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基于预案库和人工神经网络的A2/O工艺污水处理在线智能运行研究

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基于预案库和人工神经网络的A2/O工艺污水处理在线智能运行研究

作者：赵度江重庆工商大学

学位级别：硕士

传统污水处理厂的管理大多依靠人工经验,在保守的运行模式下成本高、效率低。在基础设施智能升级的政策引导以及污水排放标准日益严格的形势下,污水处理厂的一个显著发展趋势是工艺运行由经验判断走向智能化运行。现行的智能运行策略是... 详细信息

传统污水处理厂的管理大多依靠人工经验,在保守的运行模式下成本高、效率低。在基础设施智能升级的政策引导以及污水排放标准日益严格的形势下,污水处理厂的一个显著发展趋势是工艺运行由经验判断走向智能化运行。现行的智能运行策略是利用模型模拟指导污水处理运行,应用最为广泛的是ASM模型和人工神经网络模型。ASM模型在校准后能够进行准确的工程状态断面模拟,给出不同工况条件下的运行数据,但却受制于繁杂的参数,校准难度大,有效期短,难以应对污水处理系统的动态演化,故相关应用研究还停留在离线运行阶段。人工神经网络具有强大的非线性拟合能力和适应性、抗噪性,可以应对污水处理系统的高度复杂性和时变性,但污水厂前述现状导致可利用的工程数据样本欠优或缺损,不能反映优化合理的运行状态,难以支持人工神经网络的有效模拟和优化操作策略生成。本研究设计开发并运行了一个与该污水厂相同工艺的一体化A/O中试装置,设计处理量为3吨/天,装置由污水处理系统、在线监测系统和在线控制系统组成,在该污水厂内同水源、同环境运行,为污水处理的在线化智能运行提供数据来源和硬件基础。以中试装置为研究对象,将ASM模型与人工神经网络模型有效联合,通过ASM生成丰富的运行数据供人工神经网络训练学习,进而指导污水处理工艺运行,实现了污水处理在线智能运行。主要开展了以下三个方面的研究:（1）基于A/O中试装置,利用WEST软件搭建了ASM 2D模型,通过敏感性分析筛选出敏感性大的参数进行模型参数校准,校准后的模型模拟出水指标的相对误差分别为6.257%、12.210%、8.574%和13.323%,均小于20%,达到了模拟要求。然后,将同水源污水厂的典型进水工况作为进水条件,利用ASM 2D模型对中试装置进行模拟运行,以出水达标为前提,总成本最小为目标,不断优化中间运行参数,得到了2134条典型进水工况的优化处理策略,形成了污水处理运行预案库。最后,将该预案库接入在线控制系统,基于进水工况从预案库中匹配运行方案,指导中试装置运行,基本实现污水处理的在线化运行管理。（2）搭建MLP模型,以污水处理运行预案库的数据训练MLP模型,在训练集和测试集的误差分析结果表明,模型不仅在训练集表现很好,在测试集也有很好的表现。出水COD、NH-N、TN和TP的平均准确率分别为98.145%、96.365%、96.145%和94.433%,中间控制参数硝化回流、污泥回流、排泥量和曝气量平均准确率分别为93.442%、91.403%、88.948%和95.971%。将MLP模型配置到云管理平台管理功能模块,以MLP模型指导污水处理运行,将会使污水处理过程更加智能化,进而实现污水处理的在线智能运行。污水处理的在线智能运行结果表明,出水COD稳定在50 mg/L以下,出水NH-N稳定在4 mg/L以下,出水TN稳定在4 mg/L以下,出水TP稳定在1 mg/L以下,出水水质连续124天稳定达标,且在线智能运行显著降低了能耗,可节约49.4%的污水处理能耗。（3）引入基于模型的迁移学习方法修正跨时间尺度的模型漂移。污水处理系统随时间动态演化,如从夏季到冬季,系统的状态发生了很大的变化,模型在指导污水处理运行过程中逐渐失准,性能逐渐降低。本研究利用迁移学习方法解决模型漂移问题,基于夏季建立的MLP模型,冻结部分网络结构,利用冬季的部分数据对模型进行微调,提高模型指导性能和稳定性。迁移学习后模型在训练集和测试集均很好的模拟表现,在测试集中出水COD、NH-N、TN和TP的平均MAPE值分别为0.0385、0.0358、0.0380和0.0364,中间控制参数硝化回流、污泥回流、排泥量和曝气量平均MAPE值分别为0.0372、0.0370、0.0375和0.0052。将修正后的模型接入中试转置指导冬季污水处理运行,结果表明,迁移学习后出水COD、NH-N、TN和TP的平均准确率分别为96.67%、93.81%、87.15%和93.24%,与迁移学习前的模型相比分别上升了21.49%、60.85%、59.14%和32.61%,模型从夏季到冬季的漂移得到有效修正。利用该方法可以有效减少模型校准参数的工作量,模型持续有效性得到了提升,为污水处理厂在线智能化应用提供了新的参考方案。

关键词：在线智能运行预案库 MLP模型迁移学习模型漂移

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应急平台预案库建设中需要加强的环节

科技信息 2012年第12期 97-98页

作者：隋雷东营市政府办公室

本文对应急平台预案库的基本情况进行了描述,对预案库建设中需要着力加强的环节进行了分析。

关键词：应急平台预案库

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构建城市突发环境事件应急救援预案库的建议

科技信息 2013年第17期 463-464,483页

作者：卞正茜陈锦燕王静杜浩镇江市环境监测中心站江苏镇江212002

本文从档案管理的专业角度简介突发环境事件预案、安全生产预案、相关突发性环境污染事件预案及应急监测,探索由安全生产事故引发突发性环境污染事件相关性,突出环保部门参与突发性环境污染事件应处理的重要性,将三门学科融合构建城市... 详细信息

本文从档案管理的专业角度简介突发环境事件预案、安全生产预案、相关突发性环境污染事件预案及应急监测,探索由安全生产事故引发突发性环境污染事件相关性,突出环保部门参与突发性环境污染事件应处理的重要性,将三门学科融合构建城市环境安全应急救援预案库,将事故预防、影响、监测和处理处置过程整合、创新成为综合性的成果。突发城市环境事件预案库是"数字化"、"信息化"城市的基础和必不可少的重要组成部分,以提高城市综合管理水平,保障公众生命财产安全,维护国家安全和社会稳定。

关键词：环境预案安全预案应急监测资源整合创新预案库

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轨道交通动态预案库的建立与应用

机电一体化 2012年第8期18卷 60-62,79页

作者：杨道宽陈永生同济大学计算机科学与技术系上海200331

在轨道交通员工培训系统中,为了提高员工故障处置能力,缩短故障的处理时间,提出了预案仿真子系统。针对目前预案仿真系统大多文本性、非动态性的特点,研究了动态化预案库的实现方法,通过对文本预案的信息分析、抽取和映射,提出了基于命... 详细信息

在轨道交通员工培训系统中,为了提高员工故障处置能力,缩短故障的处理时间,提出了预案仿真子系统。针对目前预案仿真系统大多文本性、非动态性的特点,研究了动态化预案库的实现方法,通过对文本预案的信息分析、抽取和映射,提出了基于命令式的预案库。该预案库将纸质的预案转化为计算机可以识别的命令,并且可以实现普通用户编辑预案库,而不用重新发布系统;同时能够与培训系统的其他模块进行有机衔接,从而构成更加强大的轨道交通培训系统。

关键词：预案库动态命令式

深圳市卫生应急预案库建设现状及影响因素与对策

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中国卫生工程学 2008年第4期7卷 246-247页

作者：张雅德梅树江刘颖深圳市疾病预防控制中心广东深圳518020 深圳市南山区医院

编制应急预案是我国'一案三制'应急体系建设工作中的重要内容,也是突发公共事件应急准备工作的基础[1].联合国的一项调查显示,预案会使突发事件中人员的死亡率减少2/3.每一个事先拟定的行动方案就是一个预案[2].

关键词：一案三制应急管理预案库

深圳市卫生应急预案库建设存在的问题与完善创新探讨

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中国热带医学 2008年第1期8卷 121-124页

作者：张雅德梅树江吴永胜吴小敏刘东溟迟秀梅刘颖深圳市疾病预防控制中心广东深圳518020 吉林中西医结合医院吉林吉林132011 吉林职工医科大学吉林吉林132011 深圳市南山区医院广东深圳518060

本文通过对深圳市部分医疗卫生机构卫生应急预案的调查分析以及文献研究、理论分析,探讨卫生应急预案的现状与影响因素,以期为以后的预案制订、补充与完善工作提供参考。

关键词：疾病控制卫生应急预案库

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基于公共安全的应急平台数据中心的设计研究

中山大学学报（自然科学版） 2012年第2期51卷 17-21,39页

作者：谷岩广州大学计算机科学与教育软件学院广东广州510006

以数据、预案、模型、知识、决策方法存储和使用为核心的公共安全数据中心是由存储设备、网络设备、应用数据和应用程序综合集成,它具有存储、查询、管理和维护等功能。根据应急平台的需求,数据中心采用"层次+混合"的方法进行数据中心... 详细信息

以数据、预案、模型、知识、决策方法存储和使用为核心的公共安全数据中心是由存储设备、网络设备、应用数据和应用程序综合集成,它具有存储、查询、管理和维护等功能。根据应急平台的需求,数据中心采用"层次+混合"的方法进行数据中心体系结构的设计。在数据中心的核心层,数据、预案、模型、知识、决策方法按一定的结构"混合"在一起。设计数据中心的结构,实现各类数据的集成和管理,为应急平台的各种应用提供有效的访问。

关键词：数据中心体系结构预案库模型库方法库

基于粒子群与知识图谱的突发水污染事件溯源方法

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水力发电 2020年第2期46卷 17-21,131页

作者：王新龙薛晓鹏孙如飞宁波市水利水电规划设计研究院有限公司

水污染溯源是一种应对突发水污染事件的有效方法。针对传统水污染溯源方法存在工作量大、计算复杂、耗时长的问题,提出基于粒子群与知识图谱的突发水污染事件溯源方法,通过预案库构建、水污染扩散模型在线率定、污染物溯源正向模拟、知... 详细信息

水污染溯源是一种应对突发水污染事件的有效方法。针对传统水污染溯源方法存在工作量大、计算复杂、耗时长的问题,提出基于粒子群与知识图谱的突发水污染事件溯源方法,通过预案库构建、水污染扩散模型在线率定、污染物溯源正向模拟、知识图谱关系分析,完成水污染快速溯源,确定偷排企业;同时,岸边瞬时排放污染物的溯源实验表明了该方法具有很好的适用性与准确性。

关键词：溯源方法突发水污染预案库粒子群知识图谱

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城市防汛预警决策支持系统研究及应用

山东大学学报（工学版） 2011年第2期41卷 167-172页

作者：徐帮树贾超王育奎张金存山东大学土建与水利学院山东济南250061

由于济南经济增长和城市规模的扩大,城市防洪问题日益突出,在广泛收集济南市地理数据、工情数据、历史水雨情数据和灾情数据基础上,建设水雨情自动采集系统和防汛信息数据库。研究城市洪水仿真模型,预测河道洪水演进过程和低洼地区积水... 详细信息

由于济南经济增长和城市规模的扩大,城市防洪问题日益突出,在广泛收集济南市地理数据、工情数据、历史水雨情数据和灾情数据基础上,建设水雨情自动采集系统和防汛信息数据库。研究城市洪水仿真模型,预测河道洪水演进过程和低洼地区积水状况。建设了城市洪水预案库,为将来可能发生的汛情提供参考,研究汛情简报自动生成和预警发布机制。基于上述研究,开发了济南市防汛G IS平台,实现实时预报洪水过程及可能造成的淹没情况,为快速决策提供科学依据。

关键词：城市防汛预警决策支持系统洪水仿真预案库汛情简报