環(huán)境工程學科當前的研究范式，存在著系統(tǒng)性思維不足的問題，主要局限于系統(tǒng)中單一環(huán)節(jié)單一過程的精確描述和調(diào)控，忽略了它們之間相互依賴的動態(tài)關系。這種研究范式，阻礙了環(huán)境工程系統(tǒng)的信息挖掘和利用，并導致學術成果與工程實踐彼此脫節(jié)。因此，有必要從系統(tǒng)性思維出發(fā)，運用數(shù)據(jù)科學和人工智能的最新理論和技術方法，變革現(xiàn)有的研究范式，構建相應的基礎理論、技術方法和解決方案，從而開啟環(huán)境工程學科創(chuàng)新發(fā)展新階段。
水污染控制科學，作為環(huán)境工程學科的重要組成部分，其研究范式同樣面臨著上述突出問題。以水污染控制科學的研究范式變革為切入點，探索環(huán)境工程學科的創(chuàng)新發(fā)展，不失為切實有效之舉。
近年來，重慶研究院水污染過程與防治研究中心積極探索環(huán)境工程學科發(fā)展的學術前沿和未來制高點，建立水質(zhì)系統(tǒng)新概念：將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)參數(shù)型水質(zhì)概念，發(fā)展為時間函數(shù)型水質(zhì)概念。這一新概念，反映了人們對水質(zhì)本質(zhì)屬性在認識上的飛躍，為推導出水質(zhì)系統(tǒng)微分方程和狀態(tài)空間表達式等數(shù)學操作、發(fā)展水質(zhì)系統(tǒng)控制新技術方法體系等奠定了理論基石。
最近，該中心聯(lián)合同濟大學、清華大學、復旦大學、南京大學相關團隊，提出“水質(zhì)系統(tǒng)信息學”（Water Quality System Informatics，WQSI）新興交叉學科，是環(huán)境工程學科在信息化時代的創(chuàng)新發(fā)展。該學科深度融合了水質(zhì)工程、信息工程和控制工程的理論與方法，革新了水質(zhì)系統(tǒng)的研究范式，描述了水質(zhì)系統(tǒng)信息學的基本架構，包括基本概念、研究內(nèi)容、技術方法、學科特征、前景展望等，相關成果發(fā)表在國際期刊《Engineering》上，題為“Water Quality System Informatics: An Emerging Inter-Discipline of Environmental Engineering”。該論文還指出，在我國率先建設和發(fā)展水質(zhì)系統(tǒng)信息學，是國家產(chǎn)業(yè)形態(tài)數(shù)字化與智能化轉型賦能的內(nèi)在要求，有助于搶占環(huán)境工程學科發(fā)展的國際制高點，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。
上述工作得到了國家自然科學基金、重慶英才·優(yōu)秀科學家等項目資助。
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https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.03.018
圖1 WQSI研究內(nèi)容及方法的關系
圖2 WQSI學科交叉特征