从“三本账”到智慧运维：看光谱技术如何助力城市排水系统提质增效？

在2025(第十七届)上海水业热点论坛上，智能传感高级工程师、芯视界(北京)科技有限公司副总裁孙常库在题为《光谱传感赋能排水系统智慧运管探索与实践》的演讲中强调，实现“水账”的精准感知与实时解析，是打通排水系统智慧化“最后一公里”的核心。

他指出，水质数据作为“水账”中最复杂且信息密度最高的维度，亟需具备多参数同步监测、强抗干扰和良好一致性的新一代传感技术，而光谱技术的突破，正为这一需求提供了前所未有的解决方案。

随着我国城市化进程进入以“存量提质增效”为核心的新阶段，排水系统作为城市的“毛细血管”，其健康高效运行已成为提升城市韧性、改善人居环境的关键。

面对传统人工运维方式难以应对的管网老化、数据缺失、溢流内涝频发等复杂挑战，智慧排水已成为重要的发展方向。

在这一过程中，以“底账、管账、水账”为核心的“三本账”体系，逐步成为系统诊断与精细化运维的基石。其中，“水账”因能够动态反映水质、水量与水位的真实状态，成为识别外来水入渗、污染来源和运行效能的关键突破口。

在2025(第十七届)上海水业热点论坛上，智能传感高级工程师、芯视界(北京)科技有限公司副总裁孙常库在题为《光谱传感赋能排水系统智慧运管探索与实践》的演讲中强调，实现“水账”的精准感知与实时解析，是打通排水系统智慧化“最后一公里”的核心。

他指出，水质数据作为“水账”中最复杂且信息密度最高的维度，亟需具备多参数同步监测、强抗干扰和良好一致性的新一代传感技术，而光谱技术的突破，正为这一需求提供了前所未有的解决方案。

01.城市排水系统智能化转型：背景与趋势

当前，我国市政基础设施的智能化转型已上升到国家战略层面。2025年召开的中央城市工作会议及国务院发布的《关于深入实施“人工智能+”行动的意见》均明确要求，通过物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术，推动排水系统等市政设施的智能化改造升级，以提升城市运行的安全性和效率。

孙常库介绍到我国排水管网系统规模庞大，总长度已超过95.25万公里，建成区排水管道密度达12.67公里/平方公里。如此庞大的基础设施，加之系统内部复杂(如管网拓扑关系混乱、历史数据缺失、多区域管理责任不清)，传统依赖人工巡查和经验判断的运维模式难以应对，导致一系列突出问题：河道黑臭、污水溢流、污水处理厂进水浓度偏低、城市内涝等问题频发;许多管网长期处于高水位运行，无法看清井下真实情况;管网存在老化、破损、渗漏、堵塞等多种结构性缺陷;不同区域管理责任不清，历史欠账多，缺乏长效数据支撑，导致许多问题难以溯源，即便经过多次排查整治，一些痛点依然反复出现。

为系统性地解决上述问题，排水系统的排查技术不断演进，逐步形成了相互补充的“三本账”体系：“底账”通过人工勘察和GIS技术摸清管网宏观拓扑关系与基础属性，是成本较低且快速厘清系统“骨架”的基础;“管账”利用CCTV检测、QV(快速可视检测)和声纳等技术探查管网内部结构性缺陷与功能状态，为修复改造提供直观依据;“水账”则通过物联网传感器(流量、液位、水质)和在线监测系统实时掌握水流动态(水质、水量、水位)，揭示水的实际流向、来源和性质，是诊断“病因”和评估系统效能的关键。提出“三本账”相互衔接，共同构成排水系统智慧化运维的基石。

“水账”之所以至关重要，是因为排水系统是一个开放的重力流系统，受雨水入流、地下水渗入、河水倒灌等影响巨大。“水账”通过水质、水量、水位这三个维度的数据，回答了“水是什么?(水质)”、“从哪里来?(水质、水量、水位可辅助溯源)”、“到哪里去?(水质、水量、水位可辅助预测)”的核心问题，是连接“底账”的宏观拓扑和“管账”的结构缺陷、实现精准诊断与高效运维的桥梁。

在“水账”中，水质数据对于判断水的来源和性质具有不可替代的作用。排水系统成分复杂，包含溶解态、颗粒态、有机、无机等多种污染物。因此，需要能够同步监测COD(化学需氧量，反映有机污染)、电导率(反映无机离子)、浊度(反映颗粒物)及氨氮等多维参数的传感技术，才能全面描绘水质特征，准确识别污染类型和来源。

对水质数据的需求因场景而异：对于执法监督，要求数据绝对准确，需严格符合国家标准方法，并实施全过程质量控制;而对于区域排查与系统诊断，则更关注数据的连续稳定性、多点位之间的可比性以及趋势分析的可靠性。

传统化学法分析可能存在随机误差，在多点位比对时容易导致误判。因此，区域排查更需要采用具有良好一致性和抗干扰能力的在线传感器，以确保能够准确捕捉上下游之间的浓度梯度变化，精准定位问题源头。

面对日益复杂的水质监测需求与传统方法的局限，光谱传感技术——特别是微型化、智能化的新一代传感器，正成为实现“水账”精准化、实时化的重要技术突破口。

02.微型化光谱传感：重塑排水管网水质监测

在相关技术体系中，孙常库表示该研发团队依托量子点光谱传感技术，成功开发出基于量子点光谱传感技术的系列产品及应用方案。该技术核心优势在于将传统大型光谱仪微型化为芯片形态，其尺寸与手指甲盖或手机CMOS 摄像头相近，这种极致的微型化特性，使其能突破空间限制，顺利部署于隐蔽的地下管网环境中，实现对管网内水质数据的高效采集与分析。

该技术所采用的核心材料为量子点纳米材料，这一材料曾荣获2023 年诺贝尔化学奖;同时，该量子点光谱传感技术早在 2015 年便已在国际顶级期刊《自然》发表，当时即被认定为具有颠覆性的技术成果 —— 它是行业内首个能将光谱传感器嵌入排水系统这类狭小空间的技术，为地下管网水质监测提供了关键技术支撑。

编辑：赵凡