在2025(第十七屆)上海水業(yè)熱點論壇上，智能傳感高級工程師、芯視界(北京)科技有限公司副總裁孫常庫在題為《光譜傳感賦能排水系統(tǒng)智慧運管探索與實踐》的演講中強調(diào)，實現(xiàn)“水賬”的精準感知與實時解析，是打通排水系統(tǒng)智慧化“最后一公里”的核心。

他指出，水質(zhì)數(shù)據(jù)作為“水賬”中最復(fù)雜且信息密度最高的維度，亟需具備多參數(shù)同步監(jiān)測、強抗干擾和良好一致性的新一代傳感技術(shù)，而光譜技術(shù)的突破，正為這一需求提供了前所未有的解決方案。

隨著我國城市化進程進入以“存量提質(zhì)增效”為核心的新階段，排水系統(tǒng)作為城市的“毛細血管”，其健康高效運行已成為提升城市韌性、改善人居環(huán)境的關(guān)鍵。

面對傳統(tǒng)人工運維方式難以應(yīng)對的管網(wǎng)老化、數(shù)據(jù)缺失、溢流內(nèi)澇頻發(fā)等復(fù)雜挑戰(zhàn)，智慧排水已成為重要的發(fā)展方向。

在這一過程中，以“底賬、管賬、水賬”為核心的“三本賬”體系，逐步成為系統(tǒng)診斷與精細化運維的基石。其中，“水賬”因能夠動態(tài)反映水質(zhì)、水量與水位的真實狀態(tài)，成為識別外來水入滲、污染來源和運行效能的關(guān)鍵突破口。

在2025(第十七屆)上海水業(yè)熱點論壇上，智能傳感高級工程師、芯視界(北京)科技有限公司副總裁孫常庫在題為《光譜傳感賦能排水系統(tǒng)智慧運管探索與實踐》的演講中強調(diào)，實現(xiàn)“水賬”的精準感知與實時解析，是打通排水系統(tǒng)智慧化“最后一公里”的核心。

他指出，水質(zhì)數(shù)據(jù)作為“水賬”中最復(fù)雜且信息密度最高的維度，亟需具備多參數(shù)同步監(jiān)測、強抗干擾和良好一致性的新一代傳感技術(shù)，而光譜技術(shù)的突破，正為這一需求提供了前所未有的解決方案。

01.城市排水系統(tǒng)智能化轉(zhuǎn)型：背景與趨勢

當前，我國市政基礎(chǔ)設(shè)施的智能化轉(zhuǎn)型已上升到國家戰(zhàn)略層面。2025年召開的中央城市工作會議及國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于深入實施“人工智能+”行動的意見》均明確要求，通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，推動排水系統(tǒng)等市政設(shè)施的智能化改造升級，以提升城市運行的安全性和效率。

孫常庫介紹到我國排水管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模龐大，總長度已超過95.25萬公里，建成區(qū)排水管道密度達12.67公里/平方公里。如此龐大的基礎(chǔ)設(shè)施，加之系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)雜(如管網(wǎng)拓撲關(guān)系混亂、歷史數(shù)據(jù)缺失、多區(qū)域管理責任不清)，傳統(tǒng)依賴人工巡查和經(jīng)驗判斷的運維模式難以應(yīng)對，導(dǎo)致一系列突出問題：河道黑臭、污水溢流、污水處理廠進水濃度偏低、城市內(nèi)澇等問題頻發(fā);許多管網(wǎng)長期處于高水位運行，無法看清井下真實情況;管網(wǎng)存在老化、破損、滲漏、堵塞等多種結(jié)構(gòu)性缺陷;不同區(qū)域管理責任不清，歷史欠賬多，缺乏長效數(shù)據(jù)支撐，導(dǎo)致許多問題難以溯源，即便經(jīng)過多次排查整治，一些痛點依然反復(fù)出現(xiàn)。

為系統(tǒng)性地解決上述問題，排水系統(tǒng)的排查技術(shù)不斷演進，逐步形成了相互補充的“三本賬”體系：“底賬”通過人工勘察和GIS技術(shù)摸清管網(wǎng)宏觀拓撲關(guān)系與基礎(chǔ)屬性，是成本較低且快速厘清系統(tǒng)“骨架”的基礎(chǔ);“管賬”利用CCTV檢測、QV(快速可視檢測)和聲納等技術(shù)探查管網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)性缺陷與功能狀態(tài)，為修復(fù)改造提供直觀依據(jù);“水賬”則通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器(流量、液位、水質(zhì))和在線監(jiān)測系統(tǒng)實時掌握水流動態(tài)(水質(zhì)、水量、水位)，揭示水的實際流向、來源和性質(zhì)，是診斷“病因”和評估系統(tǒng)效能的關(guān)鍵。提出“三本賬”相互銜接，共同構(gòu)成排水系統(tǒng)智慧化運維的基石。

“水賬”之所以至關(guān)重要，是因為排水系統(tǒng)是一個開放的重力流系統(tǒng)，受雨水入流、地下水滲入、河水倒灌等影響巨大?！八~”通過水質(zhì)、水量、水位這三個維度的數(shù)據(jù)，回答了“水是什么?(水質(zhì))”、“從哪里來?(水質(zhì)、水量、水位可輔助溯源)”、“到哪里去?(水質(zhì)、水量、水位可輔助預(yù)測)”的核心問題，是連接“底賬”的宏觀拓撲和“管賬”的結(jié)構(gòu)缺陷、實現(xiàn)精準診斷與高效運維的橋梁。

在“水賬”中，水質(zhì)數(shù)據(jù)對于判斷水的來源和性質(zhì)具有不可替代的作用。排水系統(tǒng)成分復(fù)雜，包含溶解態(tài)、顆粒態(tài)、有機、無機等多種污染物。因此，需要能夠同步監(jiān)測COD(化學需氧量，反映有機污染)、電導(dǎo)率(反映無機離子)、濁度(反映顆粒物)及氨氮等多維參數(shù)的傳感技術(shù)，才能全面描繪水質(zhì)特征，準確識別污染類型和來源。

對水質(zhì)數(shù)據(jù)的需求因場景而異：對于執(zhí)法監(jiān)督，要求數(shù)據(jù)絕對準確，需嚴格符合國家標準方法，并實施全過程質(zhì)量控制;而對于區(qū)域排查與系統(tǒng)診斷，則更關(guān)注數(shù)據(jù)的連續(xù)穩(wěn)定性、多點位之間的可比性以及趨勢分析的可靠性。

傳統(tǒng)化學法分析可能存在隨機誤差，在多點位比對時容易導(dǎo)致誤判。因此，區(qū)域排查更需要采用具有良好一致性和抗干擾能力的在線傳感器，以確保能夠準確捕捉上下游之間的濃度梯度變化，精準定位問題源頭。

面對日益復(fù)雜的水質(zhì)監(jiān)測需求與傳統(tǒng)方法的局限，光譜傳感技術(shù)——特別是微型化、智能化的新一代傳感器，正成為實現(xiàn)“水賬”精準化、實時化的重要技術(shù)突破口。

02.微型化光譜傳感：重塑排水管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測

在相關(guān)技術(shù)體系中，孫常庫表示該研發(fā)團隊依托量子點光譜傳感技術(shù)，成功開發(fā)出基于量子點光譜傳感技術(shù)的系列產(chǎn)品及應(yīng)用方案。該技術(shù)核心優(yōu)勢在于將傳統(tǒng)大型光譜儀微型化為芯片形態(tài)，其尺寸與手指甲蓋或手機CMOS 攝像頭相近，這種極致的微型化特性，使其能突破空間限制，順利部署于隱蔽的地下管網(wǎng)環(huán)境中，實現(xiàn)對管網(wǎng)內(nèi)水質(zhì)數(shù)據(jù)的高效采集與分析。

該技術(shù)所采用的核心材料為量子點納米材料，這一材料曾榮獲2023 年諾貝爾化學獎;同時，該量子點光譜傳感技術(shù)早在 2015 年便已在國際頂級期刊《自然》發(fā)表，當時即被認定為具有顛覆性的技術(shù)成果 —— 它是行業(yè)內(nèi)首個能將光譜傳感器嵌入排水系統(tǒng)這類狹小空間的技術(shù)，為地下管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

編輯：趙凡