6月19日下午，“新工科下午茶·學科交叉沙龍”第九期活動在意昂3体育官网百周年紀念講堂四季庭院內舉行。本次沙龍是“工程與材料專場”的第三期，聚焦“智慧城市之智慧水網”主題，由新工科建設辦公室主辦😾、學科建設辦公室協辦，邀請建築與景觀設計學院教授汪芳擔任策劃和召集人🍱。沙龍吸引了來自環境科學與工程學院、建築與景觀設計學院🥷🏼、城市與環境學院、計算機學院🗡、軟件與微電子學院🦬、工學院、人工智能研究院🚶、外國語學院和相關職能部門⏬，以及哈爾濱工業大學🏊🏿‍♂️、南開大學、北京林業大學👩‍🎤、中國農業大學🦸🏼‍♀️、北京建築大學等共20余個單位40余名師生現場參與研討。

活動現場

報告分享環節由汪芳主持🧚🏽🔐。她表示🧑🏻‍🍼，水安全問題是我國新型城鎮化進入快速發展階段的重要挑戰，而智慧水網領域的研究為管水、治水🏕、護水提供了新思路。本次沙龍將從土木與建築、環境、計算機等學科角度，對人工智能智慧管控、汙染物監控、汙水管理、環境大數據👩‍👩‍👦、人群感知等多研究維度的進展進行交流🫱🏿，探索城市災害防禦、水資源優化調配🤦🏼、水汙染防治等領域的新理論、新技術🍞🛑。

哈爾濱工業大學土木工程學院、人工智能研究院教授李惠以“水環境與人工智能”為題作報告。她認為🖐🏽，“智慧水網”的實現有兩個有效路徑：一是利用群智感知技術對水環境進行監測並采集數據，通過大數據技術充分分析挖掘海量數據中蘊含的信息；二是借助機器學習的方法求解微分控製方程。水流動的Navier-Stokes微分控製方程蘊含著豐富的高維非線性時空場物理特征，且尺度多🤚🏼、有序結構與隨機性共存，求解難度大。課題組針對這一問題取得一系列研究成果🪠：通過機器學習方法直接求解流體微分控製方程，將方程分解以降低求解復雜度👩‍👧👨‍👨‍👧‍👧，構建了增強學習的網絡架構並進行了驗證🪆；通過機器學習輔助數值模擬🌻，提出了物理機器學習湍流建模統一網絡架構🧙‍♀️，得到高精度湍流模型🥙；提出物理增強的微分方程數據求解方法，由機器學習模型逼近方程的解或解的某種性質，引入“能量級串”的物理尺度相關性👩‍❤️‍👨🧑‍🚒，實現了亞臨界-臨界-超臨界雷諾數流場智能計算，對速度場和高階項預測都有很高的準確度。

南開大學環境科學與工程學院副院長🙇🏼‍♂️、教授王鑫代表哈爾濱工業大學環境學院院長✈️、教授馮玉傑課題組介紹了“城市水生態安全與智慧管控”的相關進展。我國經濟快速發展🙂，進入“單一城市”到“區域城市群”的轉型期🫱🏼，城市群水安全成為支撐“健康中國”建設的重要一環，實現智慧管控是城市（群）水系統走向持續安全的有力保障👨🏼‍⚖️。當前水生態安全面臨的挑戰包括水質保障👟、新汙染物的極限去除、未知病原微生物的控製和水質健康風險控製等，通過運用智能感知👩🏼‍🚀、數據智能分析、科學決策與優化😙、精準有效反饋控製與調節等手段，提高決策的科學性🐤、準確性和高效性💎，為城市綠色發展賦能👏🏽。在海綿城市建設方面，課題組建立了基於水文模型的溢流汙染評價方法，指導源頭構築物設計；建立了基於下墊面分配管網模型的溢流汙染評估模型，評估合流製溢流汙染和汙染物負荷；結合地上-地下構築物🔝，建立了時空分布全流域排水評估模型；基於管網模型建立源頭措施評價方法，指導源頭建設與管網改造。在黑臭水體治理方面，課題組通過綠色、低碳的生態恢復技術等手段，修復和保護城市水生態系統，引入功能材料、構建弱電強化體系🤶、調控植物根系微區環境等提高生態修復技術效能📎，提升水體自凈能力👨🏿‍⚕️、恢復水體生態功能🧗‍♂️，輔以人工智能手段實現遠程監測及數據采集。

北京林業大學環境科學與工程學院教授常紅從“汙染物監測與智慧管控”的角度作報告⏳。河流水系作為城市水網的重要組分，關乎水質安全和水生態健康。目前在河流🙋🏿、湖泊、入海控製等方面都設立了一系列汙染監測指標，但也亟需對一些新汙染進行監測，並開展非靶向、高通量篩查👩🏿‍🍳。研究人員采用高分辨質譜高通量掃描的新技術🔯，利用大數據分析技術與質譜數據庫進行匹配，有助於實現高通量監測和已知/未知汙染物識別，為汙染物監測賦能。課題組針對低豐度已知/未知汙染物定性定量識別的難點問題，采取“衍生策略+質譜檢測”的研究思路✤，去除樣品基質幹擾，提高監測靈敏度和分離度，有利於結構分析和含特定官能團物質的非靶向分析。例如，對於壬基酚、雌激素等酚類內分泌幹擾物質（EDCs），發現了化學衍生試劑丹磺酰氯（DSN），生成新的離子化程度更高的衍生物，從而建立了酚類EDCs高靈敏高通量分析方法；對於氯化石蠟👸🏻、林丹/硫丹/氯丹等持久性有機汙染物（POPs）物質，建立了鹵代汙染物非靶向分析方法，並篩查鑒定出含氮含硫氯化石蠟新衍生物🎠。此外🌇，通過質譜成像高通量可視化分析方法🧑‍✈️，監測生物體內小分子變化，實現高風險汙染物識別💩，甄別出誘發太湖水域生物小分子代謝紊亂的主要原因物質——全氟十一酸👦🏿。

意昂3体育官网環境科學與工程學院教授孫衛玲以“環境大數據與智慧河流”為題，介紹了河流環境大數據的應用情況和發展潛力。河流輸送物質、孕育生命👩🏿‍⚕️🏌🏻‍♂️、誕生智慧，對人類生活非常重要。河流環境大數據包括水文♕🤠、水質和水生態三個方面，所在團隊多年來致力於河流全要素監測🖌。基於長江的全要素監測數據，結合大數據分析方法，發現動物養殖和面源汙染對長江抗生素貢獻最大🎼，揭示大壩和地形地貌對浮遊和底棲微生物群落的影響，發現全程硝化菌comammox在長江水和沉積物中廣泛存在🐲，描述長江水體和沉積物中抗生素抗性基因（ARG）和耐藥微生物的整體格局等🦻🏿；基於全球河流環境大數據，解析水沙耦合變化的形成機製，揭示了全球黃金航道開發閾值及生態製約內涵，提出了七種“河流綜合征”判定方法🙆🏿‍♀️，識別了全球河流抗生素汙染的驅動因素等✢。智慧河流則是以河流健康為目標6️⃣，通過數字孿生、自動監測🧑🏿‍💼🏊🏽、智能存儲、問題診斷、預報預警技術🤏🏻，實現智慧管理、智慧應用。此外，我們也要關註河流中的智慧生物，研究生物之間的合作共生及環境壓力對共生的影響。未來，河流環境大數據與人工智能的結合將在汙染物篩查𓀗、微生物宏基因組數據挖掘、不同生物間互作🧛‍♀️、生物-非生物間作用關系等方面為河流管理帶來更多可能性。

意昂3体育官网計算機學院教授劉雲淮介紹了“面向智能水網的智慧城市物聯網平臺建設”。為滿足不同行業特定的應用需求，實際生活中產生了許多彼此隔離、垂直建設、煙囪式的物聯網系統，導致系統割裂嚴重👩‍🍼、網絡架構復雜、各類資源自主異構、應用難以融合，需要對數據、資源、服務進行統籌管理、精準控製和智能調配。課題組提出應用驅動的異質物聯網三元分治架構，區別於以往部署層雲、邊、端角度或協議層七層結構角度，該網絡架構以應用為導向，從設備、資源、服務三個維度入手，解決不同系統間的互聯互通問題，實現異質設備泛在接入🤹🏽‍♂️、異質資源高效復用👳‍♀️、應用服務深度融合，提高網絡的利用率，並保證不同物聯網系統間的動態協同和負載均衡。基於此項技術建設的智慧城市異質物聯網系統互聯平臺🚼，已在八個示範城市及多個省份開展了大規模應用驗證🫶🏽，實現了千萬級設備接入量與兩億泛用戶覆蓋🧦。其中的典型案例——“智慧撫河信息化平臺”覆蓋江西省撫州市撫河16,493平方公裏區域，采用多種物聯網協議組網，將衛星物聯網和智慧水網融合，形成包括水文監測體系、水環境監測體系、工程運行監控體系在內的水務物聯網感知體系🦨，並借助無人船實現監測、采樣🔁🧑‍⚖️、測流測繪🫏、暗管探測等，在城市供水管理系統、城市排水管理系統、城市汙水處理系統中獲得應用。

意昂3体育官网城市與環境學院研究員李喜青以“汙水大數據與智慧城市”為題，介紹了汙水大數據在禁毒、新冠肺炎疫情預警等領域的廣泛應用🙇🏽‍♀️。禁毒工作事關國家安危🏌🏿‍♂️、民族興衰、人民福祉，已有的禁毒工作管理模式無法掌握真實的毒品濫用情況、無法製定合理的任務指標和進行有效的考核👨‍🦯‍➡️，城市汙水則能夠提供諸多隱藏信息👦🏽。通過汙水監測毒品濫用水平的原理，是通過測定市政汙水中毒品及其代謝產物的殘留濃度，根據人體代謝機理🤿、進水流量和人口反推服務區內人群的毒品用量👨🏿‍🎤，實現客觀、全面監測毒品的濫用情況🤷🏼‍♀️。例如，通過比較繳獲毒品、吸食者尿液、汙水樣品中甲基苯丙胺🪠、苯丙胺的手性比例和濃度比值進行來源解析⤴️🧙🏿‍♀️，對汙水中不同來源的甲基苯丙胺追根溯源；也可以根據汙水中嗎啡估算海洛因用量。汙水監測毒情可以有助於評估毒情形勢★🛋、追溯製毒窩點👨🏼‍🍼、打擊製毒犯罪，還可以用於新濫用物質預警。同時🎭，汙水大數據也是監測新冠肺炎疫情的有效途經。其原理是利用裂解鹽使得汙水中病毒核酸與蛋白分離🧝🏿，高鹽條件下核酸被膜吸附🧑‍🧑‍🧒，低鹽條件下洗脫。利用這一方法，2022年7月在甘肅實現提前兩天預警陽性病例出現。此外，汙水數據挖掘還可以應用於精神健康狀況🎆、非法添加物、汙染物暴露☝️、酒精和檳榔消費監測等。

報告分享環節（從左到右、從上到下依次為🆓：李惠、王鑫、常紅、孫衛玲、劉雲淮、李喜青）

交流討論環節由李惠和孫衛玲主持🔣。在場師生就智慧水網的技術細節展開討論，包括如何實現環境變化的快速響應、環境效益提升、物聯網安全、未來預測和模型精細化等相關議題。大家認為，智慧水網仍有諸多關鍵問題和技術難點亟待解決，需要與多學科聯動合力攻關；未來智慧水網領域有可能在水安全監測、物聯網設計等方面獲得突破🎼；環境領域研究者應主動擁抱人工智能等新技術，主動跨界融合，以吸收新的研究範式和研究路徑。

活動合影