīng)用到工藝的動(dòng)態(tài)預(yù)測與智能控制模型中。如果拋開機(jī)理知識(shí)表達(dá)，將蘊(yùn)藏的機(jī)理因果關(guān)系簡化、提取為純數(shù)據(jù)關(guān)系的表達(dá)，這就是信息空間的一種描述方法。
 

　　針對(duì)這一問題，重慶研究院水污染過程與防治研究團(tuán)隊(duì)引入工藝描述符這一全新概念，將生物脫氮(BNR)過程的化學(xué)計(jì)量因果關(guān)系轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化矩陣形式，使得控制與建模相關(guān)專業(yè)人員可依托結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以程序化或純數(shù)學(xué)方式應(yīng)用工藝數(shù)據(jù)規(guī)律，而不要求掌握相關(guān)的生化知識(shí)背景。研究成果以“Developing process descriptor for biological nitrogen removal in wastewater treatment”為題在《Water Research》上發(fā)表，重慶研究院殷逢俊研究員為第一作者，劉鴻研究員為通訊作者。該工作為污水處理工藝的數(shù)據(jù)計(jì)算、可觀性分析、智能控制模型構(gòu)建提供了一套信息空間的純數(shù)學(xué)工具，價(jià)值在于以下三方面。
 

　　首先，提供一套脫氮工藝計(jì)量學(xué)關(guān)系的統(tǒng)一描述矩陣方程工具，可通過純矩陣規(guī)則計(jì)算的數(shù)學(xué)推導(dǎo)獲得部分硝化、部分反硝化、厭氧氨氧化任意組合工藝的矩陣描述方程，無需任何工藝層面的理化知識(shí)信息，展示了一種信息空間數(shù)據(jù)關(guān)系表示的典型形式。
 

　　其次，依托描述符方程構(gòu)成工藝可觀性分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，為復(fù)雜、不可觀生物脫氮工藝的傳感器優(yōu)化布設(shè)提供理論依據(jù)。工藝的可觀性理解為描述符方程是否可解，本質(zhì)是觀測參數(shù)量是否大于等于待確定參數(shù)量。已經(jīng)確定部分硝化、部分反硝化、部分硝化/厭氧氨氧化、部分反硝化/厭氧氨氧化是四個(gè)基本可觀單元，復(fù)雜工藝過程可以拆分為若干基本可觀單元的組合，從而轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎^系統(tǒng)，這就能為如何布設(shè)在線檢測的觀測點(diǎn)提供指導(dǎo)。
 

　　第三，描述符方程描繪工藝當(dāng)前狀態(tài)下的確定性參數(shù)映射空間，大幅降低人工智能模型所需學(xué)習(xí)的不確定關(guān)系維度。工藝優(yōu)化的約束條件是工藝的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)參數(shù)，關(guān)鍵是從參數(shù)映射空間內(nèi)尋找最優(yōu)參數(shù)組合，使得成本目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型只需負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)不確定參數(shù)的映射關(guān)系，如溫度、負(fù)荷或暴雨極端事件等與工藝狀態(tài)參數(shù)的映射關(guān)系。
 

　　引用：從理化知識(shí)到信息空間的矩陣魔方—生物脫氮工藝描述符 中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院【引用時(shí)間：2026年6月1日】