8-曹啟明-量子點光譜傳感技術在城市水系統智慧監測中的應用-會議外發20230327.pdf

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1、曹啟明 博士、副總裁（解決方案）2023年3月27日量子點光譜傳感技術在城市水系統智慧監測中的應用第二屆智慧水務第二屆智慧水務智慧建造融合創新技術論壇智慧建造融合創新技術論壇芯視界（北京）科技有限公司城市水系統亟需系統化解決方案：源-網-廠-站-河一體化多頭管理+多方運營：城市水系統有機整體被肢解割裂污水處理廠排水管網泵站河道市區/縣城鄉環保水務住建公用城管園林蘇州、常州、無錫、宜興市各城市涉及排水管理不同部門權力清單引用：華錚等，開發與建設，2021 年第2-3 期，82-88頁多頭管理權力清單示例多頭運營管理示例弊端和挑戰：多頭管理+多方運營+數據孤島1、廠網收集和處理容量不匹配，水質水量

2、不聯動污水處理廠被動接受排水管網輸送的污水，管網不能為污水處理廠提供水量、水質的預報、預警，導致污水處理廠的工藝調控滯后，造成高峰流量時廠前直接溢流排放，或是部分污水處理廠超負荷運行，導致水質不達標排放等問題。2、源網河不協同，目標不一致污染源沒有全部納入管網，導致河道初期雨水污染，零存整取。3、廠網運營不統一，低效運行管網混接漏損，廠前進水濃度低，是當前突出的普遍問題。4、水質和水量管理的矛盾汛期防洪排澇導致的直排溢流污染。一城一水，一城一數解決思路：構建基于數據和算法的監測預警調度能力數字化三大特征在線驅動流動顯性化資產化智慧化業務化價值化數字如何“化”？以數據為生產要素來破局城市水系統互

3、聯互通，水系統數據互聯互通基于實時監測監控數據和動態調度算法，構建智慧化監測預警調度能力關鍵能力：原位、實時、微型化、高靈敏的監測手段城市水系統智慧大腦廠網運維調度排口監測告警泵站調度管理污水廠運行監控河流斷面監測告警管網排查診斷溢流污染監控廠前濃度監測預警泵站調度管理泵站調度管理工藝控制監測泵站調度管理外水混入監測流域污染控制污染通量計算污染負荷計算管網監控診斷泵站調度管理污染預警告警污染擴散過程預測汛期水質維持規劃汛期水質管理規劃污染溯源追蹤管網改造評價錯接混接識別污水排放溯源面源污染檢測追蹤廠前溢流監測動態水量調度水華監測預警偷排漏排監測廠前水質監測超量排放告警智慧水務：用數據驅動城市水

4、系統的智慧化管理和運營微型化智能化監測小型化自動化監測自動化監測人工檢測原位實時12小時2-4小時1-3天原位實時采集數據：支撐行業數字化智慧化轉型升級原位實時采集數據：芯視界的三款微型化水質監測設備地表水智能監測設備排水管網智能監測設備及時告警水質異常精準追溯污染源頭解析汛期水質特征防控河道溢流污染高頻在線監測數據繪制水質評價大圖有效識別雨污混接管網排查提質增效快速判別外水混入降低廠網運行風險監測管網水質異常鎖定偷排超排源頭泥沙監測強適應性精準數據顆粒級配節能環保超長續航泥沙智能監測設備芯禹S20芯禹R10芯禹Sedi-Q37cm27cm33cm9芯禹系列地表水監測設備產品結構及優勢：地表水

5、監測設備準數據精準低運維簡單監測水質核心監測指標達到CMA實驗室認證要求滿足或優于國標、行標環境適應性強，抗干擾運維頻次低，無試劑無污染功耗 1W，光伏供電快監測實時小布設靈活原位監測 分析數據秒級響應7X24 小時不間斷高頻測量，分鐘級傳輸微型化設備，便于部署安裝環境適應性強，抗干擾北斗/GPS雙模定位10太陽能板無線模組電池模組探頭&功能模組光源及濾網監測指標：溫度pH電導率溶解氧濁度化學需氧量高錳酸鹽指數氨氮總有機碳地表水監測設備布設方案鉑錨式安裝圓筒式安裝小巧便攜 體積?。ㄖ睆?2cm，高度37cm）重量輕（約等于4.3kg）可供單人靈活移動 對于布設環境要求低 布設周期短 錨與鐵鏈以

6、鎖連接，有效防盜 設備鎖在圓筒中，降低被盜風險 管道內水流速小，保證設備穩定性 美觀，不影響泄洪37cm準數據精準低運維簡單滿足CMA實驗室要求可支撐污染溯源、管網健康診斷等業務要求信號穿透力強，穩定傳輸環境適應性強，抗干擾運維低，無試劑無污染功耗1W，長續航電池芯禹系列排水管網測終端機身監測探頭過濾罩電線接口產品結構及優勢：管網監測設備快監測實時小布設靈活原位監測，快速部署秒級采集數據，分鐘級傳輸7X24 小時不間斷微型化，適合管網狹小空間懸掛布設，無需井下危險作業防水防爆監測指標：溫度電導率濁度化學需氧量液位27cm防爆箱R20鋼纜+電纜易于安裝 運維簡單小巧便攜 探頭深度可靈活調節 懸掛

7、布設無需井下作業 安裝方式易于檢修管網監測設備布設方案 體積?。ㄖ睆?cm 長度27cm）重量輕（約等于2.3kg）適合管網狹小空間27cm及時告警水質異常，精準追溯污染源頭解析汛期水質特征，防控河道溢流污染高頻在線監測數據，繪制水質評價大圖地表水設備監測能力及案例識別入流入滲混接，縮小管網排查范圍判別水質濃度范圍，降低水廠沖擊風險監測管網水質異常，鎖定偷排超排源頭汛期溢流水質監測，支持汛期污染聯控管網設備監測能力及案例產品核心技術：量子點光譜傳感技術全球光譜信息化和智能化的開拓者接口機身探頭過濾罩模塊化設計簡易式安裝量子點光譜監測芯視界科技成立于2016年9月，作為全球光譜信息化與智能化的開

8、拓者，是一家專注于量子點光譜傳感器的研究、開發和應用的國家級高新技術企業、專精特新企業。芯視界科技成功研發出全球首款高性能傳感芯片，使對物質信息進行實時探測、識別與分析成為可能，并通過構建光譜信息大數據探索智慧化應用場景，致力于引領全球進入光譜信息化的智能時代。量子點光譜傳感技術是自主創新的顛覆性技術，在環保、水務、水利等監測領域具備原位、高頻、實時和微型化的優勢，在地表水水質監測、入河（湖）排口監測、泥沙監測、管網排查等應用場景中表現優異，獲得客戶一致認可。原位 微型 高頻 實時清華大學電子工程系博士生導師，本科畢業于清華大學，在美國布朗大學取得化學博士學位，后于麻省理工學院從事博士后研究，

9、加州理工學院訪問首席研究員，開創性的設計了用量子點納米技術結合計算光譜構建光譜傳感器件的原理，構建并實現光譜器件，2015年成果發表于Nature，引發國際學術與產業界對微型光譜技術研究與應用的潮流。作為首席承擔并完成多項國家與省部級重點項目。清華大學電子工程系博士生導師科技部“十二五”有突出貢獻優秀人才教育部“青年科學家獎”獲得者量子點光譜傳感技術發明人科學中國人年度人物中國十大新銳科技人物饒毓泰基礎光學獎中國產學研合作創新獎鮑捷J I E B A O芯視界科技 創始人首席科學家國家高層次人才-青年專家參加中央黨?？萍碱I軍人才培訓北京海淀區政協委員北京海淀區青聯委員芯視界創始人兼首席科學家技

10、術原理丨量子點材料及吸收光譜示意由于量子點材料尺寸不同產生的不同光學效應19經過量子點材料后不同光譜響應示意技術應用丨光譜微型化及水質測量原理示意量子點納米材料量子點光譜傳感芯片量子點光譜傳感器體積、重量縮小千倍，最小可達針孔大小傳統光譜儀20光柵光譜微型化易運維環境適應性強量子點光譜儀傳統光譜儀體積大價格貴僅限實驗室用20典型案例統計截至2022年3月江西安徽湖北湖南廣西山西內蒙古陜西寧夏甘肅青海四川貴州云南西藏新疆海南吉林遼寧河北山東福建廣東河南江蘇浙江北京黑龍江天津上海北京市水務局海淀區懷柔區延慶區河北山東安徽江蘇上海浙江福建江西廣西湖南寧夏應用案例-布局全國Contact：400-90

11、09830優美河湖23水環境偵察兵長江大保護廠網一體化綜合治理排水管網監測常態化監測偷排漏排捕捉管網健康診斷排口溯源動態管理地表水監測水質異常告警偷排超排捕捉無人化監管管網排查診斷本底特征摸排廠前濃度監測芯視界科技于2021年提供了基于“量子點光譜傳感技術”的監測解決方案，對清河水廠上游主要干支線進行實時監測，通過水質智能監控，數據智能分析，實現污染溯源，解決重點排水戶超標排放問題，助力排水管網智慧化、精細化運營管理。以北排“廠網河湖一體化”理念為核心，強化管網源頭監管，精準定位溯源，助力北排水質考核達標。項目持續優化和健全了清河水廠上游水環境監測網絡，加強了水質監測預警工作，通過管網健康診斷

12、，實現排水系統提質增效。海量數據智能分析，助力北京排水集團污水廠精細化運營管理。北排”廠網一體化”綜合治理參與“長江大保護”為助力長江大保護，促進長江流域環境生態平衡，芯視界科技參與了共抓長江大保護新模式“廠網河湖岸一體化”治理模式，針對長江流域水環境監測的問題及難點，引入了“量子點光譜傳感技術”。通過對沿江城市地下管網健康排查和診斷，助力以管網為重點的城市智慧“水管家”模式，解決城市水生態環境根本問題，實現水環境長期穩定達標和持續改善。國家級重點生態環保項目-長江大保護第一批試點城市示范應用。通過水質監測對管網健康進行診斷，以及改造后的效果評估。通過“硬件監測+軟件監管+算法模型”，用數據洞

13、察地下管網和城市水質狀況，用數字化和智能化的監管手段，助力長江生態環境保護及長江經濟帶的高質量發展。項目涉及北京16個區，參與包含頤和園昆明湖、雁棲湖、密云水庫等北京知名河湖水庫的水環境監管。項目監測數據和水質突變告警數據已接入“北京河長系統”，實現水環境污染事件的實時告警，便于事件及時核實和處置。項目實施過程中，設備經歷了夏季汛期和冬季結冰期考驗，實現冰下自動監測，環境適應性強?！皞刹毂币?0分鐘/條采集頻率實現化學需氧量（COD）、電導率、溶解氧、濁度等參數全時段監測，及時快速地發現水質異常變化，一旦出現偷排、排污現象，就會實時預警。來自新京報報道為助力北京市水務局“補短板、強監管”的水

14、務工作，進一步提高北京市水環境監管手段智能化水平，芯視界科技于2019年根據北京市水務局需求提出了基于量子點光譜傳感技術建設的“水環境偵察兵”系統。在北京近百條河湖上科學化布設了網格化水質監測點，實時掌握北京市重點河流水質狀況。主要監測入河排水口、污水處理站退水、國家考核斷面、河道斷面、區考斷面、雨洪蓄水等，實現水環境無人化監測。北京市”水環境偵察兵”項目為響應首都生態文明建設的要求，加強對重要江河湖泊水質的監測與管理?；诤５韰^域河湖地表水水質狀況與監測需求，芯視界科技提出了“海淀區河湖水質監測系統”一體化解決方案，助力海淀區實現智慧水務，賦能北京市智慧城市建設，在全市以及全國發揮引領示范作

15、用。2020年“海淀區河湖水質監測系統”正式上線運行，該項目作為北京市海淀區“智慧水務”和“城市大腦”的重要組成部分，央視焦點訪談、北京電視臺特點關注、北京日報等眾多媒體進行了專題報道。南沙河被評為北京市2021優美河湖2020年，延慶區生態環境局啟動了入河排口污染溯源及動態管理，通過多種方式對延慶全區46條河流的入河排口開展了全面查、測、溯，建立了完整的入河排口臺賬，并進行了入河排口規范化建設和標記。依據入河排口臺賬，芯視界科技提出了在重要支流實施動態監測，溯源入河排污口污染，采用量子點光譜傳感技術為核心的自動水質監測終端設備，建立了水質監測動態監管系統，最終實現延慶區摸清底數、夯實責任，入

16、河排口長效管控。排口溯源動態管理優美河湖Contact：400-9009830資質榮譽國家高新技術企業國家級專精特新“小巨人”企業入選水利部2022年度成熟適用水利科技成果推廣清單水利部水利先進實用技術重點推廣單位入選“北京市水污染防治技術指導目錄”北京市水利學會科學技術一等獎科技部科技產業化一等獎首批中關村前沿技術企業國家高新技術企業“專精特新”小巨人北京水利學會科學技術獎一等獎水利先進實用技術推廣證書科技產業化一等獎中國產學研創新合作成果優秀獎Contact：400-9009830媒體報道山西晚報7分鐘央視專題報道掃碼觀看完整視頻芯視界（北京）科技有限公司Quantaeye(Beijing)Technology Co.,Ltd.地址：北京市海淀區成府路45號中關村智造大街A座303Address：Room 303,Building A,Zhizao Street,Zhongguancun,No.45 Chengfu Road,Haidian District,電話/TEL：400 900 9830郵箱/Email：歡迎交流