论文标题： Water Quality System Informatics: An Emerging Inter-Discipline of Environmental Engineering

期刊：Engineering

作者：Hong Liu, Zhaoming Chen, Zhiwei Wang, Ming Xu, Yutao Wang, Jinju Geng, Fengjun Yin

发表时间： May 2024

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.03.018

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近日，中国科学院重庆绿色智能技术研究院刘鸿研究团队联合同济大学、清华大学、复旦大学、南京大学相关团队在中国工程院院刊Engineering发表了一篇题为《水质系统信息学：环境工程的新兴交叉学科》的观点文章，探讨了水质系统信息学（Water Quality System Informatics，WQSI）的基本概念、研究内容与方法，以及它的学科特征和前景展望等。WQSI深度融合了水质工程、信息工程和系统控制工程的理论与方法，革新了水质系统的研究范式，是环境工程学科在信息化时代的创新发展。

这项研究认为，环境工程学科当前的研究范式，存在着系统性思维不足的问题，主要局限于系统中单一环节单一过程的精确描述和调控，忽略了它们之间相互依赖的动态关系。这种研究范式，阻碍了环境工程系统的信息挖掘和利用，并导致学术成果与工程实践彼此脱节。因此，有必要从系统性思维出发，运用数据科学和人工智能的最新理论和技术方法，变革现有的研究范式，构建相应的基础理论、技术方法和解决方案，从而开启环境工程学科创新发展新阶段。以水污染控制科学的研究范式变革为切入点，探索环境工程学科的创新发展，不失为切实有效之举。

图 WQSI研究内容与方法关系图。

图 WQSI的跨学科特征。

WQSI在理论、技术和工程应用层面上具有显著优势。理论层面上，“数据-信息-知识”逻辑框架内的水质信息理论、水质系统控制论、水质系统管理科学等，将构成WQSI的理论框架。技术方法层面上，水质信息感知技术与装备、水质仿真模拟技术、复杂水质系统智慧管控技术等，将是支撑WQSI发展的技术方法及装备体系。工程应用层面上，WQSI将迈向复杂水质系统优化运行的智慧决策及风险水平智慧化管控阶段。

WQSI具有边界清晰、内涵丰富和学科交叉的典型特征，在数据和智能化驱动的研究范式变革时代浪潮下，它将是环境工程学科新的增长点。比如，在大型减污降碳水质系统的分析和管控方面，将发展出复杂水质巨系统的理论知识和技术方法，并在其运行的经济性与可靠性等方面，发挥关键作用。

研究团队认为，WQSI尚处于起步阶段，但具有巨大的发展潜力。在推动环境工程和生态环境科学发展方面，WQSI将促进环境工程各细分领域的基础研究水平，并为水资源、水环境等其它学科发展提供理论支撑。

文章强调，为了进一步推动WQSI的发展，需要加强基础理论研究，完善理论与技术方法体系。同时，需要深度融合信息技术的最新成果，开展技术创新、标准制定及应用开发，以满足水质系统智慧管控的应用场景需求。

WQSI的提出和发展，是国家产业形态数字化与智能化转型赋能的内在要求，有利于抢占环境工程学科乃至于生态环境领域的国际制高点，具十分重要的战略意义。

引用信息：Hong Liu, Zhaoming Chen, Zhiwei Wang, Ming Xu, Yutao Wang, Jinju Geng, Fengjun Yin, Water Quality System Informatics: An Emerging Inter-Discipline of Environmental Engineering, Engineering, 2024.

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https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.03.018

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