智能決策和數字孿生(shēng)在水務行業的崛起

導語：水務公司的智能決策支持系統随着新技術(shù)和機(jī)器學習而不斷發展。本期，我們請(qǐng)來(lái)賽萊默數字化解決方案全球副總裁Luis Montestruque，講述數字孿生(shēng)和智能決策如(rú)何幫助水務公司更好地掌握基礎設施狀況，從(cóng)而做出更明智的決策。

随着天氣變得(de)越來(lái)越不可(kě)預測，大(dà)暴雨(yǔ)會對水務基礎設施系統造成嚴重破壞，引發溢流和洪水。盡管有控制措施和應對多雨(yǔ)天氣的設施，但(dàn)舊的水力模型無法預測暴雨(yǔ)天氣對城(chéng)市和水務公司造成的影(yǐng)響。現下，賽萊默有更好的方法——利用數據指導系統應對暴雨(yǔ)天氣。

從(cóng)五年(nián)前開始，人(rén)工(gōng)智能和機(jī)器學習作(zuò)爲一種全新技術(shù)開始被水務公司采用，此後發生(shēng)了很多變化。但(dàn)，由于缺乏好的框架将新技術(shù)串聯起來(lái)，讓水務公司充分(fēn)利用人(rén)工(gōng)智能和機(jī)器學習的價值。

Montestruque将水務公司決策支持系統的演變與汽車智能技術(shù)的發展進行了比較。

幾年(nián)前，GPS輔助導航系統成爲汽車的主流技術(shù)。現如(rú)今，沒有GPS輔助導航系統的汽車已經絕迹。不僅如(rú)此，很多汽車已經實現了自(zì)動駕駛，這些不斷湧現的新技術(shù)、新系統恰恰屬于決策支持系統的範疇。

智能決策支持系統的運作(zuò)原理(lǐ)

智能決策支持系統是計(jì)算機(jī)化系統，能夠幫助管理(lǐ)者做出決策，實現既定目标。在某些情況下，系統能夠自(zì)動完成任務。智能決策系統的有用之處，在于它們能夠分(fēn)析多種變量并給出建議(yì)，幫助管理(lǐ)者以更低的成本、更高效地實現目标。它們使用的框架很簡單：感知—預測—行動。

首先，智能決策支持系統利用傳感器數據或來(lái)自(zì)其他(tā)系統的數據，确定目标系統的當前狀态。其次，系統采用模型來(lái)預測在各種策略下可(kě)能産生(shēng)的結果。第三，決策支持系統使用一個分(fēn)析平台尋找可(kě)實現預期目标的最佳策略。

Montestruque表示，水務公司部署使用感知—預測—行動框架的決策支持系統并不是什麽新鮮事(shì)。10年(nián)多來(lái)，我們通過部署決策支持系統，幫助污水管網避免溢流和洪水，幫助污水處理(lǐ)廠(chǎng)降低能耗，幫助飲用水網絡發現洩漏并降低能耗。發生(shēng)改變的是，新技術(shù)幫助降低了部署決策支持系統的成本。例如(rú)，“物聯網”技術(shù)便于企業經濟地部署數百個電池供電傳感器。

利用數字孿生(shēng)了解基礎設施

Montestruque直言，數字孿生(shēng)技術(shù)真正改變了智能決策支持系統的部署方式。數字孿生(shēng)是對基礎設施的數字化表示，借此了解基礎設施如(rú)何工(gōng)作(zuò)。

傳統上，數字孿生(shēng)使用“第一性原理(lǐ)”構建。這些“第一性原理(lǐ)”模型利用物理(lǐ)、化學或生(shēng)物方程來(lái)模拟基礎設施。建立和校(xiào)準“第一性原理(lǐ)”模型是一個漫長且代價高昂的過程。基于“第一性原理(lǐ)”模型構建的決策支持系統很有效，但(dàn)是除非人(rén)工(gōng)校(xiào)準模型，否則無法汲取過去(qù)的經驗。

最近，我們一直通過機(jī)器學習來(lái)增強我們的數字孿生(shēng)，使它們能夠不斷地學習。這一點很重要，因爲數字孿生(shēng)能夠利用曆史數據自(zì)動“校(xiào)準”，以更好地描繪基礎設施。這通常意味着模型構建成本顯著降低，由此産生(shēng)的數字孿生(shēng)能保持極高的準确性。

向智能決策模式轉變

性能最佳的數字孿生(shēng)在不确定性較低的領域(如(rú)管道水力學)使用“第一性原理(lǐ)”模型，在不确定性較高的領域(如(rú)下水道系統水文學)使用機(jī)器學習。

Montestruque表示，當我們将決策支持系統與數字孿生(shēng)相(xiàng)結合時，産出的是獨特的、一個能夠不斷學習和不斷适應的決策支持系統。我們将這種新的模式轉變稱爲“智能決策”。通過智能決策，我們在數字孿生(shēng)中結合過去(qù)十年(nián)的運營曆史來(lái)經營污水處理(lǐ)廠(chǎng)。當新事(shì)件(jiàn)發生(shēng)時，系統會學習更多，從(cóng)而運行地更準确。現在，當暴風(fēng)雨(yǔ)即将來(lái)臨時，城(chéng)市的智能決策會自(zì)動開始搜索曆史數據，從(cóng)而給出成千上萬種可(kě)能的應對策略。