一种优化城市污水厂间均衡进水的控制方法及系统

本发明属于智慧水务，尤其涉及一种优化城市污水厂间均衡进水的控制方法及系统。

背景技术：

1、运营成本和污水量之间的权衡历来是污水厂运营的首要问题。但污水系统普遍存在着污水收集系统的输配调度精度不高、各污水厂运行负荷不一、污水处理价格随处理工艺不同存在差异、不能精准实现价格由低到高的水量分配模式，节约污水处理费用尚有提升空间。特别是近年来，我国众多城市面临城市化建设、污水系统提标改造、污水系统智慧化运行管理提升等众多要求，导致污水系统运行状况复杂多变。现阶段，打破传统污水处理系统要素分割治理，实施厂网站系统协调运行，是提高城市污水收集处理效能，保障城市流域水质达标和成本效益最优的关键。

2、污水系统由于复杂的拓扑关系和不确定性的流量输入，仅通过局部、简单的经验判断，难以对污水系统运行状况做出准确评估，无法为“均衡进厂污水流量、调整各厂运行负荷”系统化决策提供科学依据，因此，需要根据污水处理设施的综合能力构建有效的优化城市污水厂间污水精准调配的控制方法及系统，实现污水系统的综合评估并给出定量的调配结果，帮助管理人员进行污水系统污水处理量和污水处理成本科学分配，实现中城市污水厂间污水精准调配的控制，安全高效运行的同时减少财政费用支出。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种优化城市污水厂间均衡进水的控制方法及系统，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种优化城市污水厂间均衡进水的控制方法，包括：

3、构建污水处理系统的运行参数数据库与阶梯成本数据库；

4、构建污水调配系统的运行参数数据库与阶梯成本数据库；

5、构建污水量优化配置模型，基于运行参数数据库与阶梯成本数据库获得限制条件，基于所述污水量优化配置模型与所述限制条件获得污水量优化配置；

6、获取污水处理系统与污水调配系统的监测数据，构建基于污水厂水量和污水调配系统前反馈的预测模型，基于所述预测模型与所述监测数据获得若干个污水处理系统的总来水量；

7、获取调度规则，以污水厂的小时排放为决定变量，以水量限制作为边界条件，基于所述调度规则与所述总来水量向污水调配系统发出调配指令或向若干个污水处理系统发出跨越指令，实现污水厂间均衡进水控制。

8、可选的，构建污水处理系统的运行参数数据库的过程包括：

9、采集若干个污水处理系统的保底水量、设计水量、最大负荷水量、实际日处理水量，根据污水量的周期性和季节性划分层次，获取不确定因素的全部可能排列，并通过排列和组合生成若干个场景，根据场景将实际日处理水量数据进行划分，基于若干个污水处理系统的实际日处理水量获得日处理总水量；基于若干个污水处理厂的数据与日处理总水量构建运行参数数据库。

10、可选的，获取历史待处理污水量数据集，剔除数据集中降雨天数对应的污水数据形式，更改为缺失值，获得旱季流量的季节性时间序列，采用回归分析计算降雨状态下的污水量波动，基于污水量波动获得旱季流量,旱季流量为非降雨时期污水厂进水量，所述旱季流量结合实时降雨量为污水厂总来水量；其中，所述季节性时间序列包括缺失值与异常值。

11、可选的，构建污水处理系统的阶梯成本数据库的过程包括：

12、获取若干个污水处理系统的处理成本，基于保底水量、设计水量、最大负荷水量构建进水水量与处理成本之间的函数关系，根据所述函数关系获得污水处理系统的总成本，基于所述处理成本、所述函数关系与所述总成本构建污水处理系统的阶梯成本数据库。

13、可选的，构建污水调配系统的运行参数数据库的过程包括：

14、采集污水调配系统的调配关系路径、设计负荷、最大负荷与日调配水量，基于日调配水量计算若干个调配系统调配总水量；根据采集的数据与调配总水量构建构建污水调配系统的运行参数数据库。

15、可选的，构建污水调配系统的阶梯成本数据库的过程包括：

16、采集若干个污水调配系统的调配成本，根据污水调配系统设计水量和最大负荷构建调配水量与成本之间的函数关系，基于函数关系获得若干个污水调配系统处理总成本，根据调配成本、函数关系、处理总成本构建污水调配系统的阶梯成本数据库。

17、可选的，基于所述污水量优化配置模型与所述限制条件获得污水量优化配置的过程包括：

18、获取处理水量分配并初始化污水处理厂成本和处理水量之间的向量，基于运行参数数据库与阶梯成本数据库获得限制条件，根据所述限制条件对全部处理水量分配状态进行遍历筛选；计算筛选出的处理水量分配的调配成本和总成本，根据调配成本和总成本获得污水量优化配置。

19、可选的，提取不同场景下的调度规则，并应用决策树进行细化，获得调度规则；

20、其中，获得决策树的过程包括：识别污水处理量，对节点进行计数划分；根据污水处理量和季节，创建分支机构；对数据集进行划分，并进行递归处理，直到每个分支机构下所有实例都得到分类结果，获得决策树。

21、本发明还提供了一种优化城市污水厂间均衡进水的控制系统，包括：

22、数据库构建模块、优化配置模块、预测模块、调度模块；

23、所述数据构建模块用于构建污水处理系统的运行参数数据库与阶梯成本数据库，污水调配系统的运行参数数据库与阶梯成本数据库；

24、所述优化配置模块用于构建污水量优化配置模型，基于运行参数数据库与阶梯成本数据库获得限制条件，基于所述污水量优化配置模型与所述限制条件获得污水量优化配置；

25、所述预测模块用于获取污水处理系统与污水调配系统的监测数据，构建基于污水厂水量和污水调配系统前反馈的预测模型，基于所述预测模型与所述监测数据获得若干个污水处理系统的总来水量；

26、所述调度模块用于获取调度规则，以污水厂的小时排放为决定变量，以水量限制作为边界条件，基于所述调度规则与所述总来水量向污水调配系统发出调配指令或向若干个污水处理系统发出跨越指令，实现污水厂间均衡进水控制。

27、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

28、本发明提出了一个通用的优化城市污水厂间污水精准调配调度规则，包括四个关键组件：(1)先知算法提取旱季流量及其不确定性范围(2)污水入流场景生成(3)每个场景的最优分配方案优化模型(4)决策树帮助推导调度规则；本发明能够自动适应不同的数据特征，无需手动调整参数；计算效率较高，能够处理大规模数据，短时间内生成准确的预测结果，帮助用户理解和解释数据的变化；提供一些统计指标，如时间序列的影响程度，方便用户进一步的分析和决策；精确的监测数据和足够的计算能力将允许进一步研究rtc策略，为水务智能化提供参数依据。

技术特征：

1.一种优化城市污水厂间均衡进水的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的优化城市污水厂间均衡进水的控制方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的优化城市污水厂间均衡进水的控制方法，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的优化城市污水厂间均衡进水的控制方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的优化城市污水厂间均衡进水的控制方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的优化城市污水厂间均衡进水的控制方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的优化城市污水厂间均衡进水的控制方法，其特征在于，

8.根据权利要求2所述的优化城市污水厂间均衡进水的控制方法，其特征在于，

9.一种基于权利要求1-8任一项所述方法的优化城市污水厂间均衡进水的控制系统，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种优化城市污水厂间均衡进水的控制方法及系统，包括：构建污水处理系统与污水调配系统的运行参数数据库与阶梯成本数据库；构建污水量优化配置模型，基于运行参数数据库与阶梯成本数据库获得限制条件，结合污水量优化配置模型获得污水量优化配置；获取污水处理系统与污水调配系统的监测数据，构建基于污水厂水量和污水调配系统前反馈的预测模型，基于预测模型与监测数据获得污水处理系统的总来水量；基于总来水量向污水调配系统发出调配指令或向污水处理系统发出跨越指令。本发明能够自动适应不同的数据特征，无需手动调整参数；计算效率较高，能够处理大规模数据，短时间内生成准确的预测结果，帮助用户理解和解释数据的变化。技术研发人员：周志伟,李志丽,赵元添,田立平,王晓波受保护的技术使用者：北京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15