CN113568440B - 基于多数据源分析的大型污水系统辅助调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于多数据源分析的大型污水系统辅助调度方法；步骤如下：步骤1、分析污水片区调度需求；步骤2、确认污水厂流量分级区间；步骤3、形成重点泵站/干线转输泵站清单：梳理污水系统形成拓扑关系图；步骤4、形成与末端厂流量分级相匹配的清单泵站流量控制区间：步骤5、形成与末端厂流量分级匹配的清单泵站启停方案；判断泵站是否有实时流量监测；步骤6、方案验证及调整。本发明通过控制节点流量，实现污水系统平稳输送、减少末端污水厂溢流风险的调度方法。此方法既可实现片区调度需求，又在数据分析的基础上提高了方案的可实施性，具有一定的复制推广性。

Description

基于多数据源分析的大型污水系统辅助调度方法

技术领域

本发明涉及计算机辅助控制技术领域，特别涉及基于多数据源分析的大型污水系统辅助调度方法。

背景技术

污水处理能力主要体现在污水收集效率低、合流制溢流污染难以控制、污水设施难以稳定运行、排水信息化建设滞后、污水系统缺乏调度手段等。其中，污水系统调度是实现污水系统安全平稳运行，尤其针对一些工程措施无法或尚未实施的区域，污水设施的科学调度可有效优化排水片区运行，提高系统运行效率，减少末端污水处理厂溢流风险。

由于缺乏标准化、科学化的调度方法、目前污水系统调度以人工经验判断为主。随着智慧排水、智慧调度的概念提出，各类传感器的布设解决了污水系统信息化的问题，实现了排水设施数据可知、可看，然而数据的意义不止于直观的数值大小，也不止于对于系统超越极限值的“事后报警”，其更深层次的作用在于这些数据记录蕴含着污水系统运行的特点，合理处理和正确使用排水数据，可以得到科学合理的运行调度方案。因此，如何通过对污水系统一些关键设施和关键数据的分析，提出一套可复制、可执行、可监管的调度方案，对污水系统优化运行具有重要意义。

因此，如何在保障片区安全运行的同时，尽量减少末端厂溢流风险成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供基于多数据源分析的大型污水系统辅助调度方法，实现的目的是通过对污水系统设施流量、水位、泵启闭等数据的分析判断，形成大型污水系统辅助调度方案，在保障片区安全运行的同时，尽量减少末端厂溢流风险。

为实现上述目的，本发明公开了基于多数据源分析的大型污水系统辅助调度方法；步骤如下：

步骤1、分析污水片区调度需求；

步骤2、确认污水厂流量分级区间：提取/清洗清单末端的污水厂的历史流量数据；

对清单末端的污水厂的历史流量数据及降雨数据进行分析匹配，根据相应的所述调度需求，形成清单末端的污水厂的分级控制区间；

步骤3、形成重点泵站/干线转输泵站清单：梳理污水系统形成拓扑关系图；

梳理污水系统拓扑关系识别接入污水干线的支线；形成重点接入泵站/干线传输泵站清单；提取/清洗清单泵站历史检测数据；

步骤4、形成与末端厂流量分级相匹配的清单泵站流量控制区间：

步骤5、形成与末端厂流量分级匹配的清单泵站启停方案：判断泵站是否有实时流量监测；

如果有则泵机启停数目等于泵站实施流量除以泵机额定流量；

如果没有实施流量监测需要根据泵站的前池实时水位确定泵机启停，方法如下：

对泵站运行数据进行清洗，提取泵站中泵的启停数目发生变化时刻的前池水位，通过累计频率分析法确定泵启停数目与前池水位的关系获得可以控制泵机启停的前池水位区间值；

步骤6、方案验证及调整。

优选的，在所述步骤1中，在污水系统不存在污水冒溢等风险时，以所述污水系统安全为前提，在旱天或小雨天时对所述污水系统的设施进行控制，从而保障所述污水系统的平稳输送并减少末端污水厂溢流。

更优选的，在所述步骤2中，收集至少一年清单末端的所述污水厂的历史流量数据及降雨数据，通过数据清洗匹配，形成所述流量数据和所述降雨数据的逐五分钟数据库；

之后通过分析所述流量数据和所述降雨数据的所述逐五分钟数据库；

获得，旱天污水厂流量区间为x₁ m³/s至x₂m³/s，小雨天污水厂流量区间为y₁ m³/s至y₂m³/s；

结合污水系统安全运行时污水处理厂最小进厂流量及处理能力，最终确定其旱天进厂流量Q_旱不超过xm³/s，小雨天进厂流量Q_小雨不超过ym³/s。

更优选的，污水系统拓扑关系具体如下：

污水支线是指接入干线系统的污水管网，末端泵站是指支线污水管网中最后一个接入干线系统的泵站；

转输泵站是指位于污水干线上的用于输送干线污水的泵站；

其中，污水处理厂流量数据来自污水厂流量监测设备，泵站流量数据来自泵站流量监测设备或泵站内所有泵机铭牌流量与开机时间乘积的总和；

相应的所述重点泵站清单包括1#转输泵站2#转输泵站，以及7#污水支线末端泵站、8#污水支线末端泵站；

所述1#转输泵站、所述2#转输泵站、所述7#污水支线末端泵站和所述8#污水支线末端泵站输送的污水直接进入污水处理厂，以下称为进厂泵站；

分析其它污水支线末端泵站流量与污水处理厂流量关系，当q_i≥Q/l×a，将此支线末端泵站作为重点泵站；

其中q_i为第i条支线末端泵站流量，Q为污水处理厂流量，l为支线总数，a为调整系数，当1＜a≤1.5时，调度精细程度降低，当a≤1时，调度精细程度增高。

更优选的，在所述步骤4中，分析进厂泵站旱天及小雨天日均输送量形成每个泵站的流量控制区间；

其中，进厂泵站旱天及小雨天的最大控制流量之和需小于污水厂旱天及小雨天的最大控制流量；

分析进入转输泵站前的支线末端泵站旱天及小雨天日均输送量形成每个泵站的流量控制区间；

其中，进入转输泵站前的支线末端泵站旱天及小雨天的最大控制流量之和需小于转输泵站旱天及小雨天的最大控制流量。

更优选的，在所述步骤5中，获取任一清单泵站一年内开启泵台数的变化点，并获取此变化点前一个时刻的前池水位，获得水位变化区间，通过累计频率分析法发现有80％以上的变点发生在某一区间内，则确定当前池水位在这一区间时，需要对泵机进行启停操作，从而改变工作泵机的个数。

更优选的，在所述步骤6中，利用水力模型对所述步骤5中形成与末端厂流量分级匹配的清单泵站启停方案进行验证；

如果符合《室外排水设计规范》标准规范及调度要求则表明此方案可行；

如果不符合则需要调整前池水位控制区间或者泵站流量控制区间，直到符合标准及要求。

本发明的有益效果：

本发明将末端污水厂及重要接入/转输泵站作为的重要控制节点，通过分析片区调度要求、设施运行数据，在水力模型验证的基础上，为大型污水系统提供一种通过控制节点流量，实现污水系统平稳输送、减少末端污水厂溢流风险的调度方法。此方法既可实现片区调度需求，又在数据分析的基础上提高了方案的可实施性，具有一定的复制推广性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1示出本发明一实施例的流程图。

图2示出本发明一实施例中污水系统的结构示意图。

具体实施方式

实施例

如图1所示，基于多数据源分析的大型污水系统辅助调度方法；步骤如下：

步骤1、分析污水片区调度需求；

步骤2、确认污水厂流量分级区间：提取/清洗清单末端的污水厂的历史流量数据；

对清单末端的污水厂的历史流量数据及降雨数据进行分析匹配，根据相应的调度需求，形成清单末端的污水厂的分级控制区间；

步骤3、形成重点泵站/干线转输泵站清单：梳理污水系统形成拓扑关系图；

梳理污水系统拓扑关系识别接入污水干线的支线；形成重点接入泵站/干线传输泵站清单；提取/清洗清单泵站历史检测数据；

步骤4、形成与末端厂流量分级相匹配的清单泵站流量控制区间：

步骤5、形成与末端厂流量分级匹配的清单泵站启停方案：判断泵站是否有实时流量监测；

如果有则泵机启停数目等于泵站实施流量除以泵机额定流量；

如果没有实施流量监测需要根据泵站的前池实时水位确定泵机启停，方法如下：

对泵站运行数据进行清洗，提取泵站中泵的启停数目发生变化时刻的前池水位，通过累计频率分析法确定泵启停数目与前池水位的关系获得可以控制泵机启停的前池水位区间值；

步骤6、方案验证及调整。

本发明的原理如下：

分析污水片区调度需求的基础上，梳理污水系统拓扑关系，形成重点接入泵站及干线转输泵站清单，将末端污水处理厂及清单中的泵站作为污水系统一体化调度的重要控制节点，通过分析片区调度要求、设施运行数据，在水力模型验证的基础上，为大型污水系统提供一种通过控制节点流量，实现污水系统平稳输送、减少末端污水厂溢流风险的调度方法。

在某些实施例中，在步骤1中，在污水系统不存在污水冒溢等风险时，以污水系统安全为前提，在旱天或小雨天时对污水系统的设施进行控制，从而保障污水系统的平稳输送并减少末端污水厂溢流。

在某些实施例中，在步骤2中，收集至少一年清单末端的污水厂的历史流量数据及降雨数据，通过数据清洗匹配，形成流量数据和降雨数据的逐五分钟数据库；

之后通过分析流量数据和降雨数据的逐五分钟数据库；

获得，旱天污水厂进厂流量区间为x₁ m³/s至x₂m³/s，小雨天污水厂进厂流量区间为y₁ m³/s至y₂m³/s；

结合污水系统安全运行时末端厂最小进厂流量及末端厂处理能力，最终确定旱天进厂流量Q_旱不超过xm³/s，小雨天进厂流量Q_小雨不超过ym³/s。

针对末端厂主要形成旱天及小雨时的流量分级控制区间，如：旱天进入末端厂的流量Q_旱不得超过x m³/s，小雨天进入末端厂的流量Q_小雨不得超过y m³/s等，以杜绝或减少末端厂溢流。

在实际应用中，针对清单中的泵站，首先通过历史监测数据分析，形成与末端厂流量相匹配的流量控制区间，如：旱天末端厂流量不超过x m³/s时，1#泵站流量q₁需维持在a₁m³/s至b₁m³/s，2#泵站流量q₂需维持在a₂ m³/s至b₂m³/s，以此类推获得清单所有泵站的流量控制区间，然后通过控制泵站内的泵启停形成与泵站流量控制相匹配的控制策略。

如图2所示，污水支线是指接入干线系统的污水管网，末端泵站是指支线污水管网中最后一个接入干线系统的泵站。

如图2中1#污水支线末端泵站～8#污水支线末端泵站。

转输泵站是指位于污水干线上的用于输送干线污水的泵站；如图2中的1#转输泵站和2#转输泵站。

其中，污水处理厂流量数据来自污水厂流量监测设备，泵站流量数据来自泵站流量监测设备或泵站内所有泵机铭牌流量与开机时间乘积的总和。

在某些实施例中，污水系统拓扑关系具体如下：

相应的所述重点泵站清单包括1#转输泵站2#转输泵站，以及7#污水支线末端泵站、8#污水支线末端泵站；

所述1#转输泵站、所述2#转输泵站、所述7#污水支线末端泵站和所述8#污水支线末端泵站输送的污水直接进入污水处理厂，以下称为进厂泵站；

分析其它污水支线末端泵站流量与污水处理厂流量关系，当q_i≥Q/l×a，将此支线末端泵站作为重点泵站；

其中q_i为第i条支线末端泵站流量，Q为污水处理厂流量，l为支线总数，a为调整系数，当1＜a≤1.5时，调度精细程度降低，当a≤1时，调度精细程度增高。

在某些实施例中，在所述步骤4中，分析进厂泵站旱天及小雨天日均输送量形成每个泵站的流量控制区间；

其中，进厂泵站旱天及小雨天的最大控制流量之和需小于污水厂旱天及小雨天的最大控制流量；

分析进入转输泵站前的支线末端泵站旱天及小雨天日均输送量形成每个泵站的流量控制区间；

其中，进入转输泵站前的支线末端泵站旱天及小雨天的最大控制流量之和需小于转输泵站旱天及小雨天的最大控制流量。

在某些实施例中，在步骤5中，获取任一清单泵站一年内开启泵台数的变化点，如开启泵个数由1台泵变为2台、2台变为3台、3台变为4台、4台变为3台、3台变为2台、2台变为1台等，并获取此变化点前一个时刻的前池水位，获得水位变化区间，通过累计频率分析法发现有80％以上的变点发生在某一区间内，则确定当前池水位在这一区间时，需要对泵机进行启停操作，从而改变工作泵机的个数。

在某些实施例中，在步骤6中，利用水力模型对步骤5中形成与末端厂流量分级匹配的清单泵站启停方案进行验证；

如果符合《室外排水设计规范》标准规范及调度要求则表明此方案可行；

如果不符合则需要调整前池水位控制区间或者泵站流量控制区间，直到符合标准及要求。

通过水力模型对上述清单泵站及污水厂的调度方案进行验证，如果验证结果符合《室外排水设计规范》标准，并符合调度要求，则形成以清单泵站为主的调度方案。如果验证结果不符合标准或者调度要求，则需要调整清单泵站的流量控制区间。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.基于多数据源分析的大型污水系统辅助调度方法；步骤如下：

步骤1、分析污水片区调度需求；

步骤2、确认污水厂流量分级区间：提取/清洗清单末端的污水厂的历史流量数据；

对清单末端的污水厂的历史流量数据及降雨数据进行分析匹配，根据相应的所述调度需求，形成清单末端的污水厂的分级控制区间；

步骤3、形成重点泵站/干线转输泵站清单：梳理污水系统形成拓扑关系图；

梳理污水系统拓扑关系识别接入污水干线的支线；形成重点接入泵站/干线传输泵站清单；提取/清洗清单泵站历史检测数据；

污水系统拓扑关系具体如下：污水支线是指接入干线系统的污水管网，末端泵站是指支线污水管网中最后一个接入干线系统的泵站；

转输泵站是指位于污水干线上的用于输送干线污水的泵站；

其中，污水处理厂流量数据来自污水厂流量监测设备，泵站流量数据来自泵站流量监测设备或泵站内所有泵机铭牌流量与开机时间乘积的总和；

相应的所述重点泵站清单包括1#转输泵站2#转输泵站，以及7#污水支线末端泵站、8#污水支线末端泵站；

所述1#转输泵站、所述2#转输泵站、所述7#污水支线末端泵站和所述8#污水支线末端泵站输送的污水直接进入污水处理厂，以下称为进厂泵站；

分析其它污水支线末端泵站流量与污水处理厂流量关系，当q_i≥Q/l×a，将此支线末端泵站作为重点泵站；

其中q_i为第i条支线末端泵站流量，Q为污水处理厂流量，l为支线总数，a为调整系数，当1＜a≤1.5时，调度精细程度降低，当a≤1时，调度精细程度增高；

步骤4、形成与末端厂流量分级相匹配的清单泵站流量控制区间：

步骤5、形成与末端厂流量分级匹配的清单泵站启停方案：判断泵站是否有实时流量监测；

如果有则泵机启停数目等于泵站实施流量除以泵机额定流量；

如果没有实施流量监测需要根据泵站的前池实时水位确定泵机启停，方法如下：

对泵站运行数据进行清洗，提取泵站中泵的启停数目发生变化时刻的前池水位，通过累计频率分析法确定泵启停数目与前池水位的关系获得可以控制泵机启停的前池水位区间值；

步骤6、方案验证及调整。

2.根据权利要求1所述的基于多数据源分析的大型污水系统辅助调度方法，其特征在于，在所述步骤1中，在污水系统不存在污水冒溢风险时，以所述污水系统安全为前提，在旱天或小雨天时对所述污水系统的设施进行控制。

3.根据权利要求2所述的基于多数据源分析的大型污水系统辅助调度方法，其特征在于，在所述步骤2中，收集至少一年清单末端的所述污水厂的历史流量数据及降雨数据，通过数据清洗匹配，形成所述流量数据和所述降雨数据的逐五分钟数据库；

之后通过分析所述流量数据和所述降雨数据的所述逐五分钟数据库；

获得，旱天污水厂进厂流量区间为x₁ m³/s至x₂m³/s，小雨天污水厂进厂流量区间为y₁m³/s至y₂m³/s；

结合污水系统安全运行时末端厂最小进厂流量及末端厂处理能力，最终确定旱天进厂流量Q_旱不超过xm³/s，小雨天进厂流量Q_小雨不超过ym³/s。

4.根据权利要求1所述的基于多数据源分析的大型污水系统辅助调度方法，其特征在于，在所述步骤4中，分析进厂泵站旱天及小雨天日均输送量形成每个泵站的流量控制区间；

其中，进厂泵站旱天及小雨天的最大控制流量之和需小于污水厂旱天及小雨天的最大控制流量；

分析进入转输泵站前的支线末端泵站旱天及小雨天日均输送量形成每个泵站的流量控制区间；

其中，进入转输泵站前的支线末端泵站旱天及小雨天的最大控制流量之和需小于转输泵站旱天及小雨天的最大控制流量。

5.根据权利要求4所述的基于多数据源分析的大型污水系统辅助调度方法，其特征在于，在所述步骤5中，获取任一清单泵站一年内开启泵台数的变化点，并获取此变化点前一个时刻的前池水位，获得水位变化区间，通过累计频率分析法发现有80％以上的变点发生在某一区间内，则确定当前池水位在这一区间时，需要对泵机进行启停操作，从而改变工作泵机的个数。

6.根据权利要求5所述的基于多数据源分析的大型污水系统辅助调度方法，其特征在于，在所述步骤6中，利用水力模型对所述步骤5中形成与末端厂流量分级匹配的清单泵站启停方案进行验证；

如果符合《室外排水设计规范》标准规范及调度要求则表明此方案可行；

如果不符合则需要调整前池水位控制区间或者泵站流量控制区间，直到符合标准及要求。