游泳池水質診斷專家系統

壹、    前言 隨著2008奧運的來臨，游泳運動已成為當今的熱門項目和生活的一部分，游泳市場也趨向多樣化的發展，從單純的室外游泳池、室內溫水游泳池進而發展出按摩池、水療池等，呈現出多元的休閒文化；面對消費市場快速變化和激烈的競爭，傳統的水質管理品質已經受到嚴格的考驗，諸如池水混濁、尿素超標和氯臭味道刺激問題等，已經不可以再以使用人數太多或加藥濃度太高多來解釋。面對這類新型態休閒文化所衍生的問題，管理者共同的困擾即是缺乏專業管理人才。隨著電腦硬體功能的增加與Internet的發展，對於過程系統的故障診斷，智慧化的專家系統已發展出解決問題的新途徑。自1990年以來，大量專家系統被廣泛應用於各行業，針對游泳池水質處理的線上專家系統也陸續問世，諸如Pool Program，Poolwizard等，即是迅速反應市場的實用套裝軟體；但是，其中相對於現場機器設備與水質分析狀況描述則太過於理論與複雜。游泳池的水質管理者在面對解決水質問題的急迫情況下，對這類套裝軟體常有不順遂的感覺。 藉由網際網路作結合水質平衡（Water Balance）的理論基礎，配合專家學者與現場水質管理者，以實際的經驗和知識提供對游泳池池水作即時線上診斷，簡單而快速的即時互動，讓管理者能於第一時間掌握水質的變化傾向，以發展出一個理想的游泳池水質管理線上支援系統是未來游泳池水質管理的發展方向。   貳、    游泳池水質法令比較 游泳池因為設置和目的不同，導致使用物件不同；在實際運轉時也會導致水質障礙不同，例如教學用的室內游泳池會因為上課人數過於集中而發生水質混濁、尿素超標或細菌過高，室外游泳池則會因為紫外線對氯的破壞而造成游泳池長綠藻等不同水質障礙；為探索此種差別障礙的解決方法，以下列相關法令作出如表一水質標準比較表，藉以瞭解游泳池水質在國際上的標準參考：   表一　游泳池水質標準之比較   中國 臺北 日本 美國 澳洲 德國 WHO FINA 酸鹼度 6.8-8.5 6.5-8.0 5.8-8.6 7.2-7.8 7.2-8.0 6.5-7.6 - 7.2-7.6 自由餘氯 0.3-0.5 0.5-1.0 0.4-1.0 1.5-5.0 1-2 0.3-0.7 1-3 0.3-0.6 結合氯 - - - 0.2 1.5- 0.2- - 0.4 異氰尿酸 200 - - 80 50 - - - 濁度 5 NTU 看到最深 0.2 NTU 看到最深 看到最深 - 0.5 NTU 看到最深 還原電位 - - - 700 - 750-770 750-770 700+ 化驗方法 - - DPD DPD DPD DPD - DPD   比較上表各游泳池水質標準，可以歸納出游泳池水質標準設定的不同，可作為發展系統設計的參考依據： 1.自由餘氯明列以DPD為測試方法。 2.結合氯與自由餘氯兩者的濃度需分別訂定濃度範圍。 3.異氰尿酸的濃度有明確的限制。 4.使用還原電位值作為水質狀態的描述。 5.池水的濁度有明確的定義。 參、    游泳池水質管理之現況 目前國內游泳池水質的法令主要是以中國工程建設標準化協會標準所制定的《游泳池和水上遊樂池給水排水設計規程》為參考依據；其中對水源的標準則是以《生活飲用水衛生標準》GB 5749的規定為依據，其中對重金屬有明確的要求，但是對大標泳池而言卻是會因為大面積的反射而造成有顏色的呈現。 氯的殺菌功能是以次氯酸的強度為主要的作用機制，而不是以它的濃度為主要參考目標；但是，由於防疫單位是以氯的濃度作為稽核的依據，以至於游泳池的現場水質操作人員容易因此而疏忽了酸鹼度與異氰尿酸的控制，進而誤以為自由餘氯的濃度即是殺菌強度，因而導致池水因此而失控；對照上項法令的比較內容，可以看出，為了控制次氯酸的強度，對酸鹼度、異氰尿酸、結合氯與還原電位有明確的限制。由於目前《游泳池和水上遊樂池給水排水設計規程》中沒有明列自由餘氯的測試方法，以致於OTO（ORTHOTOLIDINE）與DPD （N, N-Diethyl-p-phenyleneDiamine）同時被現場所採用，此舉容易造成會造成總氯與自由餘氯濃度呈現的混淆。而游泳池的水質操作函蓋游泳池基本構造（Basic Equipment）亦即游泳池的池體結構、過濾機具、迴圈管路、加藥系統與控制系統，其中的池水的迴圈數（Turn-over Rate）、管中水流速度、篩檢程式水流率、水面溢流比（Skimmer/Overflow）等游泳池的硬體設計雖有明確的設定值，但是在實際運作時，往往會因為節省營運成本而定時停機或更改機組的情形發生；因此，在解決水質障礙時，影響因素包括化學藥劑均勻速度、反應時間與過濾效率等。 基於上述，目前國內的游泳池管理生態環境，可說是處於較原始的狀態，除了防疫單位的消毒指數監督外，並沒針對泳客舒服度與抱怨等作出有效的管理，游泳池水質管理者在實際運轉上只能以防疫單位的稽查為最終目標，在面對游泳池水質異常時，只能憑藉自己的經驗和藥劑廠商的協助，沒有正確的水質平衡理論作支持，而其水質障礙成功排除的再現率也往往無法提升，因此，利用網際網路的特性，結合多媒體與水質專家的溝通和協助，可以提高和穩定水質障礙成功排除的再現率。 透過網路進行游泳池水質診斷並據以排除水質障礙，其成敗取決於網路基礎建設的普及度，而網路的使用日漸廣泛，資訊流通快速，科技瞬息萬變，借著多媒體技術和網際互動軟體的發展日趨完善，圖形、影音、超連結、虛擬實境、線上交談軟體以及線上互動模組等網路科技豐富了網上尋求答案的便利性與多元性，再加上頻寬限制逐步開放，為線上診斷技術奠立了良好的基礎，利用現代資訊科技我們似乎為解決游泳池水質障礙的問題找到了解決的方法。  肆、    線上游泳池水質診斷相關軟體 隨著個人電腦的普及率提高，多媒體與網際網路的應用發展無遠弗界，游泳池水質管理的教學發展也一路由平面文字敍述、錄影帶教學和CD光碟演進至線上即時的互動水質診斷輔助系統；藉由多媒體的特性，游泳池的水質障礙描述可以更簡化，並且據以提供正確的水質障礙解決方法。表二列舉以英文呈現的游泳池水質診斷系統，其分類如下： 表二　游泳池水質診斷系統分類 水量計算 化學測試 水質平衡計算 水質診斷 Focuspools epoolandspa Aaquachek Perfectpoolandspa Poolcity Poolmaster 2000 Poolandspachemicals Poolease Poollife Poolprofessor Poolemporium PoolProgram Swimming- pool-thing PoolSoft   Poolspa       Poolwizard  以上各系統的多媒體人機介面分析如表三： 表三　人機界面分析表 編  號 名    稱 資料登錄 圖形引導 條例選項 數據呈現 文字說明 圖表顯示 1 Aaquachek ★     ★ ★   2 epoolandspa ★     ★ ★   3 Focuspools ★ ★   ★     4 Perfectpoolandspa ★   ★ ★   ★ 5 Poolandspachemicals ★     ★     6 Poolcity ★           7 Poolease ★ ★   ★     8 Poolemporium ★     ★ ★   9 Poollife ★           10 Poolmaster ★     ★     11 Poolprofessor ★ ★   ★ ★   12 PoolProgram ★ ★ ★   ★ ★ 13 PoolSoft ★     ★ ★   14 Poolspa ★ ★ ★ ★     15 Poolwizard ★ ★ ★   ★ ★ 16 Swimming-pool-thing ★ ★   ★ ★   呈現比率% 100 44 25 75 50 20   比較上表後可得知，水質診斷系統中最重要的因素是輸入和輸出的呈現，其次為文字說明與圖形引導；在實際執行系統測試時也會發現，水質異常條件無法在條例式選項或圖表中找到適合的選單，另一方面，藉由簡易的圖形畫面可令使用者容易上手操作的介面、資料呈現的完整性等，都是不可或缺的設計因素。而對於操作呈現畫面的要求，也是在系統開發前需要考慮的重要介面。 游泳池水質診斷工作是游泳池水質管理的重要因素，當游泳池水質診斷專家系統可以避免水質障礙或縮短水質處理時間時，不但可以提升現場水質管理者的滿意度，也是減少資源浪費的方法之一。然而，近年來雖然游泳池的水質管理已受到國際上相關產業界的重視與研究，並且有相當不錯的成效，但是在人機界面的實務應用等問題，仍然有加強的空間，有鑒於此，以多媒體呈現的方式來建構一個以游泳池水質診斷背景的水質管理決策支援系統，利用故障分析技術與實際運作的水質處理知識結合，可以改善現場管理者的需求。 因此，綜合以上對系統設計應有的具體做法如下： 1.    以目前市場上存在的消毒殺菌劑作成分的瞭解，對各別品牌作出酸鹼度、含氯量與異氰尿酸的含量差別。 2.    對DPD與OTO水質測試工具的差別和操作步驟作說明。 3.    確立水質問題的診斷程式，以池水的外觀作為故障分析的頂端事件，作出詳細的故障解釋。 4.    統一畫面，力求簡化水質診斷的步驟，儘量避免以條例點選而以圖像比對方式代替文字的輸入。 5.    建議改善處方應加入藥劑數量與使用步驟。   伍、    游泳池水質診斷專家系統的規劃 由於水質診斷系統是游泳池日常運行決策支援系統的一個部分組成，其主要功能為水質診斷，用以作為游泳池水質營運的維護、檢測和障礙解決；系統流程是根據使用者輸入的資料和資訊，對游泳池現場的實際運行情況作出水質診斷，確定運行中出現的問題並給出建議解決的處方；在故障檢索方面則是對水質管理運行中經常出現的問題，採用故障列表的形式進行檢索，對具體的故障給出原因和解決策略的詳細分析；因此在建構該系統時，需從現行游泳池水質操作者所經常面對的難題，評估流程與管理者需求來分析，以籌畫建置系統應有的功能與內容。  一、游泳池水質診斷知識的獲取和轉化 游泳池水質診斷知識的獲取和轉化是水質診斷專家系統開發過程中最為重要的階段。在系統的開發過程中，彙集游泳池水處理專家、游泳池水質實際管理者與游泳池水質書籍中所獲得的知識，採用故障樹的表示形式，將水質診斷轉化成為適合於程式語表達的形式，儲存在系統的資料庫內。在此過程中，不斷從游泳池水質管理者的實際運作處獲得回饋資訊，及時對知識轉化和表達中出現的錯誤進行修改。游泳池水質診斷專家系統故障分析的建立，需要考慮游泳池的基本構造與水質化學，包括游泳池的過濾機具、加藥種類、池水體積與測試工具。從水質異常發生的影響後果來看，危害程度程度較大的是水質化學的控制不良，因為水質化學是游泳池水質的主要執行工具，因而水質化學產生變化時，經常是造成水質異常的直接原因；也因此，應從此一直接原因著手對系統進行分析；此外，水質化學發生變化也是系統其他部件出現異常的反映，以此著手分析時即可輕易追查出其他部件可能出現的故障。而水質化學發生變化的後果最直接呈現的即是池水外觀與泳客的反應。因此，在進行水質診斷的故障分析時，可選定此兩項作為故障樹的頂端事件： （一）池水外觀有池水變顏色、混濁、長綠藻與產生泡沫等四種呈現。 1.池水有顏色：呈現綠色、棕色與黑色。 2.池水混濁：有機物存在與含氯量不足。 3.長綠藻：以綠藻和黑藻的區別。 4.池水產生泡沫：以存在人體脂質與水質老化二種區別。  （二）泳客反應則有尿素超標導致氯臭味道、細菌過高、酸鹼度與還原電位偏離等四種反應結果。 二、游泳池水質診斷結果的表達與呈現 為了讓管理者可以很清楚的知道目前的水質狀態，並能與游泳池現場設備作比對，以瞭解水質變化的解決方法。因此，充分利用電腦多媒體的優勢，運用文字、圖形等多種方式向現場管理者作呈現，是系統介面設計的重要考慮。因此對於池水的變化，其處理程式應如下： （一）池水外觀判斷：池水顏色以圖像呈現比對顏色選擇；綠藻狀態，以圖像呈現比對是黑藻與綠藻的選擇；而混濁程度，則以能見度表示。 （二）池水水量計算：以圖像呈現不同形狀的池體引導使用者填入長寬深尺寸作為水量計算基礎。 （三）化學藥劑與測試工具種類判斷：以用圖像呈現外觀包裝，並列文字說明輔助確認。 （四）篩檢程式型態判斷：以圖像呈現不同型態並作影像的輔助正確操作解說示範。 經由上述水質狀態、化學藥劑、測試工具與篩檢程式選項確定後儲存于資料庫，應用水質故障診斷推論其水質障礙原因並以此輸出其結果。同時利用資料庫作數學運算，作出建議處方計量，提供使用者解決水質問題。 三、游泳池水質診斷資料的保存與延續性 目前游泳池水質管理大都是採用傳統的紀錄方式，且由管理者自行保管；這種方式容易流於形式，而且資料容易混亂，游泳池現場的檢核表（Check List）不易將水質情況明確紀錄和比較，無法得知經驗模式的再現率。另一方面，水質診斷系統的依據也必須因為日新月異的新設備而有所擴充。因此，讓水質診斷資料可以更方便且安全的方式保存下來，是系統設計時重要考慮因素。   綜合以上的分析，可以瞭解到為了降低水質診斷工作的誤判率，增加使用者建議處方施作結果追蹤是很重要的因素，同時因為市場上不斷會有新產品的出現，資料庫維護是必然的工作；因此，系統在設計初期就需要以現場使用者的立場為出發點作為系統資料更新的依據，其作法應如下： （一）透過水質平衡理論與現場水質管理者的回饋，修正水質診斷知識的推論基礎。 （二）人機介面采多媒體方式呈現。 （三）追蹤使用者水質診斷結果，補強知識庫。 （四）利用串流影音檔與切割圖檔縮短網路傳送時間。  陸、    結論 游泳運動休閒化已經是國際潮流，面對日漸苛求的高品質游泳場所，水質管理者的挑戰目標也日益升高，雖然游泳池的水質化學理論存在久遠，游泳池水質診斷系統在國外也行之有年，但是，在面對水質異常的溝通時，水質狀況與藥品器材的描述卻是主要的障礙，因此，在詳細的周邊探討下，所勾勒出建構系統需具備的理論依據與人機介面藍圖，開發人性化的專家系統是未來的趨勢，也是指日可待的發展目標。   參考文獻 中文部分： 中國工程建設標準化協會標準（2002）：游泳池和水上遊樂池給水排水設計規程。　北京。朱繼洲（1989）：故障樹原理和應用。西安：西安交通大學出版社。 李文昌（1999）：游泳池與按摩池水質管理。臺北：李文昌。 高肇藩（1979）：工業用水。中國工程師手冊水利類十二篇。臺北：科技圖書。 曾憲雄、黃國禎、江孟峰、蔡昌均、林耀聰（2002）：專家系統導論/工具/應用。臺北：松崗。 楊叔子等、丁洪基（1993）：知識的診斷推理。北京：清華大學出版社。 國際游泳協會(FINA)（2002）：游泳池設施規則第十四條  英文部分： J. 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