本發(fā)明涉及機(jī)器學(xué)習(xí)，特別涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化水處理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、智慧水務(wù)系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用傳感器和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)、水壓、水位等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。這些數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，為系統(tǒng)運(yùn)行提供實(shí)時(shí)支持。然而，現(xiàn)有系統(tǒng)中的智能化程度相對較低，大多數(shù)系統(tǒng)仍依賴傳統(tǒng)的監(jiān)測和控制手段。盡管數(shù)據(jù)采集技術(shù)日益先進(jìn)，但系統(tǒng)對大數(shù)據(jù)的分析能力和預(yù)測精度還有待提升。缺乏高效的數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用，導(dǎo)致系統(tǒng)在預(yù)測水資源需求、泄漏檢測等方面的精準(zhǔn)度不高。此外，缺乏先進(jìn)的ai算法和智能決策系統(tǒng)，使得系統(tǒng)在復(fù)雜情況下的響應(yīng)能力有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，本申請實(shí)施例提供了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化水處理方法及系統(tǒng)，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

2、第一方面，提供了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化水處理方法，該方法包括：

3、通過布置在水處理設(shè)備不同部位的傳感器實(shí)施采集過程變量數(shù)據(jù)；其中，過程變量數(shù)據(jù)至少包括ph、濁度、溶解氧、orp、硬度、電導(dǎo)率、有機(jī)物、氮、磷、重金屬、液位、流量、壓力數(shù)據(jù)；

4、將采集的過程變量數(shù)據(jù)按照類型和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分區(qū)和索引；

5、對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗及標(biāo)準(zhǔn)化處理；其中，數(shù)據(jù)清洗包括處理數(shù)據(jù)缺失值、異常值、重復(fù)數(shù)據(jù)，平滑數(shù)據(jù)和去噪聲，標(biāo)準(zhǔn)化處理包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化；

6、構(gòu)建cnn-lstm算法模型，通過cnn-lstm算法模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行流處理；

7、根據(jù)模型預(yù)測的結(jié)果與預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)行比對，根據(jù)比對結(jié)果確認(rèn)控制策略；其中，預(yù)設(shè)規(guī)則包括默認(rèn)規(guī)則和定制規(guī)則；

8、根據(jù)確認(rèn)的控制策略控制各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的水處理設(shè)備，以達(dá)到整體水處理系統(tǒng)的處理。

9、可選地，對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，包括：

10、通過線性關(guān)系填補(bǔ)缺失值，公式為：

11、

12、其中(x0,y0)和(x1,y1)是已知數(shù)據(jù)點(diǎn)，x是需要插值的點(diǎn)。

13、可選地，對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)平滑數(shù)據(jù)和去噪聲，及進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，包括：

14、對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過數(shù)據(jù)評估確定數(shù)據(jù)的主要特性和噪聲水平，對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理以減少短期波動(dòng)；應(yīng)用去噪聲技術(shù)去除數(shù)據(jù)中的高頻隨機(jī)噪聲，通過結(jié)果分析和模型評估，確保處理后的數(shù)據(jù)能夠提高預(yù)測模型的準(zhǔn)確性和泛化能力；

15、對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，包括：

16、使用standardscaler進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，將每個(gè)特征轉(zhuǎn)換為均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1的形式；

17、數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)化之后,使用min-max?scaler將數(shù)據(jù)縮放到[0,1]或[-1,1]范圍內(nèi)，確保所有特征在相同的尺度下。

18、可選地，通過cnn-lstm算法模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行流處理，包括：

19、在cnn-lstm模型中進(jìn)行相關(guān)性分析，根據(jù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)中的時(shí)間相關(guān)性，通過自相關(guān)函數(shù)識(shí)別時(shí)間序列的周期性和趨勢；所述自相關(guān)函數(shù)具體包括：

20、

21、xt是時(shí)間序列在時(shí)間點(diǎn)t的值；

22、是時(shí)間序列的均值；

23、k是滯后期數(shù)；

24、acf(k)是滯后期數(shù)k的自相關(guān)系數(shù)。

25、可選地，根據(jù)模型預(yù)測的結(jié)果與預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)行比對，根據(jù)比對結(jié)果確認(rèn)控制策略，包括：

26、加載預(yù)設(shè)的默認(rèn)規(guī)則和定制規(guī)則；其中，規(guī)則中包含各種水質(zhì)參數(shù)的閾值和相應(yīng)的操作指令；

27、將模型的預(yù)測結(jié)果與默認(rèn)規(guī)則中的數(shù)值設(shè)定進(jìn)行比對，當(dāng)預(yù)測結(jié)果在默認(rèn)規(guī)則的范圍內(nèi)，根據(jù)規(guī)則確定操作步驟；其中，操作步驟包括調(diào)整水處理設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)；

28、當(dāng)預(yù)測結(jié)果超出默認(rèn)規(guī)則范圍或符合特殊規(guī)則，檢查是否有定制規(guī)則適用，當(dāng)存在適用的定制規(guī)則，將預(yù)測結(jié)果與定制規(guī)則的條件進(jìn)行比對，確定預(yù)測結(jié)果是否落在定制規(guī)則定義的范圍內(nèi)，并且檢查定制規(guī)則的優(yōu)先級(jí)是否高于默認(rèn)規(guī)則；

29、根據(jù)比對結(jié)果，選擇應(yīng)用默認(rèn)規(guī)則或定制規(guī)則；當(dāng)定制規(guī)則的優(yōu)先級(jí)更高且適用，選擇定制規(guī)則作為控制策略；否則，使用默認(rèn)規(guī)則。

30、可選地，根據(jù)確認(rèn)的控制策略控制各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的水處理設(shè)備，包括：

31、根據(jù)確認(rèn)的控制策略生成具體的設(shè)備操作指令；其中，設(shè)備操作指令至少包括閥門控制、泵啟停、就地儀表控制；

32、根據(jù)設(shè)定的優(yōu)化策略，安排水處理設(shè)備的運(yùn)行順序，以實(shí)現(xiàn)整體水處理系統(tǒng)的最優(yōu)化。

33、第二方面，提供了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

34、采集數(shù)據(jù)模塊，用于通過布置在水處理設(shè)備不同部位的傳感器實(shí)施采集過程變量數(shù)據(jù)；其中，過程變量數(shù)據(jù)至少包括ph、濁度、溶解氧、orp、硬度、電導(dǎo)率、有機(jī)物、氮、磷、重金屬、液位、流量、壓力數(shù)據(jù)；

35、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于將采集的過程變量數(shù)據(jù)按照類型和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分區(qū)和索引；

36、數(shù)據(jù)清洗模塊，用于對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗及標(biāo)準(zhǔn)化處理；其中，數(shù)據(jù)清洗包括處理數(shù)據(jù)缺失值、異常值、重復(fù)數(shù)據(jù)，平滑數(shù)據(jù)和去噪聲，標(biāo)準(zhǔn)化處理包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化；

37、算法模型模塊，用于構(gòu)建cnn-lstm算法模型，通過cnn-lstm算法模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行流處理；

38、規(guī)則模塊，用于根據(jù)模型預(yù)測的結(jié)果與預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)行比對，根據(jù)比對結(jié)果確認(rèn)控制策略；其中，預(yù)設(shè)規(guī)則包括默認(rèn)規(guī)則和定制規(guī)則；

39、調(diào)度模塊，用于根據(jù)確認(rèn)的控制策略控制各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的水處理設(shè)備，以達(dá)到整體水處理系統(tǒng)的處理。

40、第三方面，提供了一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述第一方面任一所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化水處理方法。

41、第四方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述第一方面任一所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化水處理方法。

42、第五方面，提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述第一方面任一所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化水處理方法。

43、本申請實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

44、(1)通過集成先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法(cnn-lstm模型)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對水處理過程變量的精準(zhǔn)預(yù)測、實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)度，實(shí)現(xiàn)水處理系統(tǒng)的最優(yōu)化目標(biāo)、能效以及自動(dòng)化運(yùn)行和無人值守，顯著提高智慧化水平、處理效率和響應(yīng)速度。

45、(2)自動(dòng)化的調(diào)度系統(tǒng)減少了人工干預(yù)，降低了人力成本。同時(shí)，智能優(yōu)化的設(shè)備運(yùn)行策略減少了能源和資源的浪費(fèi)，有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

技術(shù)特征：

1.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化水處理方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化水處理方法，其特征在于，對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化水處理方法，其特征在于，對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)平滑數(shù)據(jù)和去噪聲，及進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化水處理方法，其特征在于，通過cnn-lstm算法模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行流處理，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化水處理方法，其特征在于，根據(jù)模型預(yù)測的結(jié)果與預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)行比對，根據(jù)比對結(jié)果確認(rèn)控制策略，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化水處理方法，其特征在于，根據(jù)確認(rèn)的控制策略控制各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的水處理設(shè)備，包括：

7.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

8.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6任一所述的優(yōu)化水處理方法。

9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6任一所述的優(yōu)化水處理方法。

10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6任一所述的優(yōu)化水處理方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化水處理方法及系統(tǒng)。本方法首先通過布置在水處理設(shè)備不同部位的傳感器實(shí)施采集水質(zhì)、流量、液位、壓力等過程變量數(shù)據(jù)；將采集的過程變量數(shù)據(jù)按照類型和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分區(qū)和索引；然后對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗及標(biāo)準(zhǔn)化處理，構(gòu)建CNN?LSTM算法模型，通過CNN?LSTM算法模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行流處理；最后根據(jù)模型預(yù)測的結(jié)果與預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)行比對，根據(jù)比對結(jié)果確認(rèn)控制策略，根據(jù)確認(rèn)的控制策略控制各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的水處理設(shè)備，以達(dá)到整體水處理的效果。本方法實(shí)現(xiàn)了對水處理過程變量的精準(zhǔn)預(yù)測、實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)度，實(shí)現(xiàn)水處理系統(tǒng)的最優(yōu)化目標(biāo)、能效以及自動(dòng)化運(yùn)行和無人值守，顯著提高智慧化水平、處理效率和響應(yīng)速度。

技術(shù)研發(fā)人員：權(quán)秋紅,郭以果,元西方,衛(wèi)宏凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：倍杰特集團(tuán)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10