污水处理管理方法

　　申请日2017.04.11

　　公开(公告)日2017.08.11

　　IPC分类号H04L29/08; H04W64/00; G06Q50/06; G06Q10/04; G06N99/00; G06N3/08; C02F9/00; C02F1/00; C02F1/32; C02F1/52; C02F3/30

　　摘要

　　本发明提供一种污水处理管理方法及系统。该污水处理管理方法应用于污水处理管理系统。该污水处理管理系统包括污水处理控制子系统、排放装置和多个处理装置。污水处理控制子系统包括基站网关、服务器、Web展示装置和多个采集传感器。多个处理装置依次连接后与排放装置连接。多个采集传感器分别设置于所述排放装置和多个处理装置内。该污水处理管理方法及系统，建立有信号强度指纹电子地图和采样位置电子地图，不仅能实现数据采集，还能对采集数据的采集传感器的位置进行定位并在Web展示装置进行显示，更直观，有助于工作人员在监控中心监控污水处理的全过程，快速发现异常问题及做出应对处理。

　　权利要求书

　　1.一种污水处理管理方法，其特征在于，应用于污水处理管理系统，所述污水处理管理系统包括污水处理控制子系统、排放装置和多个处理装置，所述污水处理控制子系统包括基站网关、服务器、Web展示装置和多个采集传感器，所述多个处理装置依次连接后与所述排放装置连接，所述多个采集传感器分别设置于所述排放装置和多个处理装置内，所述方法包括：

　　所述多个采集传感器采集所述排放装置内的排放水质数据和多个处理装置内的处理水质数据和环境数据;

　　所述基站网关发送广播信号，所述广播信号包括发送所述广播信号的基站网关的基站节点号;

　　所述多个采集传感器接收所述基站网关发送的广播信号，并记录接收到的广播信号的信号强度和发送所述广播信号的基站网关的基站节点号，并将采集到的处理水质数据、环境数据、排放水质数据及所述接收到的广播信号的信号强度和发送所述广播信号的基站网关的基站节点号发送至所述基站网关;

　　所述基站网关接收并转发所述多个采集传感器发送的处理水质数据、环境数据、排放水质数据及接收到的广播信号的信号强度和发送所述广播信号的基站网关的基站节点号至所述服务器;

　　所述服务器预存多个采样位置、所述多个采集传感器在各所述采样位置接收到所述基站网关发送的广播信号的信号强度和发送所述广播信号的基站网关的基站节点号，以建立信号强度指纹电子地图;

　　所述Web展示装置预存采样位置电子地图，所述采样位置电子地图包括所述排放装置、多个处理装置及各所述采集传感器在所述排放装置和多个处理装置内的位置;

　　所述服务器接收所述基站网关发送的所述多个采集传感器接收到的广播信号的信号强度和发送所述广播信号的基站网关的基站节点号，并与预存的所述多个采集传感器在各采样位置接收到所述基站网关发送的广播信号的信号强度和发送所述广播信号的基站网关的基站节点号进行对比，判断所述多个采集传感器的采样位置，将所述处理水质数据、环境数据、排放水质数据及所述多个采集传感器的采样位置发送至所述Web展示装置;

　　所述Web展示装置接收所述处理水质数据、环境数据、排放水质数据及所述多个采集传感器的采样位置，并在预存的采样位置电子地图的对应位置显示各所述采集传感器的采样位置及采集的处理水质数据、环境数据和排放水质数据;

　　其中，所述处理水质数据包括：第一化学需氧量、第一总氮量、第一总磷量、第一氨氮量和第一浊度，所述环境数据包括温度、溶解氧浓度、PH值和混合液污泥浓度，所述排放水质数据包括：第二化学需氧量、第二总氮量、第二总磷量、第二氨氮量和第二浊度。

　　2.根据权利要求1所述的污水处理管理方法，其特征在于，所述服务器预存有排放标准及多个历史的处理水质数据、环境数据和排放水质数据，所述方法还包括由所述服务器执行的以下步骤：

　　根据历史的处理水质数据、环境数据和排放水质数据构造深信度网络模型;

　　将接收到的处理水质数据和环境数据输入所述深信度网络模型进行预测，获得预测排放水质数据;

　　在所述预测排放水质数据达不到所述排放标准时，控制相应的处理装置调整处理参数，以改变所述相应的处理装置的环境数据和处理水质数据。

　　3.根据权利要求2所述的污水处理管理方法，其特征在于，所述方法还包括：

　　所述服务器将所述预测排放水质数据发送至所述Web展示装置;

　　所述Web展示装置还用于在采样位置电子地图中将所述预测排放水质数据显示在与所述预测排放水质数据对应的所述处理水质数据和环境数据的附近。

　　4.根据权利要求2所述的污水处理管理方法，其特征在于，所述根据历史的处理水质数据、环境数据和排放水质数据构造深信度网络模型的步骤包括由所述服务器执行的以下步骤：

　　归一化所述历史的处理水质数据、环境数据和排放水质数据;

　　将所述归一化的历史的处理水质数据和环境数据作为输入数据，使用对比散度算法求解网络参数，采用无监督逐层贪婪训练方法，逐层训练三层RBM，构建初始深信度网络模型;

　　根据归一化的历史的排放水质数据，采用BP算法对所述初始深信度网络模型进行微调，优化所述初始深信度网络模型的网络参数，构建所述深信度网络模型。

　　5.根据权利要求4所述的污水处理管理方法，其特征在于，所述将接收到的处理水质数据和环境数据输入所述深信度网络模型进行预测，获得预测排放水质数据的步骤包括由所述服务器执行的以下步骤：

　　归一化所述接收到的处理水质数据和环境数据，得到归一化处理水质数据和归一化环境数据;

　　将所述归一化处理水质数据和归一化环境数据输入所述深信度网络模型进行预测，得到归一化预测排放水质数据;

　　去归一化所述归一化预测排放水质数据，得到预测排放水质数据。

　　6.根据权利要求4所述的污水处理管理方法，其特征在于，所述将所述归一化的历史的处理水质数据和环境数据作为输入数据，使用对比散度算法求解网络参数，采用无监督逐层贪婪训练方法，逐层训练三层RBM，构建初始深信度网络模型的步骤包括由所述服务器执行的以下步骤：

　　初始化网络参数;

　　将归一化的历史的处理水质数据和环境数据作为输入数据输入到第一层RBM的可视层，通过对比散度算法训练第一层RBM，直到能量函数收敛;

　　固定第一层RBM的网络参数，将第一层RBM的隐含层作为第二层RBM的可视层，通过对比散度算法训练第二层RBM，直到能量函数收敛;

　　固定第二层RBM的网络参数，将第二层RBM的隐含层作为第三层RBM的可视层，通过对比散度算法训练第三层RBM，直到能量函数收敛。

　　7.根据权利要求6所述的污水处理管理方法，其特征在于，所述初始化网络参数的步骤包括：

　　设置RBM层数为3，设置各层RBM节点数;

　　学习速率为0.01，迭代周期200;

　　将偏置量ai和偏置量bj初始化为0;

　　层间连接权重wij设定为服从均值为0，标准差为1的正态分布。

　　8.根据权利要求7所述的污水处理管理方法，其特征在于，所述设置RBM层数为3，设置各层RBM节点数的步骤包括由所述服务器执行的以下步骤：

　　所述第一层RBM的可视层的节点数与输入的归一化的历史的处理水质数据和环境数据的个数相等;

　　第二层RBM的可视层和的第三层RBM的可视层的节点数相等且大于等于第一层RBM的可视层的节点数;

　　第三层RBM的隐含层的节点数为5。

　　9.一种污水处理管理系统，其特征在于，所述污水处理管理系统包括污水处理控制子系统、排放装置和多个处理装置，所述污水处理控制子系统包括基站网关、服务器、Web展示装置和多个采集传感器;

　　所述多个处理装置依次连接后与所述排放装置连接;

　　所述多个采集传感器分别设置于所述排放装置和多个处理装置内，用于采集所述排放装置内的排放水质数据和多个处理装置内的处理水质数据和环境数据;

　　所述基站网关，用于发送广播信号，所述广播信号包括发送所述广播信号的基站网关的基站节点号;

　　所述多个采集传感器，还用于接收所述基站网关发送的广播信号，并记录接收到的广播信号的信号强度和发送所述广播信号的基站网关的基站节点号，并将采集到的处理水质数据、环境数据、排放水质数据及所述接收到的广播信号的信号强度和发送所述广播信号的基站网关的基站节点号发送至所述基站网关;

　　所述基站网关，还用于接收并转发所述多个采集传感器发送的处理水质数据、环境数据、排放水质数据及接收到的广播信号的信号强度和发送所述广播信号的基站网关的基站节点号至所述服务器;

　　所述服务器，用于预存多个采样位置、所述多个采集传感器在各所述采样位置接收到所述基站网关发送的广播信号的信号强度和发送所述广播信号的基站网关的基站节点号，以建立信号强度指纹电子地图;

　　所述Web展示装置，用于预存采样位置电子地图，所述采样位置电子地图包括所述排放装置、多个处理装置及各所述采集传感器在所述排放装置和多个处理装置内的位置;

　　所述服务器，还用于接收所述基站网关发送的所述多个采集传感器接收到的广播信号的信号强度和发送所述广播信号的基站网关的基站节点号，并与预存的所述多个采集传感器在各采样位置接收到所述基站网关发送的广播信号的信号强度和发送所述广播信号的基站网关的基站节点号进行对比，判断所述多个采集传感器的采样位置，将所述处理水质数据、环境数据、排放水质数据及所述多个采集传感器的采样位置发送至所述Web展示装置;

　　所述Web展示装置，还用于接收所述处理水质数据、环境数据、排放水质数据及所述多个采集传感器的采样位置，并在预存的采样位置电子地图的对应位置显示各所述采集传感器的采样位置及采集的处理水质数据、环境数据和排放水质数据;

　　所述服务器，还用于预存排放标准及多个历史的处理水质数据、环境数据和排放水质数据，根据历史的处理水质数据、环境数据和排放水质数据构造深信度网络模型，将接收到的处理水质数据和环境数据输入所述深信度网络模型进行预测，获得预测排放水质数据，在所述预测排放水质数据达不到所述排放标准时，控制相应的处理装置调整处理参数，以改变所述相应的处理装置的环境数据和处理水质数据;

　　其中，所述多个采集传感器包括：多个化学需氧量采集传感器、总氮量采集传感器、总磷量采集传感器、氨氮量采集传感器、浊度采集传感器、温度采集传感器、溶解氧浓度采集传感器、PH采集传感器和混合液污泥浓度采集传感器。

　　10.根据权利要求9所述的污水处理管理系统，其特征在于，所述多个采集传感器集成有ZigBee模块，所述基站网关集成有有ZigBee模块和WiFi模块，所述服务器集成有WiFi模块，所述多个采集传感器和所述基站网关通过ZigBee技术通信，所述基站网关和所述服务器通过WiFi技术通信。

　　说明书

　　污水处理管理方法及系统

　　技术领域

　　本发明涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种污水处理管理方法及系统。

　　背景技术

　　污水处理是为使污水达到排入某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业，交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。现有的污水处理厂占地面积大，污水处理的水质数据和环境数据一般是通过人工实地检测及记录，监控非常不便。

　　发明内容

　　有鉴于此，本发明的目的在于提供一种污水处理管理方法及系统，以解决上述问题。

　　为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

　　一种污水处理管理方法，应用于污水处理管理系统，所述污水处理管理系统包括污水处理控制子系统、排放装置和多个处理装置，所述污水处理控制子系统包括基站网关、服务器、Web展示装置和多个采集传感器，所述多个处理装置依次连接后与所述排放装置连接，所述多个采集传感器分别设置于所述排放装置和多个处理装置内，所述方法包括：

　　所述多个采集传感器采集所述排放装置内的排放水质数据和多个处理装置内的处理水质数据和环境数据;

　　所述基站网关发送广播信号，所述广播信号包括发送所述广播信号的基站网关的基站节点号;

　　可选地，所述服务器预存有排放标准及多个历史的处理水质数据、环境数据和排放水质数据，所述方法还包括由所述服务器执行的以下步骤：

　　根据历史的处理水质数据、环境数据和排放水质数据构造深信度网络模型;

　　将接收到的处理水质数据和环境数据输入所述深信度网络模型进行预测，获得预测排放水质数据;

　　在所述预测排放水质数据达不到所述排放标准时，控制相应的处理装置调整处理参数，以改变所述相应的处理装置的环境数据和处理水质数据。

　　可选地，所述方法还包括：

　　所述服务器将所述预测排放水质数据发送至所述Web展示装置;

　　所述Web展示装置还用于在采样位置电子地图中将所述预测排放水质数据显示在与所述预测排放水质数据对应的所述处理水质数据和环境数据的附近。

　　可选地，所述根据历史的处理水质数据、环境数据和排放水质数据构造深信度网络模型的步骤包括由所述服务器执行的以下步骤：

　　归一化所述历史的处理水质数据、环境数据和排放水质数据;

　　可选地，所述将接收到的处理水质数据和环境数据输入所述深信度网络模型进行预测，获得预测排放水质数据的步骤包括由所述服务器执行的以下步骤：

　　归一化所述接收到的处理水质数据和环境数据，得到归一化处理水质数据和归一化环境数据;

　　将所述归一化处理水质数据和归一化环境数据输入所述深信度网络模型进行预测，得到归一化预测排放水质数据;

　　去归一化所述归一化预测排放水质数据，得到预测排放水质数据。

　　可选地，所述将所述归一化的历史的处理水质数据和环境数据作为输入数据，使用对比散度算法求解网络参数，采用无监督逐层贪婪训练方法，逐层训练三层RBM，构建初始深信度网络模型的步骤包括由所述服务器执行的以下步骤：

　　初始化网络参数;

　　将归一化的历史的处理水质数据和环境数据作为输入数据输入到第一层RBM的可视层，通过对比散度算法训练第一层RBM，直到能量函数收敛;

　　固定第一层RBM的网络参数，将第一层RBM的隐含层作为第二层RBM的可视层，通过对比散度算法训练第二层RBM，直到能量函数收敛;

　　固定第二层RBM的网络参数，将第二层RBM的隐含层作为第三层RBM的可视层，通过对比散度算法训练第三层RBM，直到能量函数收敛。

　　可选地，所述初始化网络参数的步骤包括：

　　设置RBM层数为3，设置各层RBM节点数;

　　学习速率为0.01，迭代周期200;

　　将偏置量ai和偏置量bj初始化为0;

　　层间连接权重wij设定为服从均值为0，标准差为1的正态分布。

　　可选地，所述设置RBM层数为3，设置各层RBM节点数的步骤包括由所述服务器执行的以下步骤：

　　所述第一层RBM的可视层的节点数与输入的归一化的历史的处理水质数据和环境数据的个数相等;

　　第二层RBM的可视层和的第三层RBM的可视层的节点数相等且大于等于第一层RBM的可视层的节点数;

　　第三层RBM的隐含层的节点数为5。

　　一种污水处理管理系统，所述污水处理管理系统包括污水处理控制子系统、排放装置和多个处理装置，所述污水处理控制子系统包括基站网关、服务器、Web展示装置和多个采集传感器;

　　所述多个处理装置依次连接后与所述排放装置连接;

　　所述基站网关，用于发送广播信号，所述广播信号包括发送所述广播信号的基站网关的基站节点号;

　　可选地，所述多个采集传感器集成有ZigBee模块，所述基站网关集成有有ZigBee模块和WiFi模块，所述服务器集成有WiFi模块，所述多个采集传感器和所述基站网关通过ZigBee技术通信，所述基站网关和所述服务器通过WiFi技术通信。

　　本发明提供的污水处理管理方法及系统，建立有信号强度指纹电子地图和采样位置电子地图，不仅能实现数据采集，还能对采集数据的采集传感器的位置进行定位并在Web展示装置进行显示，更直观，有助于工作人员在监控中心监控污水处理的全过程，快速发现异常问题及做出应对处理。