基于文献计量学的城市污水处理系统智能控制技术商业化前景分析 4页

科技管理研究2009年第9期2009No．9ScieneeandTechnologyManagementResearch文章编号：1000-7695(2009)09—043】-04基于文献计量学的城市污水处理系统智能控制技术商业化前景分析娄岩，傅晓阳，黄鲁成(北京工业大学经济与管理学院，北京100124)摘要：新(兴)技术具有技术发展和商业化前景不确定的特点，如何判断新(兴)技术商业前景，对于技术投资决策具有重要意义。以城市污水处理系统智能控制技术为例，首先论述了用文献计量学的方法研究新(兴)技术商业化问题的可行性；然后采用基于文献计量学的方法，分析了城市污水处理系统智能控制技术的成熟度情况；最后判断该技术商业化是否具备了环境条件，阐明该技术商业化接近成功的程度。关键词：污水处理；智能控制；文献计量学；商业化前景中图分类号：F204文献标识码：A域的发展特征。通过文献计量来预测科学技术的发展前景和1引言趋势，是科学技术预测的一个新的重要途径。同时，文献计随着现代工业的飞速发展，环境保护和污水处理越来越量学中的“文献”与技术产业的发展具有紧密关系，因此可引起世界各国的重视。由于污水处理过程具有多变量、非线以用文献计量学去研究新(兴)技术商业化前景p’。本文首性、时变性与随机性的特点，其控制过程十分复杂；同时，先采用基于文献计量学的方法分析了城市污水处理系统的智污水处理系统的控制又属于多目标控制，需要控制几种出水能控制技术的成熟度情况，然后分析了该技术的商业化环境指标(BOD、COD、SS等)，需要抑制外部环境的扰动变化条件．从而阐明该技术商业化接近成功的程度。对处理过程的影响以确保处理过程的稳定性，同时也需要经2技术成熟度分析济指标最优化。采用传统的控制方法难以实现污水处理的实时控制，智能控制是自动控制发展的高级阶段，具有自学习、既然产业的发展以科学发展和应用科学知识(论文)为自适应和自组织功能，可以解决用传统方法难以解决的复杂基础并形成专利成果，那么从文献计量学角度就可以以文献系统的控制问题。或专利为数据对新(兴)技术的成熟度进行判断。本部分主目前，关于新兴技术商业化前景的研究主要以专家的知要采用基于文献计量的关键词变化法来判断城市污水处理系识和经验为主，而进行主观性的研究比较多⋯。Craig统智能控制技术的成熟度。S．Galbraith等对69个极先进的技术进行了跟踪研究，一个合词频分析是文献计量学中的一种基本的方法。词频分析理的好的技术商业化预测模型可以考虑从组织上和技术上的法是利用能够揭示或表达文献核心内容的关键词或主题词在因素来构建，这些因素有：公司规模、发展阶段和战略伙伴某一研究领域文献中出现的频次高低来确定该领域研究热点关系等拉J。SoYoungSohn等用结构方程模式(SEM)来预测和发展动向的文献计量方法。关键词变换法就是在词频分析技术商业化成功指数(TCSI)，预测过程中涉及技术开发者、的基础上演化出来的一种方法。创新过程通常起始于“一轰技术受让人、技术转让中心和环境因素¨o。TugrulU．Daim等而上”的过度乐观和广泛关注阶段，然后是过分悲观阶段，使用情景分析方法研究了影响食品安全技术商业化前景的不紧跟着是缓慢的反弹阶段。在缓慢反弹过程中，文献出版物同情景，为该技术的商业化提供了不同的见解。国内在这方虽然是在增加。但已经不再是迅猛增加∞1。当用词频分析法面的研究比较少，且仅仅停留在对技术发展趋势的研究或环分析时，发现这一阶段的文献关键词发生了变化，即描述某境分析上，并没有就其商业化前景进行综合研究，而且主要一特性的关键词由多变少、由分散趋向于集中，表明技术开采用主观的方法，其结果比较片面。尽管主观性判断比较容始步人成熟阶段。易实施，但主观性研究的缺陷是不同专家的评估会带来不同我们首先确定城市污水处理系统智能控制技术方面的关的结果。因此，只依靠主观判断很难客观地判断一项技术的键词．然后根据词频高低找出该领域的主要研究热点。我们商业化前景。选用的是ISI—WebofScience(SCI)数据库(1991年到2008文献计量学是以文献体系和文献计量特征为研究对象，年7月)，并利用Bibexcel软件进行关键词统计分析，以采用数学、统计学等计量方法研究文献的分布结构、数量关wastewater、sewage和intelligentcontrol、fuzzycontrol、neural系、变化规律，进而解释与评价过去、现在并预测(见)事network、expertcontrol、automaticcontrol、artificialintelligence物的某些结构、特征和规律的一门科学¨J。邱均平认为，科以及geneticalgorithm为关键词进行检索。忽略部分文章在收技的发展必然带来科技文献量的增加。科技文献与专利的数录时缺失的关键词，共检索出441篇论文，出现1159个关量和结构的变化以及相互引证规律反映了相应的科学技术领键词。这里选取频次排名前30位(降序)关键词作为高频收稿日期：2008—12—31．修回日期：2009—04-02基金项目：国家自然科学基金重点项目“奥运科技产业化及基于奥运市场规则的国际化研究”(70639002)；北京市科技计划项目(Z07001000560709)\n432娄岩等：基于文献计量学的城市污水处理系统智能控制技术商业化前景分析词，其中wastewatertreatmentplant、wastewatertreatmentplants根据表2可以得到以下结论以及waste—watertreatment都并入到wastewatertreatment中。(1)1991--1996年问。出现频次最高的关键词是活性neuralnetwork合并到neuralnetworks中．artificialneuralnet．污泥法(activatedsludge)。由于活性污泥法在城市污水处理work、ANN合并到artificialneuralnetworks中。activatedsludge中应用范围最广，是技术最为成熟的工艺．所以活性污泥法process并入到activatedsludge中，modeling与modelling合并，是当时的研究热点。排名前十的关键词有7个是关于控制方geneticalgorithm并人geneticalgorithms中(如表1)。法的(如模糊控制、动态控制、神经网络、过程控制、专家表1城市污水处理系统的智能控制技术top30词频表系统等)。由于这一阶段研究处于初期、处于探索阶段。文献篇数很少，且研究面也比较宽，但模糊控制(fuzzycon-tr01)是研究热点。(2)1997--2002年间，出现频次最高的关键词是污水处理(wastewatertreatment)，由于城市污水处理系统的智能控制技术是基于污水处理的，所以污水处理出现的频次最高也就不足为奇了。活性污泥法(activatedsludge)出现的频次也很高，仍为当时的研究热点。排名前十的关于控制方法的关键词有6个(神经网络、模糊控制、专家系统、遗传算法、人工神经网络、以及过程控制)，频次最高的是神经网络(neuralnetwork)，其次是模糊控制，说明当时这两方面是研究重点。同时。出现了与污水处理工艺相关的关键词明aero-bicdigestion，说明了理论与实际相结合。研究深入到实际应用中。由表l可以得到以下结论：(3)2003--2008年间，污水处理仍为出现频次最高的关(1)在城市污水处理系统的智能控制技术领域，排名前键词。在控制方法上，与前两个阶段相比，频次最高的关键30的关键词可以分为以下几类：表征研究对象，表征研究内词只有3个：人工神经网络(artificialneuralnetworks)、神经容，表征研究方法，表征控制方法。网络、遗传算法，控制方法开始集中，说明该技术在走向成(2)由表征研究对象的关键词可知，污水处理熟。在处理工艺上，nitrogenremoval及表征控制参数的ORP(wastewatertreatment)和污水(wastewater)为研究热点。和pH排名靠前，关键词发生了转变，显示出研究取得新进(3)由表征研究内容的关键词可知，活性污泥法(aeti-展。在研究方法上，出现了建模(modeling)，说明该技术的vatedsludge)、厌氧消化(anaerobicdigestion)、反硝化作用研究有了新的突破，向成熟迈进。(denitrification)和SBR以及表征控制参数的ORP和pH为研综上所述，在城市污水处理系统的智能控制技术领域。究热点。在不同的阶段关键词的变化不是很明显，但还是有所变化的。(4)由表征研究方法的关键词可知，建模(modeling)、尤其在控制方法上，开始时，描述控制技术的一般特性的关诊断(diagnosis)、预测(prediction)为研究热点。说明从事键词居多(如模糊控制、动态控制、神经网络、过程控制、该项技术理论研究的人居多。专家系统等)，最近描述控制技术的关键词减少(只有人工(5)由表征控制方法的关键词可知，神经网络(neural神经网络、神经网络、遗传算法)，控制方法趋向于集中，networks)、人工神经网络(artificialneuralnetworks)、遗传算根据有关文献¨1的理论，说明该技术开始走向成熟。描述实法(geneticalgorithms)、专家系统(expertsystem)以及模糊施技术的工艺特性方面的关键词的出现，以及技术实施的系控制(fuzzycontr01)为研究热点。统分析特性方面的关键词大量出现，表明该技术开始步入成下面分析各个时间段的关键词的频次，可分为三个时间熟阶段。关键词的这种变化并不是偶然的。随着研究的不断段：1991年到1996年、1997年到2002年、2003年到2008深入，该技术的优势越来越明显。年，分别选取频次排名(降序)前10位关键词(如表2)。3新技术商业化环境判断表2城市污水处理系统的智能控制技术不同阶段top10词频表新技术自身发展步人成熟阶段是新技术商业化的内在条件，而新技术在步入成熟阶段后。技术外部条件就成为新技术商业化成功的关键。本部分对其商业化环境进行分析。3．1相关技术环境分析通过以上分析可知，智能控制作为支撑技术主要集中在模糊控制、神经网络和专家控制。下面分别介绍这些技术的进展情况。模糊控制用于活性污泥法，其节能方面效果十分明显。并且应用到污水处理的多个领域，控制的工艺参数也多种多样。MeyerU等¨1提出了基于模糊逻辑的前置反硝化污水处理厂的控制策略，该控制策略可以根据进水条件及出水水质确定曝气区溶解氧的设定值和硝彬反硝化的容积比例，不仅可以提高出水水质，同时可以降低曝气的能量消耗。彭永臻等¨’在化学工业废水SBR工艺去除有机物过程中将溶解氧\n娄岩等：基于文献计量学的城市污水处理系统智能控制技术商业化前景分析433(DO)浓度作为模糊控制参数，相对传统控制采用模糊控制3．3新技术商业化所需资潭系统处理效率能够提高35％，而能耗却下降了50％，使用模由上可知，城市污水处理系统智能控制技术的支撑技术糊控制系统COD去除率能达到85％—90％。的发展已经相当成熟，但该技术的进一部完善还需要一定的常用于污水处理中的神经网络包括误差反向传播(BP)条件——专业人才。通过文献分析(数据来源于SCI，检索神经网络、径向基函数(RBF)神经网络、自适应神经网络词同上)，共检索到521个机构，我们可以发现以下机构在该等。ChoiDJ晴’将复合人工神经网络作为软件传感器对凯氏技术的研究中处于领先地位(取排名前10的科研机构，如图氮浓度进行推算，应用实际结果表明复合神经网络技术能够1所示)。这些机构主要分布在中国、西班牙、法国和加拿从噪音资料中提取信息以及描述复杂污水处理工艺非线性问大。说明以上这些国家比较注重该技术的研究，同时也取得题，具有较好的应用价值。Doganpl等开发了一种人工神经了一些成果。网络模型来测量每日的污水生化处理中输入的BOD量，数据集来自当地的污水处理厂(按2005年364天的记录)，效率明显提高。专家系统在水处理的自动控制和预测控制、工艺流程选择以及故障诊断等多方面得到应用。FloresJ【J训设计了一个智能化系统来运行和管理废水处理多级厌氧系统，这个厌氧系统由各自的控制器控制，而这些控制器又通过宽带网与中央管理器相联，该专家系统具有模块化结构，容易修改，并且系统启动比人工操作要快。HongSW等¨u已经进行了两年的小型污水处理系统的预测，专家系统包括逻辑存储控制器和一个人机界面，建立了实时数据采集系统，数据通过无线局域网传输系统从各子站传输到中控室，与传统的人工控制方式相比，具有更高的效率和稳定性。图l城市污水处理系统的智能控制技术领域模糊控制、神经网络以及专家系统等智能控制技术在其排名前10的科研机构他领域的应用已经相当成熟，在污水处理领域，作为支撑技因此，城市污水处理系统智能控制技术领域的人力资源术，与传统的控制技术相比，其优势是明显的，该技术的商是比较丰富的，也就是说并不缺乏科研人才，如果加强与这业化是有利的。些科研机构(尤其是图1所示的机构)的合作，该技术会取3．2社会支持与制约环境分析得更大的突破，为该技术实现商业化提供了技术保障。水资源关系国计民生，随着现代工业的飞速发展，环境在城市污水处理系统的智能控制技术领域，无论是支撑保护和污水处理越来越引起世界各国的重视。以下部分将从技术还是社会支持与制约环境，以及商业化所需资源，对其立法、民众意识以及政府投入方面，分别介绍不同国家在环商业化都是有利的，可以说，为其实现商业化提供了有利的保和污水处理方面的情况。环境。德国是工业发达的国家，从1976年开始就制定了污水达标排放标准、污水治理措施及污水排放量控制的法律法规。4小结1997年3月，联邦政府颁布了统一的污水治理法规。叫“污本文应用基于文献计量学的方法，客观地分析了城市污水法”。1970—1994年德国政府用46亿马克用于污水处理厂水处理系统智能控制技术的成熟度及其商业化环境。从上面建设，约109亿马克用于排污系统建设。1991--1996年约投分析中我们可以看出，该技术还未达到成熟．但是，由于国资43亿马克用于污水处理厂建设。污水处理厂的最初投资阶家和社会对环保越来越重视而且该技术具有良好的商业化环段，国家根据处理厂的规模给予当地政府一定的资金援助。境，其实现商业化指日可待。同时，本文为其它新(兴)技新加坡自1972年以来环境部已经建设了能每天处理120术商业化前景分析提供了一条思路。当然，如果能结合主观万立方米工业和居民生活污水的6座公共污水处理厂及一座判断法——基于专家(学术界、产业界与政府有关部门)的污泥处理厂，通过2823千米管网、134座泵站将100％的工知识和经验判断。就能更好地把握新(兴)技术的商业化业废水和97％的居民生活污水送入污水处理厂处理后排放。前景。新加坡政府在过去20多年中累计为污水处理投资达20多亿新元，其中1998年的开支是4．36亿新元．用于项目发展，参考文献：维护污水处理的财政来源是对工业和居民收费。[1]CRAIGSGALBRAITH，SANFORDBEHRLICH．Predictingtechnol—中国政府越来越重视环保事业，环保已成为中国地方政andogysil∞esl$：identifyingkeypredictorsassessinge珥州evaluation府官员政绩考核的一个标准。中国“十一五”期间规划投资foradvancedteehnologi∞[J】．JournalofTechnologyTransfer．20063300亿元用于污水处理事业，政府也会制定相关的优惠政策(31)：673—684．鼓励污水处理事业的发展．所以污水处理在今后几年会得到[2]SOYOUNGSOHN，TACHEEMOON．Structuralequationmodelfor快速的发展。pnedietingtechnologyeo姗哪ializationsuccessindex(TCSI)[J]．从不同国家的情况可以看出，各国都特别重视环保和污Technol09icalForecasting＆SocialChange．2003(70)：885—899．水处理并有相关的立法。所以发展污水处理技术与人民和社【3]TUGRULUDAIM．Forecasting咄rgingteehnoiogi∞：峨ofbibfio-会利益相关。而城市污水处理的智能控制技术又是污水处理metricsandpatentanalysis[J】．Technolo$icalForecasting＆Social领域的佼佼者，因此发展城市污水处理系统智能控制技术与Change．2006(73)：981—1012．社会发展是相符合的。(下转第449页)\n梁华等：节能省地型住宅发展评价方法研究449资源环境质量水平较低，需要加大力度改善和提高。发展能省地型住宅方面的研究还处于起步阶段，知识理论体系都不力虽是逐年增强，由1997年的3．658提高为2007年的够完善，本文只是在其评价研究方面的初步尝试，其中还有2．635，但发展能力还是比较弱，特别是资源环境保障能力很多问题有待于进一步研究。在此希望能引起更多的专家学差。从发展协调度看，重庆市住宅发展整体协调度处于弱持者的关注，起到抛砖引玉的作用。续和基本持续之间，接近于基本持续状态，但住宅业与资源环境协调程度数值比较低，介于0．3—O．7之间，还需要加强参考文献：相互之间的协调性。[1】RYMBAOUENDI．DevelopmentofaprototypetoolfortheevaluationofthesustainabilityofCanadianhouses[D]．Montreal，Quebec，表2重庆市住宅发展评价结果Canada：TheConcordiaUniversity，2003．指标名称权重199719992∞l2003掷2007[2]谭庆琏．关于建设节能省地型住宅的几点思考[J]．土木工程学住宅自身发展水平o．4637563们22．95421682．0781964报，2005。38(10)：l一4．发展社会经济发展水平0．273．55l3．5033．2693．0482．9162，653[3]任宏，时玉发，冯迎宾．“节能省地型”住宅——居住建筑发展住水平宅资源环境质量水平n272．6833．0443．1973．3593．2943．158新趋势[J]．中国住宅设施，2005(5)：17—19．(氆4)发发展水平评价值3．4ll3ls1310527272．6332．472[4]HERIBERTOCABEZAS，CHRISTOPHERWPAWLOWSKI，AU．展住宅自身发展能力03736543．25429222．81926662562DREYLMAYER．NTHERESAHOAGLAND．Sustainablesystems综社会经济发展能力0．2l37743．7623466294728592479theory：ecologicalandotheraspe,ets【J]．JournalofCleanerProduc—合发展能力资源环境保障能力O2I3．8983．9193．9133．85631502746lion．2005(13)：455—467．持续(0．3)政府臂理弼拧能力0213．3lO3，0752．9963．0342．3132102[5]杜栋，庞庆华．现代综合评价方法与案例精选[M]．北京：清度发展能力评价值3．6593．4633，260314628452．635华大学出版社。2005．发展协调度(0．3)2．13523092．05023262．1332，006[6】陈守煜．工程模糊集理论与应用[M]．北京：国防工业出版住宅发展综合持续度3．1023．00428352．72125132337社．1998．3结束语作者简介：梁华(1969一)，男，汉族，重庆人，重庆大学建设管理与房地产学院，博士研究生，研究方向为管理科学与工程。梁怀庆本文运用模糊识别理论，结合AHP指标权重确定方法，(1975一)，男，汉族，江西人，博士，重庆永川区建委，研究方向提出了节能省地型住宅发展综合评价模型。该模型可以对同为管理科学与工程。，一城市不同时期节能省地型住宅水平进行判定，也可以比较不同城市之间的节能省地型住宅发展状态。当然，毕竟节能(本文责编：陈夏)(上接第433页)[4]邱均平．文献计量学[M]．北京：科技文献出版社，1988：102[10]FLORESJ，ARCAYB。ARIASJ．Anintelligentsystemfordistrib-—204．utedcontmlofallanaerobicwastewatertreatmentprocess[J]．Engi·[5]BENOTGODIN．ResearchandthepracticeofpublicationinindustriesneeringApplicationsofArtieialIntelligence．2000，13(4)：485[J]．ResearchPolicy，1996(25)：587-606．—494．[6】MEYERU，HPOPELHJ．Fuzzy—controlforimprovednitrogenre-【11]HONGSW，CHOIYS，KIMSJ。ETAL．Pilot—testinganalter-moralandenergysavinginWWW—plantswithpre—denitrificationnativeon—·sitewastewatertreatmentsystemforsmallcommunitiesan—[J]．WaterScienceandTechnology，2003，47(11)：69-76．ditsautomaticcontrol[J]．WaterScienceandTechnology，2005。[7]PENGYONGZHEN，ZENGWEI，WANGSHUYING．DOconcentra—5l(10)：101—108．tionasafuzzycontrolparameterfororganicsubstrateremovalinSBRprocesses[J]．EnvironmentalEngineeringScience。2004，21作者简介：娄岩(1963一)，男，汉族．北京人，北京工业大学经济(5)：606—616．与管理学院副教授，研究方向为技术创新、技术与项目管理。傅晓阳[8】CHOIDJ。PARKH．Ahybridartificialneuralnetwork岫asoftware·(1984一)，男，汉族。山西人，北京工业大学经济与管理学院在读辩nsorforoptimalcontrolofaw∞tewatertreatmentprocess[J】．Wa—硕士研究生，研究方向为技术创新、技术与项目管理。黄鲁成terResearch。2001．35(16)：3959—3967．(1956一)，男．汉族，河北人，北京工业大学经济与管理学院教授．[9]DOGANEMRAH，ATESASUDE，YILMAZECECEILEN，EREN研究方向为技术创新、技术与项目管理。BEYTULLAH．ApplicationofartificialneuralnetworksIoestimatewastewatertreatmentplantinletbiochemicaloxygendemand[J]．(本文责编：陈夏)EnvironmentatPm伊％，2008，27(4)：439—446．