人工智能（Artificial Intelligence  ，AI）兴起于20世纪50年代中期，是一门综合了计算机科学、控制论、信息论、语言学、神经生理学、心理学、数学、哲学等多种学科而发展起来的综合性学科[1]。它通过研究能够模仿人类智能的理论和技术方法，进而设计出可以模拟人类智能行为的应用系统，完成常规计算机系统、自动控制系统难以实现的诸如自然语言理解、自动程序设计、智能机器人、专家系统、智能控制等智能活动。目前，人工智能理论和方法对其它学科、领域的迅速渗透，已成为各工程应用领域研究的热点，所取得的成就令世人瞩目。 从 20 世纪 70 年代开始，国外就有学者探索将人工智能技术的成果应用于污水处理领域，以解决过程控制、系统建模、故障诊断等这些对知识依赖性高，而传统技术、方法难以解决的关键问题[2~5]。  
1.1  问题的提出及研究意义
1.1.1  问题的提出
水是构成人类生存环境的要素，是人类社会和经济发展的基本条件。伴随着人口增长与经济发展，人类社会对水的需求与日俱增。与此同时，工业废水和城市生活污水的排放总量越来越大，水环境恶化、水资源短缺已成为全人类共同关注的世界性问题。 我国虽然水资源总量丰富，居世界第 6 位，但人口众多，人均占有水资源排世界第 108 位，已被列为世界 13 个贫水国家之一[6]。与此同时，我国的水体污染也相当严重。据国家环保总局的统计[7]，2003 年全国废水排放总量为 4460 亿吨，其中工业废水占 46.2%，生活污水占 53.8%。2003 年在全国七大江河水系的 407个监测断面中，仅有 38.1%的断面符合Ⅲ类以上水质标准，劣Ⅴ类水质占 29.7%。全国 75%的湖泊出现了不同程度的富营养化。水资源短缺和水污染并存的局面严重威胁着人民的生活和社会经济的发展。另外，我国水污染治理严重滞后。在“十五”重点流域水污染治理建设项目中，已经建成的只占计划的 32%，正在建设的占28%，还有 40%的项目尚未动工。部分已建污水处理厂的运行状况也不够理想。据建设部统计，全国城市生活污水处理率达 42%，但已建成的城市污水处理设施运行也极不正常，有 1/3 开开停停，还有 1/3 根本就未运行。目前，我国城市污水处理厂的吨耗电量是发达国家的近 2 倍，而运行管理人员更是其若干倍[8]。一些污水处理厂自投产以来，更受着处理效果不佳、运行费用高和污染环境等问题的困扰。
因此，在加速建设污水处理工程的同时，如何在污水处理厂的运行控制和管理工2 作中采用高新技术，提高系统的稳定性、可靠性和节能降耗是我们必须面对的重要课题。 国外一些经济技术发达的国家，在二级处理普及后就开始致力于污水处理自动控制理论及技术的研究，并从20世纪70年代起就在污水处理厂实施过程控制。经过几十年的发展，无论是从经典控制、现代控制、智能控制或是还不错新的人工智能方法的应用上，都取得了不少的研究成果[9~13]
。应该看到，改革开放以来我国政府也逐步投入了大量的资金和科研力量，用于水污染治理的研究及基础设施的建设工作。科研人员在加强污水处理工艺研究的同时，也日益重视对污水处理过程的自动控制技术研究。特别是近十几年来，通过技术引进、协作等手段，许多新建和改建的污水处理厂都配备了必要的监测仪器仪表和自动控制系统，其中自动控制系统的软硬件配置基本保持了与国外还不错新技术同步发展的水平。然而，由于我国在污水处理自动控制应用研究方面起步较晚，加之从事该领域研究的人员较少，以及其它各方面的原因，真正投入实际应用的研究成果极少。目前，我国不少污水处理厂花大量资金投入建立的自动化系统仅仅实现数据采集和简单的开/关控制的功能，没有充分发挥高额投资应有的作用，离我们希望达到的目标更是相去甚远。