CN115879050A - 一种基于iot的智慧农污应急响应方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农污处理技术领域，提供了一种基于IOT的智慧农污应急响应方法及系统，该方法包括以下步骤：步骤1、数据采集，采集农污处理设施的原始数据；步骤2、告警判断，将原始数据或原始数据特征提取获得的特征数据与预置参数进行数据对比，判断原始数据是否达到告警条件；若未达到告警条件，则直接结束本轮流程，反之，则生成告警数据，并转入告警流程；步骤3、告警流程，包括应急处置流程和告警处置流程。本发明解决了，农污处理设施现场发生告警应急事件后，相关人员应急响应速度慢、本地无应急响应处理方案进行及时合理的应急响应处理的问题；以及农污处理设施现场告警本地应急响应处理方案不能及时更新维护的问题。

Description

一种基于IOT的智慧农污应急响应方法及系统

技术领域

本发明涉及农污处理技术领域，具体涉及一种基于IOT的智慧农污应急响应方法及系统。

背景技术

在现有的农污处理设施中，一般会采用主备泵的形式以解决泵故障时设备停运的问题。当设备发生故障或其它异常情况时，例如设备故障、现场漫水等，也只能靠运维养护人员在日常巡检过程中发现时才能了解到现场情况。

随着科学技术的发展及监测手段的提升，有些发达地区的农污设施使用了在线监测和视频监测的技术手段，通过检测设备状态实现设备故障及时告警，由平台管理人员通知运维人员到现场更换处理。现场情况则可以通过视频监控的形式进行不定时查看，以判断是否有异常情况发生。

以上手段虽然从一定程度上可以在现场发生异常的情况下，解决及时发现的问题，通过主备用设备切换也可以在一定程度上减少异常事件造成的损失，但是，如果采用主备泵切换的形式时，如果没有较好的设备养护措施，极易造成因为设备养护不到位，备用泵关键时候无法使用的问题，从而造成不利损失。且靠日常巡检养护去发现问题、解决问题，在异常事件响应，处理效率方面都存在很大的问题。

农污处理设施是事关民生的公益设施，其出水如果不合格极有可能会造成严重的环境污染事件，异常事件处理措施不到位、响应不及时，其对公众造成的不利影响后果十分严重，并有可能会激起民愤。

发明内容

(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于IOT(Internetof Things，物联网)的智慧农污应急响应方法及系统，以解决以下技术问题：农污处理设施现场发生告警应急事件后，相关人员应急响应速度慢的问题；农污处理设施现场发生告警应急事件后，本地无应急响应处理方案进行及时合理的应急响应处理，只靠单纯的主备泵切换进行应急处置的问题；以及农污处理设施现场告警本地应急响应处理方案不能及时更新维护的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于IOT的智慧农污应急响应方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、数据采集，采集农污处理设施的原始数据；

步骤2、告警判断，将原始数据或原始数据特征提取获得的特征数据与预置参数进行数据对比，判断原始数据是否达到告警条件；若未达到告警条件，则直接结束本轮流程，反之，则生成告警数据，并转入告警流程；

步骤3、告警流程，包括以下两个部分，

3.1应急处置流程

根据告警数据匹配预存的应急处置方案，并根据应急处置方案进行设备状态的变更以及设备运行的调控来对告警进行应急处理；

3.2告警处置流程

将告警信息推送给设施管理员进行告警处理，在推送信息的同时，计算处理时间，若处理超时，则给出对应的超时提醒，直到处理结束。

进一步的，该方法还包括步骤4、方案更新，根据原始数据对设备控制逻辑、应急处置方案、设施运行规律进行分析、训练和自主学习，并对设备控制逻辑、应急处置方案进行优化调整，以更新预存的应急处置方案。

更进一步的，所述云端应急方案的自主学习方式包括数据统计分析或人工智能学习。

进一步的，所述原始数据包括农污处理设施(水泵、气泵等污水处理设备)运行状态(运行、停止、故障)、液位(各个池体的液位高度或液位状态)、水量(累计流量、瞬时流量)、出水水质(COD、NH₃N、TP、TN、pH等)、能耗(智能电表)、现场视频。

一种基于IOT的智慧农污应急响应系统，其特征在于：该系统包括设施端、云端和移动终端，所述设施端和移动终端与云端通信连接，实现数据交互；

设施端负责农污处理设施的原始数据的采集和上传，告警数据的生成和上传，设备控制逻辑、应急处置方案的匹配、更新，本地农污处理设施的控制；

云端负责原始数据、告警数据的存储，向设施端下发设备控制逻辑与应急处置方案的更新包，向移动终端的设施管理员管理账号推送告警工单，并进行工单处理计时、给出告警工单的超时提醒；

移动终端负责接收和处理告警工单，并将工单处理信息反馈给云端。

进一步的，所述设施端包括采集模块、控制模块、本地数据处理模块、设备负载(即农污处理设施)、本地存储模块和无线通讯模块；

所述采集模块采集的农污处理设施的原始数据传输给本地数据处理模块，所述本地数据处理模块将原始数据或原始数据特征提取获得的特征数据与预置参数进行数据对比，进行告警判断，生成告警数据，所述本地数据处理模块根据告警数据匹配预存的应急处置方案，控制器根据应急处置方案控制本地负载启动应急处置流程，所述本地存储模块存储有设备控制逻辑、预置参数和应急处置方案，所述无线通讯模块将原始数据、告警数据上传至云端，并接收云端回传的优化调整数据，更新设备控制逻辑和应急处置方案。

更进一步的，所述设施端还包括显示模块，所述显示模块对外显示农污处理设施的数据。

进一步的，所述本地农污处理设施的控制为控制模块根据设备控制逻辑和原始数据进行自主智能的本地控制，本方案并不涉及正常情况下的设备的自主智能控制。

进一步的，所述云端包括网络通信模块、数据处理中心模块、工单推送模块、处理计时模块、云端存储模块和信息管理模块；

所述网络通信模块接收的告警数据、原始数据，经数据处理中心模块储存到云端存储模块，所述数据处理中心模块根据原始数据对设备控制逻辑、应急处置方案、设施运行规律进行分析、训练和自主学习，并对设备控制逻辑、应急处置方案进行优化调整，优化调整数据包通过网络通信模块回传至设施端，所述数据处理中心模块根据告警数据生成告警工单，工单推送模块将告警工单推送给移动终端，并接收移动终端回传的工单处理信息，处理计时模块进行工单处理计时、给出告警工单的超时提醒。

更进一步的，工单推送模块将告警工单推送给发生应急处置事件的设施管理员管理账号，推送方式包括但不限于微信、短信或APP工单。

更进一步的，所述云端对告警工单的超时提醒指从工单推送开始处理计时模块进行工单处理计时，若在倒计时结束前工单状态未达到系统要求，则推送告警提醒，推送方式包括但不限于微信、短信或APP信息提示。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于IOT的智慧农污应急响应方法及系统，具备以下有益效果：

本发明有效解决了农污处理设施现场发生告警事件后的事件响应和应急处理慢的问题，通过本地控制系统的自动应急处理，实现应急事件的本地自动应急响应，降低应急事件造成的不利影响。通过应急告警响应机制及时通知相关人员进行现场处置，缩短应急事件的现场处置时间，提高事件响应速度。

通过云端与现场端应急处置方案的不断更新维护，实现应急方案的不断优化调整，实现本地应急处置的及时更新和有效性，变自学习为主动推送，应急处置方案更为合理。

服务器推送的应急处置方案由系统通过大量原始数据分析及专家决策来共同生成，能有效解决单台设施AI自学习存在的数据量不够、学习深度不够以及对本地运算能力要求高的问题。云端通过大量原始数据的积累和运算，并可结合AI学习技术、专家知识等多种技术的综合处理，形成一套或多套适用于农污处理设施的应急处置方案。不仅能有效解决AI学习深度以及本地运算能力要求高的问题，而且还能有效避免重复学习的问题，实现一处学习，多处运用的应急处置方案优化模式，其学习效率、更新频率、方案有效性、方案合理性相较本地自学习更好更强。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的系统框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

参照附图1，一种基于IOT的智慧农污应急响应方法，包括以下步骤：

步骤1、数据采集，采集农污处理设施的原始数据，原始数据包括农污处理设施(水泵、气泵等污水处理设备)运行状态(运行、停止、故障)、液位(各个池体的液位高度或液位状态)、水量(累计流量、瞬时流量)、出水水质(COD、NH₃N、TP、TN、pH等)、能耗(智能电表)、现场视频；

步骤2、告警判断，将原始数据或原始数据特征提取获得的特征数据与预置参数进行数据对比，判断原始数据是否达到告警条件；若未达到告警条件，则直接结束本轮流程，反之，则生成告警数据，保留告警数据，并转入告警流程；

步骤3、告警流程，包括以下两个部分，

3.1应急处置流程

根据告警数据匹配预存的应急处置方案，并根据应急处置方案进行设备状态的变更以及设备运行的调控来对告警进行应急处理；

3.2告警处置流程

判断该系统所处站点是否开通了工单服务，若开通了工单服务，则系统根据告警数据生成工单，推送工单给设施管理员终端接收程序，进行告警处理，同时，进行工单处理计时，若处理超时，则给出对应的超时提醒，直到处理结束；

步骤4、方案更新，根据原始数据对设备控制逻辑、应急处置方案、设施运行规律进行分析、训练和自主学习，并对设备控制逻辑、应急处置方案进行优化调整，以更新在线应急方案库内预存的应急处置方案，同时，通过更新包的形式来更新本地应急方案库，云端应急方案的自主学习方式包括数据统计分析或人工智能学习。

应急处置实例说明：

农污处理设施一般主要包括池体部分、管路部分、泵体部分和监测部分。池体部分包括调节池、厌氧池、缺氧池和好氧池。管路部分包括设置在各池体之间以及设置在调节池的进口端、好氧池的出口端的送水管路。泵体部分包括连接于调节池的进口端管路的潜污泵，连接于调节池与厌氧池之间送水管路的提升泵，连接于好氧池内曝气装置的气泵，以及与各个泵相关联的备用泵。监测部分包括在线水质监测设备，对各个池体COD、NH₃N、TP、TN、pH等进行在线监测；池体液位监测设备，对各个池体的液位高度进行监测；管路流量监测设备，对管路中瞬时流量进行监控；内置于各个泵内的泵体状态监测模块，例如转速监测模块，对泵体运行速度、状态进行监控；能耗监测设备，例如电表，对能耗进行监控，以及视频监控设备，对农污处理设施的现场状况进行录制。

这几台泵的功能及停运造成的不利影响也会不同，因此针对不同泵出现异常情况的应急处置方案也不一样，如下举例进行阐述：

示例一、潜污泵

潜污泵主要用于将污水从调节池提升到一体化设备中进行处理，其运行是否正常对后续设备的影响程度相对较低，不至于造成严重的后果。对处理设施而言，潜污泵的损坏只会造成后续流程的设备做无用功，造成能耗损失，不会对环境造成影响。并且在相当一段时间内(时间长短与调节池容量大小以及管网容纳量和来水量大小有关)潜污泵不运行，不会造成对农户的生产生活造成明显影响。

应急方案：若备用泵正常，则自动切换到备用泵运行；若备用泵和主泵均损坏，则自动调整后续设备的运行时间，例如缩短气泵的运行时间或运行台数，只保留能维持一体化处理设备中好氧菌的最低需氧量即可，尽可能地减少气泵运行时间和运行台数，以达到降低能耗的目的。

示例二、气泵

气泵主要用于对一体化处理设备提供氧气，保持好氧池水中的溶氧量，从而保持好氧池中好氧菌的活性，提高水处理效率。气泵的停止运行会对好氧池水中的溶氧量造成不利影响，会降低好氧菌的活性及数量，从而降低水处理效率。如果这种情况下各设备仍按照常规控制逻辑运行，则极易造成出水水质不达标的问题。

应急方案：气泵的损坏会造成充氧量的降低，好氧菌活性降低、菌群数量减少，从而会影响水处理效率。则对应的应急方案需要充分考虑气泵损坏对溶解氧的影响程度，从而来采取对应措施。一般分为如下几种：

减少进水量，即通过降低一体化设备的水处理能力实现达标排放；

减少进水量，同时增大内部回流，延迟停留时间确保达标排放；

进水量不变，增大内部回流量，延长停留时间以达到达标排放；

停止进水，改变剩余气泵的运行时间及台数，仅维持好氧菌活性的最低需求，即维持一体化设备生物种群，暂停污水处理，待设备更换后恢复正常运行。

参照附图2，一种基于IOT的智慧农污应急响应系统，该系统包括设施端、云端和移动终端，设施端和移动终端与云端通信连接，实现数据交互；

设施端负责农污处理设施的原始数据的采集和上传，告警数据的生成和上传，设备控制逻辑、应急处置方案的匹配、更新，本地农污处理设施的控制；

云端负责原始数据、告警数据的存储，向设施端下发设备控制逻辑与应急处置方案的更新包，向移动终端的设施管理员管理账号推送告警工单，并进行工单处理计时、给出告警工单的超时提醒以及后续跟进；

移动终端负责接收和处理告警工单，并将工单处理信息反馈给云端。

该实施例中，设施端包括采集模块(主要包括在线水质监测设备、池体液位监测设备、管路流量监测设备、泵体状态监测模块、能耗监测设备和视频监测设备，泵体状态监测设备是利用泵体原有内置监测装置，例如泵体转速监测装置)、控制模块、本地数据处理模块、设备负载(即农污处理设施，主要为潜污泵、提升泵、气泵)、本地存储模块、无线通讯模块和显示模块；

采集模块采集的农污处理设施的原始数据传输给本地数据处理模块，本地数据处理模块将原始数据或原始数据特征提取获得的特征数据与预置参数进行数据对比，进行告警判断，生成告警数据，本地数据处理模块根据告警数据匹配预存的应急处置方案，控制器根据应急处置方案控制本地负载启动应急处置流程，本地存储模块存储有设备控制逻辑、预置参数和应急处置方案，无线通讯模块将原始数据、告警数据上传至云端，并接收云端回传的优化调整数据，更新设备控制逻辑和应急处置方案，显示模块主要用于显示现场农污处理设施运行状态以及监测数据或系统参数设置等，便于运维人员到现场后查看检查。

该实施例中，本地农污处理设施的控制为控制模块根据设备控制逻辑和原始数据进行自主智能的本地控制，本方案并不涉及正常情况下的设备的自主智能控制。

该实施例中，云端包括网络通信模块、数据处理中心模块、工单管理模块、工单推送模块、处理计时模块、云端存储模块和信息管理模块；

网络通信模块接收的告警数据、原始数据，经数据处理中心模块储存到云端存储模块，数据处理中心模块根据原始数据对设备控制逻辑、应急处置方案、设施运行规律进行分析、训练和自主学习，并对设备控制逻辑、应急处置方案进行优化调整，优化调整数据包通过网络通信模块回传至设施端，数据处理中心模块根据告警数据生成告警工单，同时调取预存于信息管理模块中的设施管理员信息以及服务器信息(若设施端与云端是一对多的形式，可在本地存储模块中预存与设施端匹配的设备位唯一标识码，在发送告警数据、原始数据的同时，上传设备唯一标识码，将数据与设施端关联匹配)，工单推送模块将告警工单推送给移动终端，具体推送给设施管理员管理账号，并接收移动终端回传的工单处理信息，从工单推送开始处理计时模块自动进行工单处理计时，当接收回传的工单处理信息后处理计时模块记录工单处理时间，工单推送/派送时间、处理时间记录、存储至工单管理模块，同时，工单管理模块逻辑判断工单处理是否超时以及是否为工单误判，若在倒计时结束前工单状态未达到系统要求，即处理超时，则推送告警提醒。其中，告警工单和告警提醒的推送方式，包括但不限于微信、短信或APP信息/工单提示。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于IOT的智慧农污应急响应方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、数据采集，采集农污处理设施的原始数据；

步骤2、告警判断，将原始数据或原始数据特征提取获得的特征数据与预置参数进行数据对比，判断原始数据是否达到告警条件；若未达到告警条件，则直接结束本轮流程，反之，则生成告警数据，并转入告警流程；

步骤3、告警流程，包括以下两个部分，

3.1应急处置流程

根据告警数据匹配预存的应急处置方案，并根据应急处置方案进行设备状态的变更以及设备运行的调控来对告警进行应急处理；

3.2告警处置流程

将告警信息推送给设施管理员进行告警处理，在推送信息的同时，计算处理时间，若处理超时，则给出对应的超时提醒，直到处理结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于IOT的智慧农污应急响应方法其特征在于：该方法还包括步骤4、方案更新，根据原始数据对设备控制逻辑、应急处置方案、设施运行规律进行分析、训练和自主学习，并对设备控制逻辑、应急处置方案进行优化调整，以更新预存的应急处置方案。

3.根据权利要求2所述的一种基于IOT的智慧农污应急响应方法其特征在于：所述云端应急方案的自主学习方式包括数据统计分析或人工智能学习。

4.根据权利要求1所述的一种基于IOT的智慧农污应急响应方法其特征在于：所述原始数据包括农污处理设施运行状态、液位、水量、出水水质、能耗和现场视频。

5.一种基于IOT的智慧农污应急响应系统，其特征在于：该系统包括设施端、云端和移动终端，所述设施端和移动终端与云端通信连接，实现数据交互；

设施端负责农污处理设施的原始数据的采集和上传，告警数据的生成和上传，设备控制逻辑、应急处置方案的匹配、更新，本地农污处理设施的控制；

云端负责原始数据、告警数据的存储，向设施端下发设备控制逻辑与应急处置方案的更新包，向移动终端的设施管理员管理账号推送告警工单，并进行工单处理计时、给出告警工单的超时提醒；

移动终端负责接收和处理告警工单，并将工单处理信息反馈给云端。

6.根据权利要求5所述的一种基于IOT的智慧农污应急响应系统，其特征在于：所述设施端包括采集模块、控制模块、本地数据处理模块、设备负载(即农污处理设施)、本地存储模块和无线通讯模块；

所述采集模块采集的农污处理设施的原始数据传输给本地数据处理模块，所述本地数据处理模块将原始数据或原始数据特征提取获得的特征数据与预置参数进行数据对比，进行告警判断，生成告警数据，所述本地数据处理模块根据告警数据匹配预存的应急处置方案，控制器根据应急处置方案控制本地负载启动应急处置流程，所述本地存储模块存储有设备控制逻辑、预置参数和应急处置方案，所述无线通讯模块将原始数据、告警数据上传至云端，并接收云端回传的优化调整数据，更新设备控制逻辑和应急处置方案。

7.根据权利要求6所述的一种基于IOT的智慧农污应急响应系统，其特征在于：所述设施端还包括显示模块，所述显示模块对外显示农污处理设施的数据。

8.根据权利要求5所述的一种基于IOT的智慧农污应急响应系统，其特征在于：所述本地农污处理设施的控制为控制模块根据设备控制逻辑和原始数据进行自主智能的本地控制，本方案并不涉及正常情况下的设备的自主智能控制。

9.根据权利要求5所述的一种基于IOT的智慧农污应急响应系统，其特征在于：所述云端包括网络通信模块、数据处理中心模块、工单推送模块、处理计时模块、云端存储模块和信息管理模块；

所述网络通信模块接收的告警数据、原始数据，经数据处理中心模块储存到云端存储模块，所述数据处理中心模块根据原始数据对设备控制逻辑、应急处置方案、设施运行规律进行分析、训练和自主学习，并对设备控制逻辑、应急处置方案进行优化调整，优化调整数据包通过网络通信模块回传至设施端，所述数据处理中心模块根据告警数据生成告警工单，工单推送模块将告警工单推送给移动终端，并接收移动终端回传的工单处理信息，处理计时模块进行工单处理计时、给出告警工单的超时提醒。

10.根据权利要求9所述的一种基于IOT的智慧农污应急响应系统，其特征在于：工单推送模块将告警工单推送给发生应急处置事件的设施管理员管理账号，推送方式包括但不限于微信、短信或APP工单；

所述云端对告警工单的超时提醒指从工单推送开始处理计时模块进行工单处理计时，若在倒计时结束前工单状态未达到系统要求，则推送告警提醒，推送方式包括但不限于微信、短信或APP信息提示。

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