一、研究背景

　　(一)水環境監測及污水處理現狀

　　20世紀80年代以來，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，水體污染已經成為制約我國經濟發展的重要因素之一。目前我國已經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線傳感器、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，數量有限的水質自動監測站不能覆蓋廣大的水環境，同時傳感器系統不智能化，難以實時采集水質監測數據。國家重大科技項目野水污染控制技術與控制工程冶的實施，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，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都統一到一塊兒，結合成一個野萬維網冶，這樣我們可以以全局的方式管理系統資源，進而進行統一的污水處理。分布式人工智能(DAI)，具有并行、高效、協同、容錯的特點。目前，分布式人工智能應用在軍事、電商、金融以及環境治理等領域。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，這些傳感器節點被部署在監測區域內，它們通過自組織形式形成分布式智能化網絡系統。通過傳感器節點收集周圍環境中的光、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題

　　白洋淀是華北平原最大的淡水湖泊濕地。改革開放以前,重工業還不發達，工業污水排放量較少，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境，也為周圍各種動物提供了優質水源。但是到改革開放中期，因大力發展工業，污水處理系統尚未完善，監管松懈，導致廢水未經處理直接排放到淀中，對白洋淀水質造成嚴重污染，白洋淀水污染治理形勢嚴峻。有關部門對白洋淀流域重點排污企業進行拉網式排查，檢查企業1000家，關停、限排不穩定達標企業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,干淀現象時有發生,導致淀內水質持續惡化，水體稀釋自凈能力幾乎殆盡。

　　為緩解白洋淀水資源短缺和水生態危機，重塑白洋淀底棲生境和修復白洋淀生態環境，政府對白洋淀開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展逐漸趨于成熟的互聯網技術之上的軟件系統。

　　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，同時分布式系統具有高透明性，便于監測管理以及及時處理水污染問題。

　　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易于操作的控制管理平臺，做到實時監測和精準處理。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，進行多線程并發式工作機制。

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

　　基于Agent分布式污水處理系統則是由多個Agent組成的一個自主性、智能型系統。系統中每個Agent根據環境信息完成各自承擔的工作，多個Agent分工協作，形成一個有組織、有序的群體，共同完成特定的任務。由于系統的分布性、復雜性、動態性，需要對每個Agent智能體的通信、合作、互解、協調、調度、管理及控制能力進一步規范化、模塊化，從而達到系統優化的目的。

　　四、工作流程和機制

　　(一)監測Agent

　　監測Agent實體應用于分布式污水處理系統來實現對白洋淀水質實時監控。

　　監測Agent智能體包含多個傳感器節點，通過不同的傳感器節點感知白洋淀水資源環境，實現水質參數采集以及實時檢測水質狀況的功能。分布式污水處理系統，通過監測Agent智能體對傳感器節點進行模塊化管理，不同模塊之間采用級聯的方式進行數據共享，每個模塊通過信道將采集到的數據傳輸到監測Agent智能體中。通過多個傳感器節點向監測Agent智能體傳輸不同數據，從而實現數據的共享和交互曰收集到的信息則以無線的方式傳遞給分析Agent

　　管理層人員可以根據監測Agent智能體的串口數量，增加傳感器節點模塊，實現多處水域并行監控，解決了白洋淀因水域遼闊分散而無法進行統一監測的問題。

　　根據調查研究顯示，白洋淀水污染多因家庭生活垃圾和農、工業污水未經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部署傳感器節點，對于上游村莊以及工業聚集地進行傳感器節點密集部署，反之，則可以進行稀疏部署。為了保證水質監測數據的完整性和嚴謹性，每個傳感器節點位置必須精確登記入庫。

　　(二)分析Agent

　　分析Agent可將上一級Agent傳輸過來的待處理數據，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題。再利用大數據技術將數據與水污染常規分析指標進行參數比對，從溫度、溶氧量、PH值、渾濁度、電導率、重金屬含量等多個維度深層分析水質狀況。通過分析Agent將上層數據進行匯總和分析，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情況嚴重不符時，可以駁回分析結果，并向上一層Agent發送質疑請求，上一級Agent就會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臨界值，則觸發處理Agent報警系統，并對報警事件及處理的后續工作進行追蹤，確保白洋淀內異常情況的及時發現和處理，真正實現了24小時全天候無人值守的純智能化操作。

　　數據登記入庫：將白洋淀各個節點、各個時段水質參數存入數據庫，全程記錄水污染治理過程中水質參數變化，構成白洋淀水質信息網絡，做到長期全方位監控，以便為日后的研究和決策提供參考。

　　決策方案：將分析Agent傳輸的數據進行數字化處理，將數字化后的特征屬性類數據存入案例庫，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。

　　污水處理是一個龐大又復雜的工作，分布式污水處理系統，并不是一個單一的系統結構，而是按照運行的要求從功能上將系統劃分成多個Agent，各個Agent智能體間的相互通信，協調合作，交互式處理數據信息，形成一個多Agent智能系統。這個統一的、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

　　水是人類生存的必須資源，也是不可再生資源。隨著社會經濟的發展與人民生活水平的提高，排入水環境中的污染物種類和途徑越來越多，污染物排放量迅速增加，生態環境嚴重破壞，動植物棲息地減少，水環境保護與經濟發展的矛盾日益尖銳，對人類的生存產生巨大的負面影響。

　　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。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，提高了白洋淀水環境質量，促進白洋淀地區的綠色發展曰更是響應了葉河北雄安新區規劃綱要曳，促進了新區快速發展。若能夠及時發現污染源，則便于對污染排放進行及時制止和治理，這對保護水環境，保護生態具有重要意義。白洋淀污水治理是雄安新區發展大計必不可少的一部分，治理白洋淀水污染勢必會帶動當地旅游業的發展，從而牽動雄安新區經濟增長。

　　六、結語

　　分布式污水處理系統是一個動態復雜控制系統，通過建立多個Agent智能體相互通信、協調合作、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行實時監測、準確分析、高效處理，進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展具有重要意義。( >

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