CN114272653B - 一种用于沉淀池水的控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于沉淀池水的控制系统和方法，获取所述泥斗的图像作为第一图像数据，获取泥斗区上方的沉淀区不同区域的水下图像形成第二图像数据，对所述第一图像数据进行处理获得对应泥斗中污泥的实时泥位实实际泥位；获取第二图像数据中颗粒的粒径以及沉降速度，基于污泥的所述实时泥位以及颗粒的所述粒径以及所述沉降速度分别预测每个泥斗中污泥到达预设泥位的时间点，在所述实时泥位到达所述预设泥位时，控制相应的所述排泥口的阀门开启以对所述泥斗进行排泥；或者当到达预测的所述时间点时，控制相应的所述排泥口的阀门开启以对所述泥斗进行排泥。结合实际泥斗深度预测单个泥斗的排泥时机，实现对泥斗无人监管自动排泥，实现精细化和高效化控制管理。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种用于沉淀池水的控制系统和方法。
背景技术
自从引入沉淀“浅池理论”以来，斜管沉淀池以其占地面积小、停留时间短、投资小、建设速度快等优势，实现了在给水处理中的应用。然而，由于斜管沉淀池缩短了停留时间，其缓冲能力相对于平流沉淀池，往往较弱。当浊度突变或投药不正常，出现絮凝反应不完善时，沉淀池水质则恶化。斜管沉淀池的“高效”往往能从较低的截流沉速上得到体现，理论上低于截流沉速的颗粒均会下沉，高于截流沉速的颗粒部分下沉，而“安全可靠”则会由于其停留时间短受到一定的质疑。
保障水厂的安全稳定运行一直是水厂管理人员的工作重心。一般情况下，沉淀池为水厂工艺流程中的首个环节，受进水水质变化影响，沉淀池的运行稳定性一直是水厂管理人员的工作重点。实现斜管沉淀池的安全保证，弥补其停留时间相对较短的弱点，实时精确的水下状态监控，显得尤为重要。
斜管沉淀池沉淀效果直接影响了出水水质，因此现阶段判断沉淀效果的主要方法是检测沉淀池出水水质，例如通过仪器测量浊度或悬浮性固体等水质指标。
但是，现阶段斜管沉淀池的设计思路仅针对进水和出水的水质进行检测，带来了以下问题：
1、现阶段除设置常规的浊度仪等仪表监测外，主要依靠人工巡检判断斜管沉淀池的运行效果。而依靠人工的巡检，局限性较强，几乎依靠人为经验判断。人眼无法直接看到水池下部，尤其斜管区的遮挡，几乎只能看到斜管上部的清水区域，而当看到清水区域有跑矾花现象时，再采取应急措施，往往已经错过了调整的最佳时机，沉淀池的安全可靠性将受到一定冲击。
2、沉淀效果可通过沉淀池水体内絮体下降速度即沉降速度来衡量，絮体下降越快，沉淀效果越好。即沉淀池运行效果与水下絮体的沉淀效果有直接关系，但人工巡检只能看到沉淀池表面水体，无法观察到水池深处状态，更无法判断絮体沉降速度。
3、即使人工巡检发现水池运行出现问题，但难以精确映射产生问题的原因，存在一定的“试错探索”，采取措施会有一定的盲目性。
4、斜管沉淀池泥斗的积泥量增加引起其排泥次数的增加，而排泥次数又与加药控制、水量大小、水温变化等诸多因素有关。现阶段往往通过周期性排泥进行定期排放，出现积泥不足区域同积泥充足区域同时排放的现象，浪费水资源，管理相对粗放，未实现排泥的精细化及智慧化。故只有精确化的规范加药和规范排泥，才能开发斜管沉淀池的高效可靠潜力。
为了提高斜管沉淀池的运行稳定性，通常的做法是在设计及运行阶段提高混凝剂投加量。但是，增加混凝剂投加量意味着更大的药剂消耗和出水铝离子升高。另外，水厂日常巡检是保障水厂安全稳定运行的重要手段。巡检人员通过观察水厂沉淀池水面的情况，判断水厂沉淀池运行是否异常。
为此，有技术人员开发了若干图像识别技术，用于协助水厂管理人员。例如，絮凝剂投加系统的图像识别技术，利用絮凝阶段矾花的图像特点，自动识别混凝效果，从而对混凝剂投加量的多少进行自动识别并作出判断，最终自动调节混凝剂的投加量。由于技术瓶颈，矾花的图像特征与絮凝剂的投加量之间的关系尚无明显关联，且高精度的图像采集装置单价昂贵，采集点数量受限。
沉淀池运行稳定性的微观层面是絮体具备较好的沉降性能，宏观层面是出水浊度持续稳定低于1～2NTU。鉴于宏观层面检测点数量受限，因此，从微观层面考虑获取絮体沉降性能的数据就显得十分重要。获取絮体沉降性能需要“结果to结果”的大数据分析思维，通过全过程覆盖布局实时采集微观层面数据，得到宏观层面的结论，从而反馈指导运行，实现水厂沉淀池的人工智能数据信息闭环。
发明内容
基于以上问题，本发明提供一种用于沉淀池水的控制系统和方法，旨在解决沉淀池实现排泥的精细化管理以及运行异常提前预警等技术问题。
一种用于沉淀池水的控制系统，包括：
若干第一图像采集装置，于沉淀池底部的每一个泥斗处设置一第一图像采集装置，用于分别获取对应泥斗的泥斗区图像作为第一图像，；
若干第二图像采集装置，分别用于获取泥斗区上方的沉淀区的不同区域的水下图像作为第二图像；
第一处理装置，分别连接第一图像采集装置和第二图像采集装置，用于获取由若干第一图像采集装置采集的第一图像组成的第一图像集合以及由若干第二图像采集装置采集的第二图像组成的第二图像集合，包括：
第一图像处理模块，用于对第一图像集合中的第一图像进行处理获得对应泥斗中污泥的实时泥位；
第二图像处理模块，用于对第二图像集合中的第二图像进行处理，获取第二图像中颗粒的粒径以及沉降速度；
时间预测模块，分别连接第一图像处理模块和第二图像处理模块，用于基于污泥的实时泥位以及颗粒的粒径以及沉降速度分别预测每个泥斗中污泥到达预设泥位的时间点；
控制装置，连接第一处理装置，用于：当到达预测的时间点时，控制相应的泥斗的排泥口的阀门开启以对泥斗进行排泥。
进一步的，控制装置还用于：在实时泥位到达预设泥位时，控制相应的泥斗的排泥口的阀门开启以对泥斗进行排泥。
进一步的，若干第二图像采集装置分布设置在沉淀池的侧壁和/或水中；
第二图像处理模块包括：
区域划分单元，用于将第二图像集合中的第二图像划分为多个网格区域；
粒径获取单元，连接区域划分单元，用于获取每个网格区域中颗粒的等效粒径；
沉速获取单元，连接粒径获取单元，用于基于等效粒径获得网格区域中颗粒的等效沉速；
时间预测模块基于实时泥位以及网格区域中颗粒的等效粒径以及等效沉速来分别预测每个泥斗中泥位到达预设泥位的时间点。
进一步的，将第一图像采集装置和第二图像采集装置进行划分，形成若干图像采集组；
每个图像采集组按各自预先设定的第一预设采集时间进行图像采集，获取组内的第一图像形成第一图像集合和第二图像形成第二图像集合；
第一图像处理模块对图像采集组内的第一图像集合中的第一图像进行处理获得图像采集组对应的每个泥斗中污泥的实时泥位；
第二图像处理模块对图像采集组内的第二图像集合中的第二图像进行处理获取图像采集组中所划分的每个网格区域中颗粒的等效粒径以及等效沉速；
时间预测模块基于由图像采集组内得到污泥的实时泥位以及每个网格区域中颗粒的等效粒径以及等效沉速分别预测图像采集组对应的每个泥斗中污泥到达预设泥位的时间点。
进一步的，每个泥斗的上方沿沉淀池的深度方向分布设置第二图像采集装置；深度方向是指与水平面垂直的方向。
进一步的，第二图像采集装置沿沉淀池的长度方向分布排列成行；
长度方向是指从进水口侧到出水口侧的水平延伸方向；
将第二图像采集装置按照等效距离划分成组，等效距离是指第二图像采集装置到进水口侧沿长度方向的距离；
每组第二图像采集装置对应的第一图像采集装置划分为一组；每组第二图像采集装置与对应的一组第一图像采集装置形成一组图像采集组；
等效距离越长，图像采集组的相邻两次的第一预设采集时间的时间间隔越长。
进一步的，通过如下公式获得颗粒的沉降速度：
其中，
u为颗粒的沉降速度；
μ为水的动力粘滞系数；
d为颗粒粒径；
ρs为颗粒密度；
ρ为水流密度；
CD为绕流阻力系数；
Re为雷诺数。
进一步的，还包括：
水流量计，用于获取沉淀池的进水口的水流流量；
第二处理装置，分别连接水流量计和第一处理装置，包括：
第一处理模块，基于水流流量获取沉淀池的截流沉速，基于截流沉速确定一基准范围；
第二处理模块，用于统计第二图像集合中的各个网格区域的颗粒的等效沉速获得统计结果；
第三处理模块，分别连接第一处理模块和第二处理模块，用于分析统计结果与基准范围的偏离程度；
第四处理模块，连接第三处理模块，用于基于偏离程度计算絮凝剂的添加剂量。
进一步的，还包括：
数据采集装置，用于采集沉淀池的进水水质、水温和水量；
第二处理装置，还连接数据采集装置，第二处理装置中的第四处理模块基于沉淀池的进水水质、水温和水量、以及偏离程度计算絮凝剂的添加剂量。
一种用于沉淀池水的控制方法，还包括，使用前述的一种用于沉淀池水的控制系统，包括如下步骤：
步骤A1，分别获取对应泥斗的泥斗区图像作为第一图像，形成第一图像集合；
步骤A2，分别用于获取泥斗区上方的沉淀区的不同区域的水下图像作为第二图像，形成第二图像集合；
步骤A3，对第一图像集合中的第一图像进行处理获得对应泥斗中污泥的实时泥位；
步骤A4，对第二图像集合中的第二图像进行处理，获取第二图像中颗粒的粒径以及沉降速度；
步骤A5，基于污泥的实时泥位以及颗粒的粒径以及沉降速度分别预测每个泥斗中污泥到达预设泥位的时间点；
步骤A6，当到达预测的时间点时，控制相应的泥斗的排泥口的阀门开启以对泥斗进行排泥。
本发明的有益技术效果在于：通过第一图像采集装置精确度量泥斗深度，达到相应程度进行排泥；第二图像采集装置对水下图像的采集可做为可视化及水下巡检的展示，水下图像处理得到颗粒的粒径以及沉降速度对积泥高度的“贡献率”，结合实际泥斗深度预测单个泥斗的排泥时机，实现对泥斗无人监管自动排泥，实现精细化和高效化控制管理。
附图说明
图1为本发明一种用于沉淀池水的控制系统的架构示意图；
图2为本发明一种用于沉淀池水的控制系统的第一图像采集装置和第二图像采集装置在斜管沉淀池的分布位置一种优选实施方式的示意图；
图3为本发明一种用于沉淀池水的控制系统的第一处理装置的模块示意图；
图4为本发明一种用于沉淀池水的控制系统的第二图像处理模块的模块示意图；
图5为本发明一种用于沉淀池水的控制系统的第二处理装置的模块示意图；
图6为本发明一种用于沉淀池水的控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参见图1-3，一种用于沉淀池水的控制系统，包括：
若干第一图像采集装置(1)，于沉淀池底部的每一个泥斗处设置一第一图像采集装置，用于分别获取对应泥斗的泥斗区图像作为第一图像，；
若干第二图像采集装置(2)，分别用于获取泥斗区上方的沉淀区的不同区域的水下图像作为第二图像；
第一处理装置(3)，用于获取由若干第一图像采集装置采集的第一图像组成的第一图像集合以及由若干第二图像采集装置采集的第二图像组成的第二图像集合，分别连接第一图像采集装置和第二图像采集装置，包括：
第一图像处理模块(31)，用于对第一图像集合中的第一图像进行处理获得对应泥斗中污泥的实时泥位；
第二图像处理模块(32)，用于对第二图像集合中的第二图像进行处理，获取第二图像数据中颗粒的粒径以及沉降速度；
时间预测模块(33)，分别连接第一图像处理模块(31)和第二图像处理模块(32)，用于基于污泥的实时泥位以及颗粒的粒径以及沉降速度分别预测每个泥斗中污泥到达预设泥位的时间点；
控制装置(4)，连接第一处理装置(3)，用于：当到达预测的时间点时，控制相应的泥斗的排泥口的阀门开启以对泥斗进行排泥。
进一步的，控制装置(4)还用于：在实时泥位到达预设泥位时，控制相应的泥斗的排泥口的阀门开启以对泥斗进行排泥。
在本发明中，具有两个排泥时机，设置第一图像采集装置采集泥斗处的图像，对图像进行处理获取实际的污泥泥位，当实际的污泥泥位达到预设泥位，说明该泥斗出现排泥的第一个时机，对该泥斗进行排泥处理，而对于其他未达到预设泥位的泥斗不进行排泥，实现对每个泥斗分别进行排泥管理，实现有序的分级、分层次排泥。另一方面，通过第二图像采集装置获取水下图像，通过对水下图像的处理获取沉淀区水中絮体即沉降颗粒的沉降速度，来分别预测每个泥斗随着时间趋势的来泥厚度变化，在结合实际的污泥泥位，预测将来泥斗超过预设泥位的可能时间点，在该时间点到达时，出现排泥的第二个时机，即使在该预测的时间点上实际的污泥泥位未到达预设泥位，也进行排泥操作。如果在预设的时间点来临之前，污泥泥位到达预设泥位，便是排泥的第一个时机。通过这样的方式对每个泥斗进行实际检测排泥和预设时间点排泥，实现对每个泥斗的精细化管理和智慧运行。
另外，作为一个优选实施方式，本发明还包括一显示装置，用于显示每个泥斗实际的污泥泥位，供人员查看，实现可视化管理。在本发明中，可以每个预定时间间隔对泥斗的泥位进行预测。
参见图4，进一步的，若干第二图像采集装置分布设置在沉淀池的侧壁和/或水中；
第二图像处理模块(32)包括：
区域划分单元(321)，用于将第二图像进行划分为多个网格区域；
粒径获取单元(322)，连接区域划分单元(321)，用于获取每个网格区域中颗粒的等效粒径；
沉速获取单元(323)，连接粒径获取单元(322)，用于基于等效粒径获得网格区域中颗粒的等效沉速；
时间预测模块(33)基于实时泥位以及网格区域中颗粒的等效粒径以及等效沉速来分别预测每个泥斗中泥位到达预设泥位的时间点。
进一步的，等效粒径可以通过对颗粒进行选取典型值以及对各典型值进行加权平均来获取。例如，选取颗粒粒径的某些经典数值，对这些经典数值的颗粒数量进行统计，之后进行加权求平均获取等效粒径。根据等效粒径来求取网格区域内颗粒的等效沉速，即等效的沉降速度。每一网格区域中的颗粒经过背景处理及干扰项去除，可得出每一网格区域内的大量颗粒粒径，经过典型取值及加权平均获得等效粒径，划分的网格区域越多，得到的数据将越精确。
进一步的，将第一图像采集装置和第二图像采集装置进行划分，形成若干图像采集组；
每个图像采集组按各自预先设定的第一预设采集时间进行图像采集，获取组内的第一图像形成第一图像集合和第二图像形成第二图像集合；
第一图像处理模块对图像采集组内的第一图像集合中的第一图像进行处理获得图像采集组对应的每个泥斗中污泥的实时泥位；
第二图像处理模块对图像采集组内的第二图像集合中的第二图像进行处理获取图像采集组中所划分的每个网格区域中颗粒的等效粒径以及等效沉速；
时间预测模块基于由图像采集组内得到污泥的实时泥位以及每个网格区域中颗粒的等效粒径以及等效沉速分别预测图像采集组对应的泥斗中污泥到达预设泥位的时间点。
进一步的，每个泥斗的上方沿沉淀池的深度方向分布设置若干第二图像采集装置；深度方向是指与水平面垂直的方向。
进一步的，第二图像采集装置沿沉淀池的长度方向排列成行；
长度方向是指从进水口侧到出水口侧的水平延伸方向；
将第二图像采集装置按照等效距离划分成组，等效距离是指第二图像采集装置到进水口侧沿长度方向的距离；
每组第二图像采集装置对应的第一图像采集装置划为一组；每组第二图像采集装置与对应的一组第一图像采集装置形成一组图像采集组；
等效距离越长，图像采集组的相邻两次的第一预设采集时间的时间间隔越长。
具体的，每组图像采集组的第一预设采集时间各不相同。
具体的，还为每组第一图像采集装置设置各自的第二预设采集时间，每组第一图像采集装置还用于根据自己的第二预设采集时间进行第一图像数据采集，从而获取组内每个泥斗泥位的实时泥位。
优选的，等效距离越长，图像采集组中的一组第一图像采集装置的相邻两次的第二预设采集时间的时间间隔越长。
优选的，每组第一图像采集装置的第二预设采集时间不同。
优选的，在同一图像采集组中，其相邻两次的第一预设采集时间的时间间隔长于与对应组的第一图像采集装置的相邻两次的第二预设采集时间的时间间隔。也就是说，对于泥斗污泥的实时泥位的采集时间间隔相对较短，可以避免出现突发状况时及时将污泥排除。例如，同一图像采集组，间隔每两小时进行一次污泥预测，而相应的，实际污泥采集间隔一小时采集一次。
从沿进水口到出水口，沉淀区不同区域的沉降颗粒会有一个下降趋势，离进水口越近的区域，水中颗粒数量相对较多，沉泥数量也较多，越远则越少。因此，离进水口越近的泥斗积泥量较快，以较短的时间就能到达预设泥位，而离进水口越远的泥斗，由于颗粒总量减少，整体积泥量较少较慢。因此，对于离进水口越远的泥斗沉泥量相对较少，到达预设泥位的时间也较长。如果频繁的采集数据进行到达预设泥位的时间点预测，计算量大，计算复杂，增加处理负担，对于不同区域的预测如果同时进行处理，则考虑到离进水口区域较近的沉泥量多且快的原因，相邻两次的预测时间间隔较短，这样对较远的沉淀区预测来说任然增加处理负担，对计算资源造成浪费。而且，颗粒下降基于重力因素，泥斗集泥的主要来源是泥斗上方的颗粒沉降，非上方区域的颗粒对沉泥的贡献度不高，因此，主要以上方区域的第二图像数据计算为主，为了避免计算资源的浪费，可以将第二图像采集装置进行分组，处理，每组第二图像采集装置的开启时间不同，存在时间梯度，例如，距离进水口较近的第二图像采集装置在第一时刻开启进行泥位预测，较远的第二图像采集装置在第二时刻开启进行泥位预测，第二时刻比第一时刻延迟一个时间段。此外，距离较近的第二图像采集装置两次开启的时间间隔可以相对较短，例如1小时，两小时，根据具体情况设定。距离较远的第二图像采集装置两次开启的时间间隔可以相对较长，例如可以是半天，或者一天，或者两天。这样，进一步实现对泥斗精细化自动化管理。每组第二图像采集装置开启的同时，对应的一组第一图像采集装置同时开启进行实时污泥采集，以便进行预测。
一般地，沉淀池具有长度方向、宽度方向和深度方向，长度方向一般为从进水口的侧壁到出水口的侧壁延伸的方向，宽度方向在水平面垂直长度方向的方向，深度方向为垂直水平面的方向。
作为第一种方式，第二图像装置设置在侧壁，沿深度方向排成列，每列第二图像采集装置形成一组，每组第二图像采集装置的等效距离具有梯度差，等效距离越短，离进水口就越近，两次第一预设采集时间的间隔越短，等效距离越长，离进水口就越远，两次第一预设采集时间的时间间隔越长。
作为第二种方式，第二图像装置设置在水中，沿深度方向和宽度方向排成一二维矩阵，每一个二维矩阵的第二图像采集装置形成一组，每组第二图像采集装置的等效距离具有梯度差，等效距离越短，离进水口就越近，两次第一预设采集时间的间隔越短，等效距离越长，离进水口就越远，两次第一预设采集时间的时间间隔越长。
作为第三种方式，第二图像装置设置在水中和侧壁，沿深度方向和宽度方向排成一二维矩阵，每一个二维矩阵的第二图像采集装置形成一组，每组第二图像采集装置的等效距离具有梯度差，等效距离越短，离进水口就越近，两次第一预设采集时间的间隔越短，等效距离越长，离进水口就越远，两次第一预设采集时间的时间间隔越长。
作为第四种方式，泥斗在长度方向排列成行，在宽度方向排列成列，每列泥斗形成一组，每组泥斗投影的侧壁沿深度方向分布多个第二图像采集装置形成一列；每列第二图像采集装置形成一组，与对应组的泥斗的第一图像采集装置形成图像采集组。
作为第五种方式，泥斗在长度方向排列成行，在宽度方向排列成列，每个泥斗上方沿深度方向分布多个第二图像采集装置；每列泥斗为一组，每组泥斗上方的第二图像采集装置以及每组泥斗对应的第一图像采集装置形成图像采集组。
由于泥斗上方区域的颗粒沉降对泥斗沉泥的贡献最大，因此作为一种优选的实施方式，在每个泥斗上方区域设置第二图像采集装置，并且在不同深度分层设置第二图像采集装置，这样可以获取该泥斗上方区域的各深度层次的水下图像，对图像进行网格化分割，获取每个网格区域内颗粒的等效沉速和等效粒径，预测该泥斗中达到预设泥位的时间点。
作为本发明的另一个优选实施方式，也可以两个或者多个相邻的泥斗共用第二图像采集装置。
对于泥斗的划分以及摄像装置的划分不拘于上述的方式，可能根据具体的情况例如泥斗的排列方式、第二图像采集装置的分布、沉淀池的形状等来具体进行划分。
来泥厚度的测量，需依靠布置的大量智能摄像装置即第二图像采集装置，采集大量的水下图像，并结合颗粒沉淀的理论公式进行处理。因斜管沉淀池非泥斗区域符合自由沉淀或絮凝沉淀的规律，可应用图像分析达到工程级别的量化颗粒沉速u或颗粒粒径d。如下列公式：
其中，
u为颗粒的沉降速度；
μ为水的动力粘滞系数；
d为颗粒粒径；
ρs为颗粒密度；
ρ为水流密度；
CD为绕流阻力系数；
Re为雷诺数。
其中，水的动力粘滞系数μ与水的温度有关。
其中，颗粒密度ρs和加药的絮体有关，属于半确定值，可以进行预先设定。
其中，水流密度通常设置为定值1000kg/m3。
由于颗粒的无规则运动，难以将沉淀的规律进行量化。引入此水下智能巡检装置，可清晰地看到水下颗粒状态，并通过图像处理技术，达到量化颗粒分布粒径及沉速的规律，进而达到工程级别的精细化，实现智慧运行。
在本发明中，由于将水下图像进行划分，常见的是网格区域划分，每一网格区域中的颗粒经过背景处理及干扰项去除，可得出每一网格区域内的大量颗粒粒径，经过典型取值及加权平均，得到此格内的“等效粒径”可以预见的是，经稳定化处理后(去除无规则及进水影响)，距离池底越远的高度处，“等效粒径”越小；距离池底越近的地方，“等效表粒径”越大。可以利用上述计算公式，将u作为网格区域的等效沉速，d为网格区域的等效粒径，从而根据等效粒径d获取等效沉速u。
由此，由于颗粒的无规则运动，难以将沉淀的规律进行量化。引入此水下智能巡检装置即第二图像采集装置，可清晰地看到水下絮体状态，并通过图像处理技术，达到量化颗粒分布粒径及沉速的规律，进而达到工程级别的精细化，实现智慧运行。通过第二图像采集装置的位置及等效沉速、等效粒径的定量化分析，可预计对应网格区域内的颗粒到达泥斗的时间，同时计量出网格区域内的颗粒对泥斗积泥的“贡献厚度”，以此达到工程级别的计量来泥厚度。
对于其它形状的沉淀池，本发明通过合理对泥斗进行分组以及第二图像采集装置进行分组，也同样适用于分时间、分时间间隔的泥位预测。
本发明的系统适用于斜管沉淀池、斜板沉淀池、平流沉淀池以及高密度沉淀池。
优选的，本发明使用斜管沉淀池，对于斜管沉淀池，第二图像采集装置优选设置在斜管下方、泥斗上方之间的沉淀区。
参见图5，进一步的，还包括：
水流量计(5)，用于获取沉淀池的进水口的水流流量；
第二处理装置(6)，分别连接水流量计(5)和第一处理装置(3)，包括：
第一处理模块(61)，基于水流流量获取沉淀池的截流沉速，基于截流沉速确定一基准范围；
第二处理模块(62)，用于统计第二图像集合中的各个网格区域的颗粒的等效沉速获得统计结果；
第三处理模块(63)，分别连接第一处理模块(61)和第二处理模块(62)，用于分析统计结果与基准范围的偏离程度；
第四处理模块(64)，连接第三处理模块(63)，用于基于偏离程度计算絮凝剂的添加剂量。
在本发明中，进一步的，为所有的第二图像采集装置还设置一第三预设采集时间，在第三预设采集时间到来时，所有第二图像采集装置采集水下图像作为第二图像组合成第二图像集合，第一处理装置对第二图像集合的第二图像进行网格划分获取各个网格区域中颗粒的等效沉速，用于第二处理模块(62)的统计处理。
第二处理装置(6)还连接给药装置(8)，给药装置根据絮凝剂的添加剂量自动添加絮凝剂。
具体的，截流沉速为单位表面积单位时间所处理的水量，称表面负荷或过流率，沉淀池的截留速度等于其表面负荷，也即沉淀效率取决于颗粒沉速或表面负荷，与池深和停留时间无关。关于截流沉速的计算，通过水流流量除以总面积而获得。对应一般沉淀池，总面积一般为沉淀池的水平面投影面积即一般为长乘以宽得到，对于斜管沉淀池，投影总面积通过一下两部分相获得：一部分是沉淀池的水平面投影面积，另一部分是所有斜管的水平面投影面积之和。
对于基准范围，可以设定截流沉速的偏差±△x％，从而获得基准范围。
进一步的，可以在一预设时间对沉淀池的沉淀效果进行判断，到达该预设时间时，控制第二图像采集装置开启采集水下图像作为第二图像数据，对图像数据进行网格区域划分，获取每个网格区域中颗粒的等效粒径和等效沉速，对等效沉速进行统计，分析统计结果与基准范围的上偏离程度和下偏离度。作为一种计算方式，统计等效沉速低于基准范围的下限值的网格区域的数量占总网格区域的数量的比例，形成下偏离程度，同时统计等效沉速高于基准范围的上限值的网格区域的数量占总网格区域的数量的比例，形成上偏离程度。作为本发明的另一种实施方式，上偏离程度和下偏离程度不局限于该计算方式，例如可以根据统计结果基于基准范围制作分布图，根据分布图计算上下偏离度。如果下偏离程度大于预设的第一阈值时，说明大部分网格区域的等效沉速未达到基准范围，表明沉淀效果差，说明需要进行絮凝剂的额外的添加，即絮凝剂的额外添加量为正值。进一步的，在需要进行絮凝剂的额外添加时，进一步将下偏离程度划分等级，絮凝剂的添加量与下偏离程度的等级相关，下偏离程度值越高，等级越高，絮凝剂的额外添加量越多，实现絮凝剂的定量添加。
当下偏离程度不大于第一阈值时，同时上偏离程度不大于第二阈值，表明大部分网格区域的等效沉速在基准范围之内，说明沉淀效果好，无需额外的絮凝剂的添加，即絮凝剂的额外添加剂量为0。
当上偏离程度大于第二阈值，表明大部分网格区域的等效沉速在基准范围之上，说明沉淀效果非常好的同时，表明絮凝剂添加过多，可能会造成浪费，需要对减少絮凝剂的投入使用，即絮凝剂的额外添加量为负值。进一步的，在需要进行絮凝剂的减少时，进一步将上偏离程度划分等级，絮凝剂的减少量与上偏离程度的等级相关，上偏离程度值越高，对应的等级越高，絮凝剂的减少量越多，实现絮凝剂的定量减少。
进一步的，还包括浑浊检测装置，用于检测沉淀池的浑浊度，控制模块连接浑浊检测装置，用于在浑浊度大于一浑浊阈值时，控制每个泥斗的排泥口的阀门开启进行排泥。若已检测到高浊高浑的水流特性，则此时应整体排泥。
进一步的，还包括：
数据采集装置(7)，用于采集沉淀池的进水水质、水温和水量；
第二处理装置(6)，还连接数据采集装置(7)，包括：
第四处理模块(64)基于沉淀池的进水水质、水温和水量、以及偏离程度计算絮凝剂的添加剂量。
沉淀池泥水特性主要受到进水水质突变、水量、加药量、水温及外界干扰等因素的影响，通过更多的数据收集及反馈，可进一步定义影响因子及程度，如结合水温、水量及进水水质的实时采集，计算模拟相应的函数关系，如低温低浊情况下，结合图像处理后的数据反馈，此时经智能化的分析，初判需絮凝剂的添加量，而由大量的数据支撑及各变量的关系模拟运算、记忆(电脑计算端可模拟出水温、水质及加药量的数学关系)，实现对絮凝剂的添加量的定性。
可反馈出需增加一定量的絮凝剂辅助提升絮凝效果的实现，而并非简单的反馈出需加药，引入了判断及指导反馈，并能精确化预判泥斗成泥效果，更智慧化的实现水厂管理及运营。
进一步的，还包括显示装置，连接处理装置，用于显示每个泥斗与时间对应的实际污泥泥位、预测的污泥到达预设泥位的时间点。
进一步的，统计结果包括等效沉速的统计分布图，显示装置还用于显示统计
参见图6，本发明还提供一种用于沉淀池水的控制方法，还包括，使用前述的一种用于沉淀池水的控制系统，包括如下步骤：
步骤A1，分别获取对应泥斗的泥斗区图像作为第一图像，形成第一图像集合；
步骤A2，分别用于获取泥斗区上方的沉淀区的不同区域的水下图像作为第二图像，形成第二图像集合；
步骤A3，对第一图像集合中的第一图像进行处理获得对应泥斗中污泥的实时泥位；
步骤A4，对第二图像集合中的第二图像进行处理，获取第二图像中颗粒的粒径以及沉降速度；
步骤A5，基于污泥的实时泥位以及颗粒的粒径以及沉降速度分别预测每个泥斗中污泥到达预设泥位的时间点；
步骤A6，当到达预测的时间点时，控制相应的泥斗的排泥口的阀门开启以对泥斗进行排泥。综上，本发明可以实现对斜管沉淀池水面以下的水体图像的采集功能，并通过图像识别与推理模型，实现对泥斗(或积泥区)积泥的监测，通过分析，将不同区域的积泥状况进行量化分级，并结合监测到的从斜管区滑落的“颗粒污泥界面”，预测即将到达积泥区的来泥特性。经过实时的积泥监测及来泥趋势，综合判断，经运算、分析，得出精确的排泥措施，分层次排泥、或结合运算模型找到最经济的同时排泥时机，实现精确化排泥、经济性排泥及智慧的运营。本发明可根据具体池型将智能摄像装置安装在池壁，适应性强，既可用于新建池型，又可用于改造池型。相比现有的沉淀池例如斜管沉淀池，本发明实现了沉淀池的水下图像采集及监测的全覆盖，替换原来依靠人为经验判断的管理技术，实现可视化、运营的准确化、科学化，大大提高了时效性。采集到的图像数据，将各区间各分段的积泥特性进行了量化判断，并进行有序的经济性排泥，替代原有的定周期排泥方式，使得整体的运营更具合理性及智慧性，节约水资源。通过图像的智能识别、分析、反馈，可以实现积泥状况的预判，进而将排泥进行前置预报，实现智慧运营。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于沉淀池水的控制系统，其特征在于，包括：
若干第一图像采集装置，于沉淀池底部的每一个泥斗处设置一所述第一图像采集装置，用于分别获取对应泥斗的泥斗区图像作为第一图像；
若干第二图像采集装置，分别用于获取泥斗区上方的沉淀区的不同区域的水下图像作为第二图像；
第一处理装置，分别连接所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置，用于获取由若干所述第一图像采集装置采集的所述第一图像组成的第一图像集合以及由若干所述第二图像采集装置采集的所述第二图像组成的第二图像集合，包括：
第一图像处理模块，用于对所述第一图像集合中的所述第一图像进行处理获得对应泥斗中污泥的实时泥位；
第二图像处理模块，用于对所述第二图像集合中的所述第二图像进行处理，获取第二图像中颗粒的粒径以及沉降速度；
时间预测模块，分别连接第一图像处理模块和第二图像处理模块，用于基于污泥的所述实时泥位以及颗粒的所述粒径以及所述沉降速度分别预测每个泥斗中污泥到达预设泥位的时间点；
控制装置，连接所述第一处理装置，用于：当到达预测的所述时间点时，控制相应的所述泥斗的排泥口的阀门开启以对所述泥斗进行排泥；
所述控制装置还用于：在所述实时泥位到达所述预设泥位时，控制相应的所述泥斗的排泥口的阀门开启以对所述泥斗进行排泥。
2.如权利要求1所述的一种用于沉淀池水的控制系统，其特征在于，若干所述第二图像采集装置分布设置在沉淀池的侧壁和/或水中；
所述第二图像处理模块包括：
区域划分单元，用于将所述第二图像集合中的所述第二图像划分为多个网格区域；
粒径获取单元，连接所述区域划分单元，用于获取每个所述网格区域中颗粒的等效粒径；
沉速获取单元，连接所述粒径获取单元，用于基于所述等效粒径获得所述网格区域中颗粒的等效沉速；
所述时间预测模块基于所述实时泥位以及所述网格区域中颗粒的所述等效粒径以及所述等效沉速来分别预测每个泥斗中泥位到达所述预设泥位的所述时间点。
3.如权利要求2所述的一种用于沉淀池水的控制系统，其特征在于，将所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置进行划分，形成若干图像采集组；
每个所述图像采集组按各自预先设定的第一预设采集时间进行图像采集，获取组内的所述第一图像形成所述第一图像集合和第二图像形成所述第二图像集合；
所述第一图像处理模块对所述图像采集组内的所述第一图像集合中的所述第一图像进行处理获得所述图像采集组对应的每个所述泥斗中污泥的实时泥位；
所述第二图像处理模块对所述图像采集组内的所述第二图像集合中的所述第二图像进行处理获取所述图像采集组中所划分的每个所述网格区域中颗粒的等效粒径以及等效沉速；
所述时间预测模块基于由所述图像采集组内得到污泥的所述实时泥位以及每个所述网格区域中颗粒的等效粒径以及等效沉速分别预测所述图像采集组对应的每个所述泥斗中污泥到达所述预设泥位的时间点。
4.如权利要求3所述的一种用于沉淀池水的控制系统，其特征在于，每个泥斗的上方沿所述沉淀池的深度方向分布设置所述第二图像采集装置；所述深度方向是指与水平面垂直的方向。
5.如权利要求4所述的一种用于沉淀池水的控制系统，其特征在于，所述第二图像采集装置沿沉淀池的长度方向分布排列成行；
所述长度方向是指从进水口侧到出水口侧的水平延伸方向；
将所述第二图像采集装置按照等效距离划分成组，所述等效距离是指所述第二图像采集装置到进水口侧沿所述长度方向的距离；
每组所述第二图像采集装置对应的所述第一图像采集装置划分为一组；每组所述第二图像采集装置与对应的一组所述第一图像采集装置形成一组所述图像采集组；
所述等效距离越长，所述图像采集组的相邻两次的所述第一预设采集时间的时间间隔越长。
6.如权利要求1所述的一种用于沉淀池水的控制系统，其特征在于，通过如下公式获得所述颗粒的所述沉降速度：
其中，
u为所述颗粒的沉降速度；
μ为水的动力粘滞系数；
d为颗粒粒径；
ρs为颗粒密度；
ρ为水流密度；
CD为绕流阻力系数；
Re为雷诺数。
7.如权利要求2所述的一种用于沉淀池水的控制系统，其特征在于，还包括：
水流量计，用于获取所述沉淀池的进水口的水流流量；
第二处理装置，分别连接所述水流量计和所述第一处理装置，包括：
第一处理模块，基于所述水流流量获取所述沉淀池的截流沉速，基于所述截流沉速确定一基准范围；
第二处理模块，用于统计所述第二图像集合中的所述各个所述网格区域的所述颗粒的所述等效沉速获得统计结果；
第三处理模块，分别连接所述第一处理模块和所述第二处理模块，用于分析所述统计结果与所述基准范围的偏离程度；
第四处理模块，连接所述第三处理模块，用于基于所述偏离程度计算絮凝剂的添加剂量。
8.如权利要求7所述的一种用于沉淀池水的控制系统，其特征在于，还包括：
数据采集装置，用于采集所述沉淀池的进水水质、水温和水量；
所述第二处理装置，还连接所述数据采集装置，所述第二处理装置中的所述第四处理模块基于所述沉淀池的进水水质、水温和水量、以及所述偏离程度计算絮凝剂的添加剂量。
9.一种用于沉淀池水的控制方法，其特征在于，还包括，使用权利要求1-8任意一项所述的一种用于沉淀池水的控制系统，包括如下步骤：
步骤A1，分别获取对应泥斗的泥斗区图像作为第一图像，形成第一图像集合；
步骤A2，分别用于获取泥斗区上方的沉淀区的不同区域的水下图像作为第二图像，形成第二图像集合；
步骤A3，对所述第一图像集合中的所述第一图像进行处理获得对应泥斗中污泥的实时泥位；
步骤A4，对所述第二图像集合中的所述第二图像进行处理，获取第二图像中颗粒的粒径以及沉降速度；
步骤A5，基于污泥的所述实时泥位以及颗粒的所述粒径以及所述沉降速度分别预测每个泥斗中污泥到达预设泥位的时间点；
步骤A6，当到达预测的所述时间点时，控制相应的所述泥斗的排泥口的阀门开启以对所述泥斗进行排泥。
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