[發明專利]一種自來水廠后臭氧接觸池水中余臭氧濃度的智能化連續監測方法

在審

• 申請號: 202110829025.2
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113591036A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 王冬生;鄧聯慶;李智軒;張雪;錢勇;蔣福春;康繼民
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學;蘇州市自來水有限公司
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G06F16/215;G06F30/27;G06K9/62;G06Q50/06
• 代理公司: 暫無信息
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1.一種自來水廠后臭氧接觸池水中余臭氧濃度的智能化連續監測方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟1，基于自來水廠歷史運行數據，分析驗證水中余臭氧濃度與臭氧破壞前濃度之間的相關性；

步驟2，采用隨機森林算法，構建水中余臭氧濃度與臭氧破壞前濃度的關系模型；

步驟3，當在線診斷出水中余臭氧濃度儀表失靈時，基于步驟2得到的關系模型，以當前臭氧破壞前濃度為輸入，預測當前水中余臭氧濃度。

2.如權利要求1步驟1所述的基于自來水廠歷史運行數據，分析驗證水中余臭氧濃度與臭氧破壞前濃度之間的相關性，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟1，對自來水廠歷史運行數據(過去3年及以上)進行數據預處理，包括數據清洗和數據歸一化兩部分；

步驟2，對數據預處理后的數據，采用Pearson相關系數分析驗證水中余臭氧濃度與臭氧破壞前濃度之間的關系，其計算公式如下所示：

0≤|r|≤1表示存在不同程度的線性相關：

3.如權利要求2步驟1所述的數據清洗和數據歸一化，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟1，對水中余臭氧濃度歷史運行數據采用箱線圖法剔除異常值。鑒于水中余臭氧濃度儀表長期處于低濃度(0.2mg/L以下)工作環境易發生鈍化的現象，所以會導致水中余臭氧濃度測量值偏低或者數值變化不明顯，故本發明取位于余臭氧濃度歷史數據箱線圖上界和下四分位之間的數據為監測正常值；

步驟2，對臭氧破壞前濃度歷史運行數據采用箱線圖法剔除異常值，取箱線圖上界和下界之間的數據集為數據樣本；

步驟3，對數據清洗后的數據進行數據歸一化處理。

4.如權利要求3步驟1所述的箱線圖，其特征在于，具體包含五個臨界點：下界、下四分位數(Q₁)、中位數(Q₂)、上四分位數(Q₃)和上界。其中，箱子長度為Q₁到Q₃的間距(IQR)，箱線圖的上界為Q₃+1.5IQR，下界為Q₁-1.5IQR，異常值為處于上、下界以外的值。

5.如權利要求1步驟2所述的隨機森林算法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟1，從自來水廠歷史運行數據樣本集(假設有n組數據樣本)中隨機有放回的抽取m組數據作為訓練子集，剩余n-m組數據樣本作為測試子集；

步驟2，將臭氧破壞前濃度作為輸入變量，水中余臭氧濃度作為為輸出變量；

步驟3，每個訓練子集單獨生長為一顆不剪枝葉的回歸決策樹，使這顆決策樹充分生長；

步驟4，根據測試子集的n-m組數據樣本，分別建立n-m個決策樹模型，取n-m個決策樹模型輸出的平均值作為隨機森林模型輸出；

步驟5，計算測試子集的樣本與隨機森林模型輸出的偏差，若偏差大于閾值，則重復步驟1～步驟4；否則訓練結束后，最后一次訓練得到的隨機森林模型即該數據樣本集下的水中余臭氧濃度與臭氧破壞前濃度之間的關系模型。

6.如權利要求1步驟3所述的在線診斷出水中余臭氧濃度儀表失靈，其特征在于：判斷當前水中余臭氧濃度在線儀表讀數是否在由水中余臭氧濃度歷史數據(3年或以上)箱線圖的上界和下四分位數之間。若在，則認為儀表讀數正常；若不在，則認為儀表失靈。