水資源AI賦能

◎ 作者卓伯全博士集結多年實務經驗與研究，為水處理專業人員提供智慧水務管理的創新思維與實用方法。
◎ 深入探討AI於水資源管理系統的應用，展現智慧化如何優化水資源的利用與保護，實現永續發展。
◎ 從淨零碳排到ESG永續目標，解析AI賦能如何驅動水資源管理系統的數位轉型，邁向環境永續的未來

以深入淺出的方式，介紹智慧水務的整體概念，
結合環工理論技術和人工智慧系統，
為水處理從業人員在智慧化管理與控制建立了清晰的邏輯，
把複雜的環工理論和實務的單元操作，
用模組化的方式架構出易於上手的模塊式系統組合。

本書對於數據驅動智能管理的軟硬結合、
線上線下綜合服務的智慧水務管理平臺、
離散站點的管理，以及精確加藥、精確曝氣單元的AI推論主機，
均有詳細的描述，不論是設計人員、工程人員、操作人員，
都可以快速的進入水及污（廢）水處理系統的智慧化領域，
掌握關鍵有效的控管模式。
此外，更結合了淨零、減碳、永續發展等重大議題，
讓智慧賦能貫穿整個水淨化、水平衡與水循環領域。

★★專業推薦
謝宏炅／基士德科技董事長
黃志彬／陽明交大終身講座教授
王藝峰／經濟部水利署副署長
賴秋助／工研院材化所副所長
李丁來／臺灣自來水公司總經理
蔣本基／臺大環工所終身特聘教授
林財富／成大環工系講座教授
張添晉／中原大學環工系講座教授
張鎮南／東海大學環工系榮譽教授

■ 推薦序

十年一劍霜刃試　三十寒暑志愈堅
文／謝宏炅（基士德科技股份有限公司董事長）

與伯全結緣於2014年仲春之際，時值工業4.0概念提出，傳統產業探索智能製造，GSD也正在為上市規劃及發展策略進行思考和布局。爾後，基士德大膽的決定以智能化作為GSD全系列產品發展方向，從「智慧水泵」切入進行智慧化轉型升級。當時，對於伯全將即時控制，智能化與智慧化理念，導入水務管理體系的投入與堅持，留下深刻的印象，也邀請伯全以顧問的身分參與GSD智慧化工作的指導和協助。

在GSD順利於2018年底返臺上市後，經過一年多的布局和團隊組建，卓博士正式接任臺灣公司智能研發技術總監，結合GSD「設備+環工+智能」的全方位解決方案，在智慧水務的應用場景與實際操作進行整合，形成GSD獨特的個性化競爭力。在這些持續的開發和過程的積累中，也為本書的促成埋下了萌芽的伏筆。

本書中，伯全以深入淺出的方式，介紹了智慧水務的整體概念，結合了環工理論技術和智能AI系統，為水處理從業人員在智能化和智慧化建立了清晰的邏輯，把複雜的環工理論和實務的單元操作，用模組化的方式架構出易於上手的模塊式系統組合，不論是設計人員、工程人員、操作人員，都可以快速的進入水及污水處理系統的智慧化領域，掌握關鍵有效的控管模式。對於數據驅動智能管理的軟硬結合、線上線下綜合服務的智慧水務管理平臺、離散站點的管理、以及精確加藥、精確曝氣單元的AI推論主機，均有詳細的描述。除此之外，本書更結合了淨零、減碳、永續發展等重大議題，讓水處理智慧賦能貫穿整個水淨化、水平衡與水循環領域，為水資源智慧化管理提供了不同視角的全方位思維。

多年來，GSD始終不斷地在智慧水務領域持續投入，所謂十年磨一劍，我們很高興的在這些年裡，參與了諸多案場場景的實際應用，也更榮幸的成為臺灣水務發展協會智慧水務小組的一員，投入水務智慧化技術指引與規範的編撰。今年適逢基士德集團川源（中國）成立三十周年，謹以此書，作為GSD成功的從專業水泵製造商，轉型為污水處理全系列設備供應平臺，再到環保領域全方位解決方案的綜合服務型集團公司的歷程記錄。對未來，我們充滿信心，今後，GSD仍然會在智慧水務的發展道路上，與大家攜手同行！

■ 作者序

按真理的軌跡而行

1988年，在進行決定以曝氣氧化或氧化劑氧化染整廢水中偶氮（-N=N-）染料發色團的實驗中發現，當-N=N-被氧化斷鍵時，廢水中的氧化還原電位（Oxidation-Reduction Potential, ORP）會產生折點（break-point）變化，且監測此等ORP break-point發生的時機可有效掌握曝氣氧化或氧化劑氧化反應的終點。直至1995年，在進行高級氧化程序（Advanced Oxidation Processes, AOPs）對ABS（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene）樹脂廢水的生物可分解性研究中，再度驗證ORP break-point在臭氧氧化ABS廢水過程中的監測性與可控制性，進而確立了我在廢水處理系統自動化監測與控制技術的研究方向。

1997年起，我開始進行高級生物脫氮除磷機制與自動化程序控制技術之研究，同時於輔導經濟部工業局建置台灣各級工業區污水處理廠廢水管理系統期間，藉由推動各級工業區污水處理廠電腦化、資訊化及自動化的過程，導入ISO14001環境管理系統績效評量指標並建置污（廢）水管理資訊與決策支援系統，以符合建置ISO14001環境管理系統污染預防及持續改善的原則與目標。同時，也開始規劃水與污（廢）水管理系統自動化後，經由智能化操控邁入智慧化管理與控制的發展路徑。於是自1999年起，我開始將模糊理論（Fuzzy Logic）及類神經網路（Artificial Neural Network, ANNs）導入水與污（廢）處理系統，進行人工智慧（Artificial Intelligence, AI）與智能化程序控制技術之研究。至2005年止，上述研究成果合計發表國內外期刊論文33篇，技術報告11冊，並榮獲環境工程學會優秀論文獎殊榮。

2005年起，成立環境工程技師事務所，開始致力於將上述研究過程所發展的最佳化曝氣節能控制模組及最佳化生物脫氮除磷程序控制模組應用於污水處理廠POC驗證工作，並推廣前瞻性環境資源管理與環境污染控制技術。2010年，因有感於新世代環保產業必須結合資通訊科技（Information and Communication Technology, ICT）產業及環境工程與管理技術，並透過智能化感知技術、物聯網技術、即時數據分析、雲端化服務，在發展智慧環境的過程中打造出藍海（循環）經濟的創新價值，乃積極投入環境智聯科技的研發工作。直至2018年，開始應用環境智聯科技所研發之廢水自動化監測及智能化控制模組，進行水資源回收中心可視化智能管理平台的建置及A2O（厭氧—缺氧—好氧）生物處理程序智能化控制，驗證成果及成效顯著，進而決定全力推展「環境智聯科技」。

2020年2月，應聘進入基士德科技股份有限公司（以下簡稱GSD）服務，擔任技術總監一職。GSD自2015年成立智慧水務推動小組以來，一直致力於為建設及營運中的淨／污（廢）水處理廠提供智慧節能的解決方案。並憑藉多年的環工技術和經驗，針對水與污（廢）水處理、污泥處理及河道淨化等方面，提供技術評估、診斷、改造及設備維修與智慧監控等服務。2018年，GSD已成功開發了智慧物聯（AIoT）系統，包括水泵、風機等單機設備智慧產品、EP6監控預警智慧模組等產品及技術服務，奠定「設備賦能」技術發展策略的基石。

2020年10月，我結合「設備賦能」、「程控智聯」與「智能巡檢」等技術訂定智慧水務發展策略，並帶領GSD研發團隊陸續完成應用於水與污（廢）水處理系統中物理、化學及生物處理單元及程序之智能化操控模組及智慧型推論模型，與大數據分析、邊緣運算等產品及技術服務。目前，GSD水資源AIoT管理平台已被產、官、學、研定位為一個可廣泛應用於水資源管理系統，達到設備延壽、操作優化、精簡管理及節能節費等目標之技術服務平台。

直至2023年，建置水資源AIoT管理平台儼然已成為實現水資源管理系統精實管理的必要途徑。其中，生物曝氣及化學加藥之智能化與智慧型精確控制技術，不僅成為水資源管理系統節能降耗不可或缺的執行方案，更有助於降低污（廢）水處理過程的總碳排放量，在實現淨零碳排的路徑發揮立竿見影之效。另水資源AIoT管理平台具高度整合性，能夠將線上監測水質參數、設備運轉數據以及耗用人力、電能數位化，透過大數據資料庫及可視化軟體，將原本複雜難以理解的運行處理單元及程序之情境及場景，簡化為一目了然的視覺化管理介面，實現虛實整合的數位孿生系統，協助企業加速雙軸轉型（數位轉型×永續轉型），以符合永續經營及ESG的目標。
惟在將AI導入水資源管理系統的過程，從一開始操作管理者深怕工作會被AI取代及無法相信AI可以完成如此高度複雜性及變異性的程序控制，到研發人員對AI認知的差異而被認為只是為AI而AI，甚至資通訊業者及自動化廠商認為只要將監測控制訊號可視化或建置物聯網（Internet of Things, IoT）系統就是智慧化管理等等的迷思及誤解，導致智慧水務發展方向的模糊化。再加上，近年來生成式AI技術的不斷發展及普及，已被誤認為可以取代水資源管理系統的領域知識者和AI工程師的角色，極可能造成水資源管理系統智慧化管理及控制策略的混沌化現象，操作管理者無法判斷真假及對錯，進而對AI的導入產生恐懼、誤解或不信任，屆時將成為發展智慧水務的障礙。因此萌生記載水資源管理系統AI賦能的本質與內涵，以及實現AI未來發展趨勢的技術特徵的想法及作法。

一路走來我相信，堅持造就軌跡、軌跡成就真理。我受到師長的栽培及各方貴人的提攜得以善盡本質學能堅持環境智聯科技的發展軌跡，並以理論基礎為依歸研發水資源管理系統AI賦能技術成就發展智慧水務的真理。期待本書所記載的真理可以消弭環境智聯科技前進的障礙，讓智慧水務發展的方向清晰明確化，善盡一位環境保護從業人員的責任與使命。