人工智能在环境保护中的应用与发展

中国工业报 2025年07月28日

  ■  陈 钦

  全球环境治理面临日益复杂的挑战,气候变化、污染扩散和生态退化等问题相互交织,形成系统性危机。传统环保技术在处理大规模动态数据时存在明显不足,难以精准捕捉环境变化的实时规律,而人工智能技术的出现为环保领域带来变革性机遇。人工智能技术通过高效分析卫星影像、传感器网络和公众反馈等多维度信息,能够提升环境监测效率。在污染治理层面,人工智能系统可动态优化资源配置,降低治理成本。因此,本文探讨人工智能技术在环境保护中的具体应用,分析其运行机制与实际成效,为推动可持续发展提供科学参照。

  人工智能技术在环境监测中的应用

  实时空气质量监测与预测。现代空气监测系统利用人工智能提升效率和质量,这些系统在城市及重点区域广泛布置传感器,持续测量空气中的颗粒物、臭氧等主要污染物浓度,并收集气象信息。人工智能技术对这些庞大的实时数据进行处理和分析,快速识别出空气质量变差的区域,判断污染的主要来源,是工厂排放还是生物质燃烧等原因所致。同时,人工智能系统可对未来一段时间空气状态进行提前判断,其结合污染物类型、浓度变化规律、风向风速等气象演变趋势加以综合分析,能在污染事件真正大面积影响前数小时发出预警。这种预警能力允许相关部门及时采取干预措施,如对特定污染企业实施短期限产,或调整市区重点道路的冲洗保洁作业强度。此举有效减缓了污染程度、缩小了污染影响范围,从而保护了公众健康。 

  水质与海洋生态监测。人工智能明显改变了水质和海洋环境的监测方式,借助卫星遥感、定点浮标以及水下移动监控设备等,可以大范围、高频次地获取反映水质状况的关键信息。人工智能的核心任务在于同时分析来自卫星、浮标、移动设备等多处不同类型设备收集的复杂数据,并从中提取有用信息,能自动判别水质异常变化,更关键的是追溯这些问题的来源,如判断是农田养分流失冲刷进入河流,还是某些工厂存在异常排放情况。在广阔的海洋环境监测领域,人工智能适用于处理海底和海域图像与录像数据,系统可以不断检查海床上的珊瑚礁图像,自动辨识珊瑚健康情况退化甚至“白化”的迹象,计算受影响的区域大小,能识别并分析图像里鱼类等海洋生物的数量和种类组成变化。一旦系统探测到如珊瑚大面积白化这样显著的生态退化信号,会立即提示管理人员某些海域处于生态风险之中。这促使海洋保护或水产管理部门更快速决定并部署保护措施,以保护珍贵的近海海洋生物资源和生态多样性。

  人工智能在环境污染治理中的优化作用

  智能垃圾分类与废弃物管理。人工智能技术系统性提升了废弃物的分类效能与资源化管理水平,其关键在于智能识别装备的部署与应用。在垃圾流转的关键节点,如转运站或处理厂,配备感知与图像解析模块的设备高速扫描通过物料的视觉特征,系统可自动判断物料的物理属性(如塑料、金属等)及管理类别(如可回收、有害等),超越传统人工分拣在效率与准确度上的局限,保证了高纯度可回收资源的有效分离。识别后人工智能系统综合分析多维度变量,包括不同再生资源的实时价值、周边处理设施的接纳能力与工艺特性,以及物流成本等要素,为分选出的物料规划最优资源化路径。这体现为将其精准配送至具备特定再生技术的工厂,或定向投入特定的资源回收循环体系。对无法再生利用的最终废弃物,系统优化其运输方案及末端处置选择策略(如能源化利用或无害化填埋),最大限度减少其对环境的负荷。

  工业污染排放智能调控。人工智能实现了对工业生产过程中污染物排放的实时监测与自适应管理,在排放源及生产流程关键环节部署的连续监测传感网络,稳定传输主要污染物种类(如烟粉尘、硫氧化物等)浓度及流量数据。人工智能系统将这些实时排放信息与生产装置运行的动态参数(如原料配比、设备负荷等)、治理设施运行状态,以及外部环境条件进行深度建模与关联分析。同时,人工智能可建立数据关联,在保障生产工艺稳定满足预设目标与国家动态排放限值的前提下,寻找污染物削减的最优控制策略。通过模拟运算不同干预参数组合(如燃料流量、空气供应量等)下的排放结果与治理效率变化,系统向生产控制单元提出动态调整指令。这种动态优化机制提升了工业污染治理设施的运行效率与稳定性,降低了单位产出的能耗与治污成本。

  人工智能推动环境政策制定与可持续发展

  环境数据驱动的政策制定。传统环境政策制定常因数据不足或时效性差而受限,而人工智能技术构建了更完善的环境监测体系,涵盖空气质量、水体状况及污染动态等多方面信息,该体系通过整合卫星观测、地面监测装置及社会经济活动等数据源,实现环境状态的持续性获取。数据处理技术成为关键支撑,能够从海量信息中识别环境风险区域、追踪污染变化过程、分析经济活动与特定环境压力的关联。由此产生的系统性认知与前瞻判断,提升了政策制定者对复杂环境问题的把握能力。这推动了政策设计模式的转变,目标设定更契合区域环境实际,干预方向更能聚焦核心问题。政策执行过程可借助密集监测网络进行动态追踪与快速评估,促使决策者及时调整行动方案。此举降低了传统政策制定中的滞后性与不确定性风险,使环境治理整体趋向科学性、实证性与持续优化。

  能源消耗与碳足迹优化。能源体系转型与减排是可持续发展的关键领域,新兴技术的作用体现在实现能源流动全过程的系统优化,涵盖能源生产、输送、分配及最终使用环节,目的是降低整体能耗与碳排放水平。该体系链接发电设施、电力网络、工业设备及交通运输等多个环节运行数据,包括负荷变化、效率参数等关键信息,通过建立多系统关联模型,可识别能源损耗节点及影响碳排放的关键运行特征。基于此,能在保证稳定运行的前提下,制定最优资源配置与调度方案:指导高性价比的能源供应排程、协助高比例波动性可再生能源的接入与消纳、协调区域间能源互补、提升用电调节潜力,并优化工业生产中的能流与物料流匹配。这种全局性优化手段,促使能源使用模式从局部改进转向整体协调,是实现深度减排的重要实现手段,为低碳发展提供结构性支持。

  本文明确了人工智能技术对解决环境治理与低碳发展问题的现实价值,为环境政策制定提供了更及时、更全面的数据支持,使其更贴合实际情况;为能源体系的整体优化提供了依据,有效促进了能耗与排放的协同降低。因此,相关各方应优先推动环境监测与能源数据平台的建设和共享,确保核心信息流通顺畅并得到充分利用。同时,加强智能分析工具在真实治理场景中的应用测试与实际效能评估,提升其解决问题的针对性。通过技术应用与机制创新的结合,持续提升环境治理的效率和能源低碳转型的深度,为实现可持续发展的长远目标提供可靠支撑。

  (作者单位:上海第二工业大学)

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