南水北調中線工程給北京帶來清澈、甘冽的水源，在千里跋涉的輸水路途中，一些水藻也偷偷隨著“南水”進京。今年8月份，在位于北京北五環外的一家水廠“前哨”位置，北京市水科院的專家在這里布設了第一臺藻“臉”識別自動監測設備，這也是中國自主研發的藻類AI自動監測設備首次用于供水安全保障。自動監測設備的加入，讓藻類監測數據的獲取時間從曾經的48小時大幅縮短至20分鐘。
藻類AI自動監測設備內部結構。受訪者供圖
一間超級微縮版的“實驗室”
截至目前，北京共有14家水廠接納“南水”，經過水廠嚴格的處理工藝，“南水”隨著供水管網進入千家萬戶，北五環外的這家水廠便是14家水廠之一，這臺藻類AI自動監測設備就布設在這家水廠的水處理車間內。從外觀上看，它其貌不揚，方方正正的外觀，設備正面裝有監測顯示屏，設備下方幾根插入水廠“南水”中的水管顯示出它的獨特作用。
在藻類AI自動監測設備研發之前，藻類監測主要以人工為主，工作人員取水樣后，帶回實驗室，經過一系列的技術方法，工作人員在顯微鏡下用肉眼數樣品中藻類的數量和種類。北京市水科學技術研究院城市水生態環境研究所高級工程師張蕾告訴記者，這臺藻類AI自動監測設備好比一間微縮的實驗室。水管自動抽取水樣后，進入設備中的小水箱進行定量，然后模擬實驗室檢測環節中的水樣濃縮過程，將水樣濃縮至一定量之后，再進行圖像采集，相當于給藻“拍照”。藻“臉”圖片傳輸至后臺后，和數據庫中的藻類圖像進行對比，自動識別是哪種藻，并分析相應結果。這些數據最后會返回設備的顯示屏，后臺系統也能同步讀取。
圖像數據庫。受訪者供圖
張蕾介紹，如果用人工的方式，往往需要至少48小時才能獲取藻類數據，但是這臺設備僅用20分鐘就可以完成監測并且反饋數據。
自動監測設備可迅速為水廠提供相應數據
首臺藻類AI自動監測設備為何要布設在水廠“前哨”？北京市水務局供水管理處二級主任科員湯瀟介紹，“南水”由明渠進入北京，呈現出夏季高溫高藻，冬季低溫低濁的特點，因此在夏季重點監測藻類的變化非常重要。作為監測預警，對于水廠來說，如果能夠盡快獲取藻類的變化數據，就能及時調整水廠運行的工藝，多級屏障確保市民飲水安全。
目前“南水”水廠出水水質如何？湯瀟介紹，南水北調中線工程沿線設有水質監測中心，目前水質數據已實現共享。此外，北京所有接納“南水”的水廠都實現了100%的深度處理工藝，在制水過程中采用活性炭吸附、臭氧消毒、膜過濾等國際先進的水處理工藝，使各環節水質全部符合國家生活飲用水衛生標準要求。以濁度為例，國標出廠水要求為不高于1NTU，北京市自來水集團控制指標為不高于0.3NTU；地表水廠硬度一般可以控制在150mg/L（毫克/升）以下。
對話：希望將藻類AI自動監測納入北京智慧水務建設
新京報：為何要研發藻類的自動監測設備？
張蕾：之前我們開展藻類監測以人工監測為主，首先取水樣，然后在實驗室進行48小時的前處理，最后進行人工計數，也就是說用肉眼通過顯微鏡數有多少種藻類。所以，這種方法從取樣到最后得到藻類密度的周期比較長。
這么長的周期不足以支撐相關部門做出決策，因為有很多應急事件處置時間非常短，數據跟不上，就會影響到決策的制定。另一方面，人工識別藻類的培訓周期很長，而且這方面的專家特別少，所以工作人員想快速、全面地掌握藻類識別挺不容易的。
基于這兩方面的原因，我們考慮通過類似于人臉識別的方式，對藻也進行自動識別，構建藻類數據庫。此前，北京水文總站監測到的藻類有300多種，如果我們一開始就在自動監測設備中建立那么龐大的數據庫，相對來說比較困難，所以我們首先選擇了在北京常見的26種藻進行一期數據庫的構建，未來還會不斷擴充。
新京報：為什么要進行藻類監測？
張蕾：藻會影響水生態，最常見的情況是河湖中藻突然增多，水華現象就比較明顯。近幾年，隨著北京水資源調度，水華現象明顯減少。從供水的角度來看，“南水”進京后，我們十分關注藻的影響。因為在南水北調過程中，輸水距離很長，這種渠道環境適合藻的生長，有可能會影響到水廠水處理的工藝。
顫藻，易引起水華。受訪者供圖
因為藻非常小，它們只有聚集起來才能夠看到明顯的變化，所以水生態環境很多時候只有出現問題了才會被發現。如果我們能夠實時掌握藻類數據，就能進一步挖掘藻的密度與哪些指標的關聯性更大。比如，藻如果與氣溫的關聯比較大，那么我們通過天氣預報就可以預測未來幾天可能是藻類生長的活躍期，水廠就可以提前調整水處理工藝來應對。
新京報：近年來，北京藻類有何變化？
張蕾：前幾年，我們在密云水庫做過藻類的變化分析。“南水”進京后，輸送來的硅藻偏多，而且硅藻比其他藻的顆粒大。目前，硅藻已成為北京的優勢種，也是我們重點關注的對象。
硅藻，脆桿藻屬。受訪者供圖
新京報：第一臺設備為什么選擇放置在這個位置？
張蕾：這里是水廠的“前哨”，是“南水”進入水廠前預處理的前端。如果在這兒發現藻有異常，水廠可以迅速調整水處理工藝，確保安全供水。
新京報：下一步有何構想？
張蕾：我們要構建藻數據庫，如果用人工的方式可能需要幾年的時間，但是隨著自動監測設備的加入，藻圖像采集速度會加快，這樣就可以盡早建立起藻數據庫。下一步，我們會加快布設設備，通過前端“哨兵”的增加，共同保障水質安全，同時繼續豐富藻數據庫。
另外，隨著監測站點逐漸增多，我們可以從空間上獲得藻類變化趨勢，對藻密度變化進行分析，為預測、預警提供基礎。未來，我們希望把這項技術納入北京智慧水務的建設中。
