专家报告 | 孙常库：量子点光谱传感技术在智慧水务中的应用实践

2023年6月5日， 2023数字水务创新论坛 在上海国家会展中心洲际酒店成功举办，论坛聚焦国内外数字水务的发展与转型路径，致力于促进国际、行业内数字水务建设的技术和经验交流，推动水务行业数字化转型与智慧化发展。

英国皇家工程院院士、中国工程院院士、哈工大教授等众多行业知名专家、领军水务企业数字水务建设负责人 作主题分享，给行业同仁们在数字水务建设中提供了新思路，获得大家的一致好评。水务加®现将专家演讲视频回顾及干货总结整理成系列文章，分享给大家。

本期为大家带来的是：

报告题目

量子点光谱传感技术在智慧水务中的应用实践

报告人：芯视界（北京）科技有限公司副总裁、智能传感高级工程师、中国水协智慧水务专委会委员、中关村前沿联盟理事孙常库

以下为本期演讲内容分享：

近年来，与黑臭水体治理、管网提质增效相关的政策频繁出台，给水环境综合治理提供有力支持与引导，由国家水污染空间站提到的特别指标可知， 水质改善是排水系统提质增效的最终目标。

我国城市水环境治理环节中通常会涉及大量指标和数据，但数据之间的关联度低，导致大量数据有所缺失。当前， 充实底层数据是水务系统数字化的重要发展目标和方向。

光谱能够帮助人类认识和探知世界。以往，光谱的数据信息都是来自实验室的取样和实验，少见于日常，主要原因是光谱仪对承载它的设备质量有不低的要求，一台手机或一部手提电脑能提供的硬件基础远远不够。

量子点光谱传感技术实现了光谱仪的微小化、芯片化。 量子点光谱传感技术所使用的主要材料是量子点，被采集的光会被成千上万不同的量子点响应接收，传递到量子点所在的芯片，然后通过算法将光谱的信息呈现出来。

如今，该项技术从工艺设计到产线搭建已实现 全流程国产化 ，不受国外卡脖子限制。

对于水质而言，量子点光谱传感技术与以往技术的差别在于：在以往光谱设备无法小型化时，单波长的传感器获得的信息是单维度的信息，维度单一；而光谱分析可以 丰富和补充信息维度 ，并通过模型计算，保证最后结果的准确性和稳定性。

水质感知系统是量子点光谱传感技术在水质方面的具体运用。水质感知系统能够发挥小型终端的体型优势，在狭小的管井空间中也能快速地进行在线监测。

水质监测有多种多样的监测体系，例如化学检测法、自动化监测法、智能化监测法等等。

在这些水质监测方法中，化学检测法检测的结果受外界影响多，受人的影响因素大，不同的采集者所采集到的数据不一，分析出的结果也不一，从而影响监测的质量；自动采样则由于采样的环节过多，容易造成样本的损坏；单波长的光学监测方法一如前文所说，信息维度过少而导致结果的准确性不足。想要获得更好的实验效果，则需要减少监测的中间环节，同时要保证最终结果的效果。

要实现井下在线实时监测，给整个大数据和上层的数字水务监测提供稳定的数据基础，帮助监测者科学决策， 原位、高频、准确 和 稳定 是不可或缺的。

监测设备直接对流过的水进行测量，减少数据获取过程中的人为因素，避免样本采集过程中造成的样本流失，相对而言监测更灵活、更准确。

排水管网里的数据变化多变复杂，秒级采集的数据更有利于快速反应。

确保数据的高精度、与化学检测结果的高一致。

数据连续、低维护，确保稳定。

在对水质传感终端进行产品设计时会考虑的因素分为六个方面： 多源传感、安全稳定、高频检测、运维简单、供电多样、全域安装。

芯禹 ^® S20是水质传感终端在地表水监测方面的具体产品。芯禹 ^® S20采取小巧便携的漂浮式产品设计，其自带的太阳能板，可以为自己提供电力，持续运营。

芯禹 ^® R10作为管网监测终端，体型小巧，只有水瓶大小，易于安装，运维简单，悬挂式布设，无需人们下井作业。

针对不同的使用环境有了相应的设计后，设备的性能特点也很重要。

国家环境监测总站对水质传感终端进行了设备的性能的检测。据检测的结果反馈，量子点光谱监测终端精密度的标准溶液测试精密度是0.12%，高浓度污水精密度基本小于2，精密度优良。

北京市计量院对产品性能全面检测，结果均满足或优于国标、行标等要求。与CMA认证的第三方检测机构对比，标准溶液及实际水样比对的结果均优于行标规定的误差要求，与化学检测法已经有了良好的可比性。

运维人员会根据设备的告警去进行现场的设备检查维护，保障设备的整体运行。

像芯禹 ^® S20和芯禹 ^® R10这类精密度、准确度好的设备会被投放到更多的厂网河湖之中，成为一个庞大的感知端，为流域监控等智慧水务提供大量有效的数据支撑。

特点：由粗到细逐步缩小排查范围，精准排查聚焦入流入渗点位。

芜湖某区污水处理厂的主要改造部分是泵站，通过对水质监测设备反馈的数据进行分析后，问题解决的关键聚焦被精准确定在某区域，缩小了排查范围，有效提升效率，节省成本。

特点：长期监测，实现精细化运营；及时发现水质异常，追踪管网健康；网河联动分析锁定溢流位置。

在该项目对问题区域的管网进行长期动态监测，摸清水质数据本底，提升感知和溯源能力，助力管网的精细化运营。

作为国家高新技术企业和国家级专精特新“小巨人”企业，芯视界科技以技术创新和产品性能引领行业发展，实现了从技术研发到产品生产的国产化。

公司创立于2016年，是一家专注于量子点光谱传感器的研究、开发和应用的前沿科技公司，并将量子点光谱传感技术的首个产业化成果落地于生态环境领域，提供地表水水质监测、排水管网健康度诊断及其数字化运行管理的一体化平台服务。

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