[發明專利]一種基于模型預測的海水混凝加藥方法

在審

• 申請號: 202010568555.1
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111783289A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 許力;鐘驊;金偉劍;朱力
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種基于模型預測的海水混凝加藥方法，其特征在于，包括如下步驟：

S100，獲取海淡廠實際運行的原始數據，并對原始數據進行數據清洗，去除野值與噪聲；利用歸一化方法對數據進行預處理，并利用先驗經驗公式對數據進行結構化處理，得到結構化數據；將結構化數據序列化，得到模型輸入變量與輸出變量的時間序列；

S200，訓練基于輸入結構優化及序列編解碼網絡的海水混凝模型，該模型包括輸入層，數據處理層，編碼器層，解碼器層以及輸出層五個部分。輸入層和數據處理層用于處理數據以加速模型訓練過程；編碼器層與解碼器層利用GRU解析網絡與線性解析網絡的組合提取原始序列特征，并利用特征均值化方法壓縮特征，壓縮后的特征可進行解碼以擬合輸出數據；輸出層用于數據反變換，將網絡輸出數據結構轉換為真實數據結構；

S300，根據S200中模型的輸入輸出選取影響出水濁度的特征量，繪制原始特征量數據曲線，選取與模型輸入加藥量變化趨勢相同的入水管瞬時流量作為對標特征量；

S400，根據入水管瞬時流量的大小對加藥量進行縮減，根據需求設置一個目標閾值，當入水管瞬時流量大于目標閾值時，人工加藥時會明顯增加加藥量，因此對人工加藥的加藥量按照加藥量縮減倍數進行縮減，否則保持原始加藥量不變，以達到從整體上減少加藥量的目的。實際操作中加藥量以加藥頻率來表示，加藥頻率的變換公式如式(1)所示，式中人工加藥頻率經驗值為u，流量大小為q，流量閾值為q_k，縮減后的加藥頻率為r，減量倍數為η；

在出水濁度滿足實際生產過程中對出水濁度的要求的情況下，利用模型模擬海水混凝的實際物理過程，并基于此實現對海水混凝過程的加藥量控制的優化。

2.根據權利要求1所述的基于模型預測的海水混凝加藥方法，其特征在于，所述S100包括：

S110，海淡廠實際運行數據主要包括入水濁度，出水濁度，瞬時流量，助凝劑加藥頻率，絮凝劑加藥頻率，累計流量幾個類別，將獲取到的實際運行數據設置為原始數據；

S120，將原始數據進行數據清洗，去除野值，并進行滑動平均以去除疊加噪聲，滑動平均的數學表達式如公式(2)所示，式中x(k)為入水濁度、瞬時流量、助凝劑加藥頻率、絮凝劑加藥頻率及出水濁度等特征量的原始數據，y(t)為光滑處理后的數據，w為滑動平均疊加滑動窗大小，t為時刻；

S130，對數據進行歸一化處理，以保證所有數據在同一尺度下參與計算，采用min-max標準化的方式對數據進行處理，表達式如公式(3)所示，式中x為模型輸入及輸出原始數據，y為歸一化后的格式化數據，和分別為原始數據的最小值與最大值；

S140，實際數據源是加藥泵的加藥頻率，為了滿足各變量之間的對應關系，在計算時需要將加藥頻率換算成實際加藥量。實際加藥量λ，設備最大出力Q，加藥頻率f，沖開程度η，藥液密度ρ，藥液質量分數ω，加藥處液體的瞬時流量q之間的關系公式如式(4)所示：

S150，利用如公式(5)所示的先驗經驗公式可知，海水混凝過程各輸入量與輸出量之間的關系近似滿足指數表達式，主要表現為絮凝劑加藥量λ₁，助凝劑加藥量λ₂，瞬時流量q，入水濁度z，出水濁度z_o之間的關系，式中a₁，a₂，a₃，a₄為未知參數。

S160，為提高訓練速度，利用對數表達式對輸入輸出數據進行變換，初步得到結構化的數據集，令x_i為變換前的模型輸入與輸出數據，x_o為變化后的解構數據，變換公式如公式(6)所示：

x_o＝log(x_i+1) (6)。