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【走进实验室】智能系统显特色 环保实用唱主角 ——走进电控学院环境保护自动化研究所

作者:学生记者 吕筱 来源:北工大报 时间:2015-12-28
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傍晚五点,记者迈出科学楼十层的电梯,步入电控学院环境保护自动化研究所。研究所占据了半层空间,30余名教师和研究生分散在各个实验室中——这一边三五人围坐在一起讨论水质模型,那一边几名学生神情专注地坐在电脑前编辑程序,还有些人蹙着眉、目不转睛地阅读文献。

智能系统、污水处理、大气治理……尽管此前对于环境保护自动化研究所的了解,仅停留在一些零散的关键词,然而对其研究团队斩获的诸多荣誉却也并不陌生——教育部科技进步一等奖、全国优秀博士学位论文提名奖、北京市优秀博士学位论文等等。如今置身其中,更加强烈地感受到:荣誉光芒的背后是一群科研人的追寻——这一种追寻并非虚无缥缈,确实真实可见。请跟随记者的脚步,走进电控学院环境保护自动化研究所,共同感悟这群科研人用能量和热量的追寻,感受他们的不隐藏,不畏惧,正当时!

 

立足需求寻特色,智能系统促环保

围绕学校的科研工作发展目标:解决首都经济建设和社会发展的重大科技问题,电控学院始终致力于建设特色创新型实验室,环境保护自动化研究所应运而生。依托自动化领域的前沿科技,环境保护自动化研究所立足高站位、追求新高度、谋求新提升,奋力追寻着特色环保的科研目标,实践探索着创新型的发展路线。

韩红桂老师告诉记者,环境保护自动化研究所在2005-2015的十年时间中,致力于人工神经网络的自组织设计研究,在取得诸多理论成果的同时,将其应用于实际污水处理过程控制,开发出具有特色的污水处理过程智能控制方法,取得了相当的经济效益。该控制系统不仅应用于生活污水的处理,也同时应用于工业污水的处理。该污水处理系统已经成功应用于华北、华南地区20余家污水处理厂,累计节省直接经济成本达数千万元,间接经济成本达2.5亿元。

在详实数据的说明下,环境保护自动化研究所的实验成果及应用效果显而易见。然而对于非专业人士而言,依然较难理解神经网络的原理运行。那么究竟什么是神经网络?它又是如何发挥作用的呢?

在韩红桂老师的口中,记者得到了一个通俗易懂的答案。神经网络是一个智能系统,它具有自我学习的能力,就像一个刚出生的孩子,通过接受信息,根据不同神经元的联系进行不断判断、学习和修正。就像《终结者:创世纪》中的天网系统一样,会不断地更新自己的认知与判断。给人的感觉就像是这个系统从婴儿起,一步步长大,变成了一个有判断能力、执行能力的成年人,从而完成相应的任务。

基于前期科研工作的积淀,瞄准社会发展的新需求,如今,环境保护自动化研究所又确定了新的研究方向。目前,环境保护自动化研究所已经着手在大气处理(大气预测检测)方面展开研究工作,利用神经网络建模等技术实现大气处理关键指标的有效预测,发展前景广阔。

 

拓展领域展魄力,论证两载终得果

韩红桂老师介绍说,污水处理过程中污水组分众多并且动态变化,在对污水处理控制器的研究过程中,环境保护自动化研究所研究团队发现固定结构模型已经不能满足控制性能要求。为了适应被控对象的动态变化,研究团队开展了对于自组织控制器的研究。

当时,全球普遍在做的多是模拟人的固定结构的神经网络。在这方面的理论体系日趋完备,已经产生出丰富的研究成果。某种意义上说,环境保护自动化研究所开展的神经网络自组织设计理论与应用,打开了一片崭新的领域——它能够根据被控对象结构的变化,不断进行动态调整、自我学习,有着较强的判断能力和处理能力。

建模、优化、控制,是污水处理过程控制中最为重要的三个方面。然而说来简单,做来不易。和许多科研工作者一样,环境保护自动化研究所在长达十年的研究之路上也曾遇到大大小小的科研难题——范围大到控制器的运行,小到数据变量的分析。研究所里每一个人付出的点点滴滴的努力,都静静悄悄地浸润在过去的时光里。

“论证模型的稳定性”曾是一个困扰环境保护自动化研究所将近两年时间的难题。由于自组织神经网络研究这条道路是全新开辟的,所以前人的理论支撑和借鉴经验相对较少。在研究成果促使控制系统实现良好运转后,论证这个控制系统的稳定性成了研究团队又一艰巨的任务和挑战。

为了攻克这一难题,非数学专业背景的团队成员投身到夜以继日的枯燥论证研究之中,从基础的数学模型中寻找证明控制器稳定性的理论依据。经住了时间的考验,历经反复论证,在数据动态变化的过程中,研究团队终于逐渐找到了思路和方向,成功地给出了令人信服的理论证明。“跨过了这一道坎,自组织控制器的研究在理论和实践上都向前迈进了一大步。”环境保护自动化研究所团队成员形成了这样的共识,也在诸如此类的成功跨越中持续汲取着前行的动力。

 

凝心聚力求突破,平凡坚守收获丰

入冬后的普通一日,傍晚六点,寒意袭来,科学楼十层中厅却暖暖的——厅内座无虚席,环境保护自动化研究所的大例会又开始了。

研究所成立十年以来,一周一次的大例会成了雷打不动的习惯111

在北工大校园,定期召开实验室例会似乎早已成为惯例,环境保护自动化研究所也不例外。难能可贵的是,研究所成立十年以来,一周一次的大例会成了雷打不动的习惯。乔俊飞、韩红桂、武利等教师以及全体研究生无一例外,悉数到会。

和往常一样,阶段性研究成果汇报成为例会的首要议程。硕士研究生安茹和另外两位同学成为这次例会的汇报人。“较上阶段汇报相比,该研究在哪些方面进展不足?”“什么样的方法能够提升和优化神经网络的运算速度?”认真听取了安茹同学针对RBF神经网络研究的阶段性汇报后,乔俊飞老师向在座师生抛出了问题,并与大家热烈探讨。例会期间,每个人都要轮上一次发言机会,无关为师为生、无关高低年级。或许正是因此,近两个小时的时间也总是转瞬即逝。

大例会的最后,乔俊飞老师还和师生分享了对于环境保护自动化研究所未来发展的认识。乔老师提出研究所应认清当前社会发展的新形势,紧密围绕“十三五”发展规划的新要求,科学谋划未来的发展方向:坚持以智能系统研究服务环境保护,建立有特色的实验项目。同时,沿用分组管理办法,细化具体的研究方向,实现实验室平面化、高效性的运营模式等都将成为环境保护自动化研究所近期工作的关键点。

谈及参会感受,博士研究生李凡军和潘广源说,大例会就是一个资源共享的平台,同学们的报告以汇报工作为主,也会提出问题,集思广益,寻求解决方案。当然,小例会相对灵活机动许多。每个小组都会定期举行小例会,内容也是丰富多样的,谈谈建模、谈谈编程,也谈谈就业、谈谈心理变化……实验室成员的交流也并不局限在例会上,只要遇到问题,两三个人、三五个人随时就聚在一块讨论,大家都感觉这样的交流大有裨益。

 

夜色渐浓,环境保护自动化研究所多数实验室的灯光依然亮着……

行走在智能系统护航创新环保的科研路上,相信环境保护自动化研究所定能以交流为锤,以坚持为斧,凿掘出埋藏在科学山石中的更多宝藏。

编辑:卜晓明

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