CN113812851A - 一种用于直饮水净水设备的水龄控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于直饮水净水设备的水龄控制系统,包括流量计、液位计、调节阀、压力计、水箱、水龄控制仪和控制器,所述流量计用于监测实时进水流量;所述液位计用于监测水箱实时液位值;所述压力计用于监测实时压力;所述调节阀用于控制水箱进水流量大小;所述水箱用于存储直饮水;所述的控制器内部设有智能分析引擎,所述智能分析引擎采集预设时间段内的用水量数据,并基于在预设时间段内的用水量数据训练出用水规律算法模型,所述控制器根据所述用水规律模型得到用户的未来用水量曲线,再根据用户的未来用水量曲线计算未来设定时段内的目标液位,并根据目标液位通过水龄控制仪对调节阀进行实时控制。本发明能够解决直饮水设备的水龄问题。
Description
技术领域
本发明涉及水箱储水水质控制技术领域,特别是涉及一种用于直饮水净水设备的水龄控制系统。
背景技术
新业务场景下用户用水数据需要大量时间收集,周期长,见效慢,且数据不稳定,需要花费大量时间调试才能达到使用要求。
用户用水规律难以预测。当预测值超出实际情况时,直饮水净水设施净化后的水在水箱内积累存留,会导致水龄过长,水质变差,影响用户用水健康;当预测值低于实际情况时,水箱存水不足,导致缺水,影响用户体验。
控制下发不及时。用水规律发生变化时,传统的经验值调节方式需要通过人为监管、手动控制,缺乏及时性,导致控制效果不理想,不能稳定有效地控制水龄。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于直饮水净水设备的水龄控制系统,通过智能分析引擎挑选出最优用水规律算法模型控制调节阀的开合度,来解决直饮水设备的水龄问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种用于直饮水净水设备的水龄控制系统,包括流量计、液位计、调节阀、压力计、水箱、水龄控制仪和控制器,所述流量计用于监测实时进水流量;所述液位计用于监测水箱实时液位值;所述压力计用于监测实时压力;所述调节阀用于控制水箱进水流量大小;所述水箱用于存储直饮水;所述水龄控制仪分别与流量计、液位计、调节阀和压力计相连,所述控制器根据流量计、液位计和压力计的实时检测值通过水龄控制仪对调节阀进行控制;所述的控制器内部设有智能分析引擎,所述智能分析引擎采集预设时间段内的用水量数据,并基于在预设时间段内的用水量数据训练出用水规律算法模型,所述控制器根据所述用水规律模型得到用户的用水量曲线,再根据用户的用水量曲线计算未来设定时段内的目标液位,并根据目标液位通过水龄控制仪对调节阀进行实时控制。
所述智能分析引擎基于在预设时间段内的用水量数据训练出用水规律算法模型,具体为:基于在预设时间段内的用水量数据训练BiRNN网络、GRU网络和LSTM网络,并将置信区间、损失函数、平均绝对误差、标准差和均方根误差作为衡量指标从所述BiRNN网络、GRU网络和LSTM网络中选出最优网络作为用水规律算法模型。
当由于随机因素导致预测的目标液位与当天的实际用水数据产生偏差时,所述智能分析引擎还通过采用自我更新无监督学习机制对预测的目标液位进行纠偏,所述水龄控制仪在用水需求不能被满足时启动自动补水机制,补充水箱进水量。
所述控制器根据用户的未来用水量曲线计算未来设定时段内的目标液位,具体为:所述控制器根据水箱的未来用水量曲线对应的每小时的用水量数据分别计算未来每天0-2时、2-4时、4-6时、6-8时、8-10时、10-12时、12-14时、14-16时、16-18时、18-20时、20-22时和22-24时的总用水量,得到每天的12组时段的总用水量数据;将每组时段的总用水量数据加上实际的水箱最低允许液位得到后一天的目标液位数据。
所述控制器根据用户的未来用水量曲线计算未来设定时段内的目标液位,还包括:当目标液位高于实际液位时,则水龄控制仪控制调节阀进行补水操作,并补充水箱液位到目标液位高度后关闭调节阀;当目标液位小于或等于实际液位时,则水龄控制仪控制调节阀保持关闭状态。
所述智能分析引擎基于在预设时间段内的用水量数据训练出用水规律模型时,还将天气、气温、降水、湿度、周别、季节和节假日作为维度信息输入用水规律算法模型。
有益效果
由于采用了上述的技术方案,本发明与现有技术相比,具有以下的优点和积极效果:本发明通过大数据和BiRNN网络、GRU网络、LSTM网络等先进的智能预测算法对用户用水数据进行综合分析训练,得到不同的用水规律算法模型,并选择最佳的用水预测数据对应的用水规律算法模型作为输出模型(不同地区、小区具有各地特性,输出模型各不相同,符合实际需求),根据最佳模型预测的用水量和对应的系统液位上下限限定,计算未来设定时段内的补水液位,自动控制小区直饮水设备的水箱液位,保证水箱中直饮水的动态调节,使水箱内所蓄直饮水按照设定时段循环更新。本发明能够每天下发第二天的预测数据,间隔周期短,近期的未来容易预测,能够及时调整、精准控制。本发明采用的自我更新无监督学习机制,能保持无间断地学习之前的用水规律数据和预测误差,并反馈到模型中每天更新,所以准确率会越来越高。本发明采用可自我调节与远程控制的调节阀,使小区直饮水设备中的出水平均水龄得到缩短,相比定期水箱清洗与二次加氯无疑节省了人工成本与经济成本,而且比普通的直饮水水箱的经验值调节模式更精准、更智能,并且能够维持水箱中直饮水的动态平衡,有效降低水箱水龄,保障用户水质安全。
附图说明
图1是本发明实施方式的方法流程图;
图2是本发明实施方式的用水量拟合曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种用于直饮水净水设备的水龄控制系统,包括流量计、液位计、显示屏、调节阀、压力计、水箱、水龄控制仪和控制器,控制器在本实施方式中可以理解为AI平台。
其中,流量计位于水龄控制仪的入口处,用于监测实时进水流量。液位计位于水箱内部,用于监测水箱实时液位值,通过流量计与液位计可计算出下游用水量模式曲线,用于预测模型的调节。
显示屏提供了对下位机的手动模式控制,通过触摸屏的操作可实现高位、预警、补水和目标液位值的设置,对于当前实际用水量远小于水箱容积的情况可通过直接修改高位、预警、补水和目标液位值使关阀液位降低,并保证了水在水箱中可及时更新。所述显示屏还提供了供水时段的设置功能,可根据实际情况手动更改各个供水时段的区间范围,并也提供了直接操作水龄控制仪的功能。
调节阀用于控制水箱进水流量大小,实现对水箱的调度方案,保证直饮水可获得及时的更新。
压力计用于监测实时压力,用于与液位计、流量计联动控制调节阀的开合度。水箱则用于存储用水,用于对下游设施进行水量与压力的调节并展现水龄控制系统对小区直饮水设备中水龄问题的解决。
本实施方式具有自动调节能力的水龄控制仪,且支持远程控制,相比于浮球阀更加智能。本实施方式中流量计、液位计、调节阀和压力计均与水龄控制仪相连,该水龄控制仪内部设有智能分析引擎,通过AI平台提供的一套基础的用水规律算法模型,如BiRNN网络、GRU网络、LSTM网络等先进的智能预测算法进行用水量的精准预测和调控。
本实施方式的水龄控制系统具体的方法流程可参阅图1。
进一步地,BiRNN网络、GRU网络、LSTM网络等智能预测算法的选择,主要是通过比较它们的置信区间、损失函数、平均绝对误差(MAE)、标准差(SD)、均方根误差(RMSE)等衡量指标,从中选择最优算法预测出用水量预测曲线,并结合实际用水数据,得到新的用水量预测结果,利用新的预测结果对水箱进行控制。由于不同地区、不同小区的用水量情况各不相同,若采用统一的用水规律算法模型不符合实际需求,需要综合训练出符合该小区的定制化的用水规律算法模型。
该智能分析引擎可以为用水行为进行特征识别。其在收集了大量用户用水量数据后,对用水量数据进行清洗与分类,将处理后的用水量数据作为多种算法的输入层输入进行训练,并对影响用水行为的因素进行量化分析,包括:天气、气温、降水、湿度、周别、季节、节假日等,这些因素都是影响用水量趋势的影响因素,把输入的影响因素作为维度信息,将这些影响因素统一作为样本输入各类算法模型进行训练。通过把收集的用水量数据和其他影响因素作为样本进行算法训练,得到各类算法模型,其输出的计算结果即为预测的用水量数据,系统会选择最佳的用水预测数据对应的算法模型作为输出模型,根据最佳模型预测的用水量和对应的系统液位上下限限定,计算未来设定时段内的补水液位,对水箱进行液位控制。
在预测出用水量模式曲线的基础上,为了满足水箱中用水水龄不超过4小时的国家标准且水箱中进水时考虑水量为瞬间完全混合,本实施方式采用当前水箱中蓄水只用满足未来两小时用水量的思路,具体实现方法为:根据水箱的未来用水量曲线对应的每小时的用水量数据分别统计计算每天的0-2时、2-4时、4-6时、6-8时、8-10时、10-12时、12-14时、14-16时、16-18时、18-20时、20-22时、22-24时的总用水量,得到每天共12组各时段的总用水量数据,结合实际的水箱最低允许液位,两者相加得到后一天的目标液位数据,将目标液位通过AI平台传送给下位机,下位机控制水龄控制仪,便可即时控制直饮水水箱液位以达到目标进水量完成控制调度。
该智能分析引擎为自我学习反向调节预测模型。上述得到的水量模式曲线只是通过历史数据样本生成的,对于其他影响因素,如:人口迁移变化、目标群体变化、自然灾害影响等因素收集的样本数据量还不足,所以为了保证每一天都能较为精确地预测未来一天的用水规律,所述智能分析引擎还需综合考虑最近一段时间内的实际用水数据,迭代用水量模式曲线,根据当前时间端内的真实的用水量修正算法预测模型,得到新的预测结果,利用该新的预测结果得到新的水箱液位控制方案。
最后对于当天已开始实行的控制方案,当实际用水需求与预测值发生较大偏差时,即由于随机因素导致预测值与实际值产生偏差,如发生爆管等意外情况,导致用水需求得不到满足时,所述智能分析引擎还可以通过新的用水规律自我更新无监督学习机制对后续预测结果进行纠偏,所述水龄控制仪能够根据不满足用水需求的具体情况实时调整水箱进水量,保证用水需求,从而做到根据实际用水需求实时调整预测值。
本实施方式的用于小区直饮水设备的水龄控制系统具有三种控制模式,具体如下:
一、水龄控制仪手动模式控制
进入手动模式后,通过AI平台界面修改水龄控制仪的目标液位,水龄控制系统准确按设定的目标液位进行定期补水计划,控制水箱进水量。
二、水龄控制仪自动模式控制
利用历史时段的用户用水数据,通过大数据分析与人工智能预测算法模拟出的用户用水量曲线来获得,直接用算法模型来控制直饮水水箱的补水量,动态调控水箱水龄,有效保障直饮水水龄始终在健康安全的标准范围内。
三、水龄控制仪远程模式控制
当进入远程控制模式时,可通过指令切断自动控制,之后可进行远程控制。水龄控制系统可通过远程控制命令打开、关闭或进行液位调整。
上位机平台通过深度学习算法不断利用新的用水数据调节已有预测模型,对预测模型进行调整,确保水箱蓄水循环更新。上位机可直接修改供水时段区间,并可设置关阀液位。
不难发现,本发明通过大数据和人工智能预测算法对直饮水用户用水数据进行分析,模拟出用户用水量曲线,计算出需要下发的目标液位,通过目标液位智能控制小区直饮水水箱设备定时补水,保证水箱中直饮水的供需动态平衡,使得水箱蓄水循环更新,维持水龄水质健康。本发明采用可自我调节与远程控制的调节阀,使小区直饮水设备中的出水平均水龄得到缩短,相比定期水箱清洗维护与二次加氯无疑节省了人工成本与经济成本,大大降低了直饮水设备的维护成本,提高了小区直饮水的水质质量,保障用户的健康优饮。
Claims (6)
1.一种用于直饮水净水设备的水龄控制系统,其特征在于,包括流量计、液位计、调节阀、压力计、水箱、水龄控制仪和控制器,所述流量计用于监测实时进水流量;所述液位计用于监测水箱实时液位值;所述压力计用于监测实时压力;所述调节阀用于控制水箱进水流量大小;所述水箱用于存储直饮水;所述水龄控制仪分别与流量计、液位计、调节阀和压力计相连,所述控制器根据流量计、液位计和压力计的实时检测值通过水龄控制仪对调节阀进行控制;所述的控制器内部设有智能分析引擎,所述智能分析引擎采集预设时间段内的用水量数据,并基于在预设时间段内的用水量数据训练出用水规律算法模型,所述控制器根据所述用水规律模型得到用户的未来用水量曲线,再根据用户的未来用水量曲线计算未来设定时段内的目标液位,并根据目标液位通过水龄控制仪对调节阀进行实时控制。
2.根据权利要求1所述的用于直饮水净水设备的水龄控制系统,其特征在于,所述智能分析引擎基于在预设时间段内的用水量数据训练出用水规律算法模型,具体为:所述智能分析引擎基于在预设时间段内的用水量数据训练BiRNN网络、GRU网络和LSTM网络,并将置信区间、损失函数、平均绝对误差、标准差和均方根误差等作为衡量指标从所述BiRNN网络、GRU网络和LSTM网络中选出最优网络作为用水规律算法模型。
3.根据权利要求1所述的用于直饮水净水设备的水龄控制系统,其特征在于,当由于随机因素导致预测的目标液位与当天的实际用水数据产生偏差时,所述智能分析引擎还通过采用自我更新无监督学习机制对预测的目标液位进行纠偏,所述水龄控制仪在用水需求不能被满足时启动自动补水机制,补充水箱进水量。
4.根据权利要求1所述的用于直饮水净水设备的水龄控制系统,其特征在于,所述控制器根据用户的未来用水量曲线计算未来设定时段内的目标液位,具体为:所述控制器根据水箱的未来用水量曲线对应的每小时的用水量数据分别计算未来每天0-2时、2-4时、4-6时、6-8时、8-10时、10-12时、12-14时、14-16时、16-18时、18-20时、20-22时和22-24时的总用水量,得到每天的12组时段的总用水量数据;将每组时段的总用水量数据加上实际的水箱最低允许液位得到后一天的目标液位数据。
5.根据权利要求1所述的用于直饮水净水设备的水龄控制系统,其特征在于,所述控制器根据用户的用水量曲线计算未来设定时段内的目标液位,还包括:当目标液位高于实际液位时,则水龄控制仪控制调节阀进行补水操作,并补充水箱液位到目标液位高度后关闭调节阀;当目标液位小于或等于实际液位时,则水龄控制仪控制调节阀保持关闭状态。
6.根据权利要求1所述的用于直饮水净水设备的水龄控制系统,其特征在于,所述智能分析引擎基于在预设时间段内的用水量数据训练出用水规律模型时,还将天气、气温、降水、湿度、周别、季节和节假日作为维度信息输入用水规律算法模型。
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