基于模糊規(guī)則自適應(yīng)控制的多池污水動(dòng)態(tài)分配方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種農(nóng)村污水智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，尤其設(shè)及一種基于物 聯(lián)網(wǎng)和模糊自適應(yīng)規(guī)則的多池污水動(dòng)態(tài)分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化和工業(yè)化的不斷發(fā)展，工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水不斷增加，中國(guó)農(nóng)村 每年產(chǎn)生的生活污水量約為80億，而農(nóng)村大部分地區(qū)沒(méi)有采取任何生活污水的收集和處理 措施。因此，大量的農(nóng)村污水排放是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，它不僅嚴(yán)重影響了農(nóng)村地區(qū)的人 居環(huán)境、威脅人類健康，而且制約了我國(guó)水環(huán)境的改善和整體質(zhì)量的提高。
[0003] 農(nóng)村村鎮(zhèn)污水成分比較固定，主要含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪等有機(jī) 物，比較適合于細(xì)菌的生長(zhǎng)，成為細(xì)菌、病毒生存繁殖的場(chǎng)所;但其一般不含有毒性，且具有 一定的肥效，可用來(lái)灌概農(nóng)田。此外，農(nóng)村生活污水排放分散、水量波動(dòng)大，排放量逐年增 大，各種新增農(nóng)家樂(lè)，更是加劇了污水排放量，同時(shí)農(nóng)村居住地較為分散，環(huán)境多樣，因此它 的處理方式與城市的集中處理方式有很大不同。因此如何基于先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)，運(yùn) 用先進(jìn)的優(yōu)化方法，并結(jié)合農(nóng)村地理環(huán)境優(yōu)勢(shì)，形成農(nóng)村污水網(wǎng)絡(luò)處理系統(tǒng)的一個(gè)有效解 決思路。
[0004] 目前已有一些污水處理研究者對(duì)農(nóng)村污水處理技術(shù)進(jìn)行了初步的探討，主流技術(shù) 包括厭氧處理(包括沼氣工程）、人工濕地、穩(wěn)定塘、好氧曝氣等。例如，l·巖楓分析浙江省厭 氧、人工濕地等污水處理技術(shù)的特點(diǎn)，并比較了處理效果;劉洪喜針對(duì)中國(guó)農(nóng)村生活污水排 放分散、污染物濃度低的特點(diǎn)，總結(jié)了生活污水凈化沼氣池技術(shù)、穩(wěn)定塘生活污水處理技 術(shù)、人工濕地處理技術(shù)、±地處理技術(shù)和生活污水地下自動(dòng)連續(xù)處理技術(shù)等。然而對(duì)污水的 智能監(jiān)控研究不多，也很少有人將其與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，并運(yùn)用自適應(yīng)模糊規(guī)則對(duì)污水 進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。
[0005] 近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，為構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)村污水處理智能監(jiān)控系 統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò) 程等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與 人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)智能感知、識(shí)別技術(shù)與普 適計(jì)算等通信感知技術(shù)，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中。物聯(lián)網(wǎng)用途廣泛，遍及智能交通、環(huán)境 保護(hù)、工業(yè)監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、花弁栽培、水系監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。專利號(hào)為201510156198.7的文 章中主要研究了對(duì)城市污水處理廠的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，而本系統(tǒng)研究的是對(duì)農(nóng)村的污水監(jiān)控， 并且在此基礎(chǔ)上加入智能分配的環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)從點(diǎn)到面的構(gòu)架模式轉(zhuǎn)變，使整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控 系統(tǒng)運(yùn)行更加的方便有效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種多池污水動(dòng)態(tài)分配方法及污水處理系統(tǒng)，W實(shí)現(xiàn)模糊規(guī) 則自適應(yīng)控制污水處理。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多池污水動(dòng)態(tài)分配方法，包括如下步 驟：
[0008] 步驟S1，選取模糊輸入和輸出量；
[0009] 步驟S2,設(shè)置合適的模糊子集，并對(duì)輸入和輸出量進(jìn)行語(yǔ)義模糊化；
[0010] 步驟S3,根據(jù)自適應(yīng)確定輸入變量的隸屬度函數(shù)；W及
[0011] 步驟S4,建立水閥開(kāi)度用模糊規(guī)則表。
[0012] 進(jìn)一步，所述步驟S1中選取模糊輸入和輸出量的方法包括：
[0013] 選擇一污水處理池的污水量Q，且Qe[Qmin，Qmax];污水處理復(fù)雜度C，且Ce[Cmin, Cmax]均作為模糊控制器的輸入量；W及選擇污水處理池所連通的水閥的開(kāi)度Φ，ΦΕ [Omin，Φη3χ]作為模糊控制器的輸出量。
[0014] 進(jìn)一步，所述步驟S2中設(shè)置合適的模糊子集，并對(duì)輸入和輸出量進(jìn)行語(yǔ)義模糊化 的方法包括：
[0015] 選定當(dāng)前污水量Q的模糊論域?yàn)镼E{極少、較少、少、適中、大、較大、極大}，則污水 量Q對(duì)應(yīng)的模糊子集{負(fù)大(NBq)，負(fù)中（NMq)，負(fù)小(NSq)，零(ZOq)，正小(PSq)，正中（PMq)，正 大。Bq)};
[0016] 設(shè)定污水處理復(fù)雜度C的模糊論域?yàn)閏e{極易、易、適中、難、極難}，則C對(duì)應(yīng)的模 糊子集為：負(fù)大(NBc)，負(fù)小(NSc)，零(ZOc)，正小(PSc)，正大(PBc);
[0017]確定開(kāi)度Φ的模糊論域?yàn)棣郸正向大，正向中，正向小，零，反向小，反向中，反向 大}，則Φ對(duì)應(yīng)的模糊子集為：負(fù)大(ΝΒφ)，負(fù)中（ΝΜφ)，負(fù)小(NS?)，零(ΖΟφ)，正小(PS?)，正中 (ΡΜφ)，正大(ΡΒφ);其中ΝΒφ、ΝΜφ、Ν5φ分別代表污水處理池處于流入狀態(tài)時(shí)的開(kāi)度大、中、小 Ξ種狀態(tài)，ΖΟφ代表開(kāi)度不變，Ρ5φ、ΡΜφ、ΡΒφ分別代表污水處理池處于流出狀態(tài)時(shí)的開(kāi)度為 小、中、大Ξ種狀態(tài)。
[0018] 進(jìn)一步，所述步驟S3中根據(jù)自適應(yīng)確定輸入變量的隸屬度函數(shù)的方法包括:確定 污水量Q和污水處理復(fù)雜度C的隸屬度函數(shù)。
[0019] 進(jìn)一步，確定污水量Q的隸屬度函數(shù)的方法包括：
[0020] 設(shè)某個(gè)污水處理池的污水量樣本數(shù)據(jù)，即9=山，92，。'，9。]，其中化，92^''，9。是不 同時(shí)段tl，t2，…，tn污水處理池的實(shí)時(shí)污水量;并獲得該污水處理池的最大污水量qmax和最 小污水量qmin，其中qmin=min(ql,q2,...,qn)，qmax=max(ql,q2,...,qn);
[0021] 將污水量樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)一映射到一個(gè)固定的區(qū)域，即獲得映射后的評(píng)價(jià)量y(qi)e
[a,b]，i = l ,2,... ,η，式中a = 0,b = l，即μ(9〇 e [0,1]，主
[0022] 根據(jù)Q=[qi，q2，-'，qn]及4站），1 = 1，2，。'，11，計(jì)算其模糊適應(yīng)度函數(shù)，即
[002；3] 計(jì)算Q= [qi，q2,…，qn]的平均值g = Mean(、糾.計(jì)算Q= [qi，92,…，qn]的標(biāo)準(zhǔn)差
0 = S瓜ev但對(duì)每一對(duì){qi，y(qi)}，計(jì)算 計(jì)算q' i ?. 9 的標(biāo)準(zhǔn)差i = S?ev ((/;);
[0024] 最后根據(jù)<^&么給制出污水量的模糊隸屬度函數(shù)。
[0025] 進(jìn)一步，確定污水處理復(fù)雜度C的隸屬度函數(shù)的方法包括：
[0026] 選定與污水處理復(fù)雜度C相關(guān)的相應(yīng)污水化學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)參數(shù)；
[0027] 構(gòu)建污水處理復(fù)雜度C與各指標(biāo)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，即
[0028] C =拉 ％ΡΗ + β X cm + 7 (B 0 D±CO D) + 啤 ％ SVI . ;
[0029] 上式中PH值表示污水的酸堿程度，COD為化學(xué)需氧量、BOD為生化需氧量、SVI為污 泥指數(shù)，B0D5表示在污水處理復(fù)雜度樣本數(shù)據(jù)中第五日的生化需氧量的測(cè)試值，W及
[0030] α為PH值的協(xié)因子，即
[0031] 若6.5<PH<7，則α = 0;若PH<6.5，則
Κ 為最大控制系數(shù)，其取值為5;
[0032] β為化學(xué)需氧量的協(xié)因子，即
[0033] 若0)0。5毫克/升，貝化=0;若15<0)0<40毫克/升，貝1若C0D>
, 40毫克/升，則
[0034] 丫為生化需氧量的協(xié)因子，即
[0035] 若B0D5: COD > 0.45，易于生化降解，此時(shí)丫 = 0;當(dāng)0.45>B0D5: COD > 0.3，可生化 降解，丫 = 2 X (B0D5: COD);當(dāng)B0D5: C0D<0.3，生化性較差，此時(shí)丫 = 10 X (B0D5: COD);
[0036] 巧為污泥體積指數(shù)的協(xié)因子，即
[0037] 若 100 < SVI < 150,則巧=0 ;若 SVI<100,則取=化 ;若 SVI>150,貝 IJ 巧=化5 X (617- 150).
[0038] 設(shè)置某個(gè)污水處理池的污水處理復(fù)雜度樣本數(shù)據(jù)，即C=kl，C2，-'，Cm]，其中C1, C2，-'，Cm是不同時(shí)段的實(shí)時(shí)污水處理復(fù)雜度;并獲得該污水處理池的最大污水 量 Cmax 和最小污水量 Cmin 和，其中 Cmin = min(Cl,C2,··· ,Cm)，Cmax = maX(Cl,C2,··· ,Cm);
[0039] 將污水處理復(fù)雜度樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)一映射到一個(gè)固定的區(qū)域，即獲得映射后的評(píng)價(jià)量 n(Cj)e[c，d]，j = l，2，...，m，式中c = 0，d=l，即，rlレj)E[0,l]，且
[0040] 根據(jù)C=[C1，C2，···，Cm]及n(Cj)，j = l，2,…，m，計(jì)算其模糊適應(yīng)度函數(shù)，即
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