CN116774639B - 一种基于互联网的污水处理设备远程控制系统 - Google Patents
一种基于互联网的污水处理设备远程控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于互联网的污水处理设备远程控制系统,涉及远程控制技术领域,包括主控中心,所述主控中心通信连接有数据采集模块,数据处理模块、数据传输模块、数据分析模块、人工控制模块、自动控制模块;所述数据采集模块用于对污水处理过程中的污水数据进行采集,所述数据处理模块用于对污水数据进行处理,所述数据传输模块用于对可用数据进行加密传输,并对数据传输过程进行监测,所述数据分析模块用于对可用数据进行分析,所述人工控制模块和所述自动控制模块用于通过工作人员和人工智能对污水处理设备进行远程控制;通过本发明的技术方案,能够保证污水数据的完整性和有效性,同时形成灵活的污水处理机制。
Description
技术领域
本发明涉及远程控制技术领域,具体是一种基于互联网的污水处理设备远程控制系统。
背景技术
污水处理是为使污水达到排入某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程,随着近些年人工智能、云计算、大数据技术的广泛应用和普及,在计算机技术和互联网技术的发展的基础上,数据处理技术也逐渐成熟和稳定,使得数据处理技术的应用场景越来越多;
例如,在一种应用场景中,可以依据数据处理技术,对污水处理设备进行管控,但是在现有技术中,对于污水数据的处理和传输大多会造成数据的失效或损坏,且没能根据所获得的数据对污水处理形成有效的反馈,尤其在污水处理流量方面,造成污水处理机制的不灵活。针对现有技术的不足,本发明提供了一种基于互联网的污水处理设备远程控制系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于互联网的污水处理设备远程控制系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:一种基于互联网的污水处理设备远程控制系统,包括主控中心,所述主控中心通信连接有数据采集模块,数据处理模块、数据传输模块、数据分析模块、人工控制模块、自动控制模块;
所述数据采集模块用于对污水处理过程中的污水数据进行采集;
所述数据处理模块用于对所采集的污水数据进行离群点处理、缺失值处理、规范化处理以获得相应的可用数据;
所述数据传输模块用于对可用数据进行加密传输,并对数据传输过程进行监测,判断其是否存在异常传输,并对异常传输数据进行重新传输;
所述数据分析模块用于根据所接收的可用数据获得进水变化系数和降雨变化系数,并生成相应的调节信息;
所述人工控制模块用于通过工作人员对污水处理设备进行远程控制;
所述自动控制模块用于通过人工智能对污水处理设备进行远程控制。
进一步的,所述数据采集模块对污水处理过程中的污水数据进行采集的过程包括:
设置采集单元,通过所述采集单元对污水处理设备所记录的各项污水数据进行采集,并通过所述主控中心对所采集的各项污水数据进行审核,将通过审核的各项污水数据进行保存;
所述污水数据包括污水的水质数据、处理设备数据、处理效果数据、环境监测数据,所述污水的水质数据包括但不限于处理前的化学需氧量、生化需氧量、氨氮、总磷、总氮,所述处理设备数据包括但不限于进出水流量、曝气机功率、膜组件压差、泵的运作时长,所述处理效果数据包括但不限于处理后的化学需氧量、生化需氧量、氨氮、总磷、总氮,所述环境监测数据用包括但不限于降雨量、温度、湿度。
进一步的,所述数据处理模块对所采集的污水数据进行离群点处理、缺失值处理、规范化处理以获得相应的可用数据的过程包括:
所述离群点处理用于对异常数据进行清理,所述离群点处理采用绝对中位差离群值处理方法,所述缺失值处理用于对缺失数据进行填充,所述缺失值处理采用统计量填充方法,所述规范化处理用于对污水数据格式进行统一,所述规范化处理采用Z-Score标准化方法,将经过处理后获得的污水数据标记为可用数据。
进一步的,所述数据传输模块对可用数据进行加密传输的过程包括:
设置加密单元,在加密单元内部预先设置若干种加密方法,获得信道大小和数据大小,根据所获得的信道大小和数据大小对可用数据进行切割,获得可用数据的若干个子数据;
通过所述加密单元对所获得的子数据进行加密,对不同子数据的加密方法采取随机分配的方式,不同子数据的加密方法也不相同,一个子数据对应一种加密方法;
将完成加密的子数据整合为一个完整的加密数据,并将所获得的加密数据进行保存,对不同子数据的加密方法进行汇总,并生成该可用数据的加密标识,将不同数据与其所对应的加密标识进行绑定;
设置传输单元,根据需要传输的可用数据的子数据的数量,通过所述传输单元在污水处理端和远程控制端之间生成相同数量的传输路径;
获得需要传输的可用数据的各个子数据,对各个子数据分别进行传输,将各个子数据随机分配至传输路径,一个子数据对应一个传输路径,并将该可用数据的加密标识发送至远程控制端。
进一步的,所述数据传输模块对数据传输过程进行监测,判断其是否存在异常传输,对异常传输数据进行重新传输的过程包括:
设置监测单元,通过所述监测单元对数据传输的过程进行监测,获得同一时间进行传输的各个子数据的实时传输速度,获得数据传输的波动程度B;
设置波动阈值B0;
当B≤B0时,将其标记为正常传输;
当B>B0时,将其标记为异常传输;
获得出现异常传输的波动程度所对应的子数据,并将所获得的子数据标记为异常传输数据,通过所述传输单元对异常传输数据进行处理,暂停该异常传输数据的传输过程;
对该异常传输数据中已传输的部分进行删除,在原有的传输路径之外重新生成新的传输路径,对该异常传输数据进行重新传输,通过所述监测单元对重新传输的过程进行监测;
设置检测单元,通过所述检测单元分别获得子数据在传输前和传输后的哈希值H前和H后;
当H前=H后时,将传输后的子数据标记为完整状态;
当H前≠H后时,将传输后的子数据标记为损坏状态;
获得被标记为损坏状态的子数据,并将所获得的子数据标记为异常传输数据,通过所述传输单元对异常传输数据进行处理,对该异常传输数据进行删除,在原有的传输路径之外重新生成新的传输路径,对该异常传输数据进行重新传输,通过所述监测单元对重新传输的过程进行监测。
进一步的,所述数据分析模块根据所接收的可用数据获得进水变化系数和降雨变化系数,并生成相应的调节信息的过程包括:
设置分析周期,对分析周期进行标记,记为k,其中k=1,2,……,根据最近k个分析周期内的可用数据中的进水量和降雨量,获得污水处理设备的进水变化系数Bsk和降雨变化系数Byk;
设置进水变化标准Bs0;
当|Bsk-Bsk-1|≤Bs0时,将其标记为正常变化;
当|Bsk-Bsk-1|>Bs0时,将其标记为异常变化,并将sk与sk-1的参数值进行比较;
当sk<sk-1时,将进水量标记为减少趋势;
当sk>sk-1时,将进水量标记为增多趋势;
设置降雨变化标准By0;
当|Byk-Byk-1|≤By0时,将其标记为正常变化;
当|Byk-Byk-1|>By0时,将其标记为异常变化,并将yk与yk-1的参数值进行比较;
当yk<yk-1时,将降雨量标记为减少趋势;
当yk>yk-1时,将降雨量标记为增多趋势;
若进水量和降雨量同时处于减少趋势,则预测污水处理流量将会减少,并生成功率降低信息,若进水量和降雨量同时处于增多趋势,则预测污水处理流量将会增多,并生成功率提高信息,除此以外的其他情况,均不对其进行任何操作,所述功率降低信息和所述功率提高信息均属于调节信息;
设置排水标准,所述排水标准包括化学需氧量、生化需氧量、氨氮、总磷、总氮,将经过处理后的各项污水数据与相应的排水标准进行对比;
若各项污水数据同时满足排水标准,则生成可排水信息,若存在一项或多项污水数据不满足排水标准时,则生成不可排水信息,同时对不满足排水标准的污水进行重新处理,所述可排水信息以及所述不可排水信息均属于调节信息。
进一步的,所述人工控制模块通过工作人员对污水处理设备进行远程控制的过程包括:
设置授权单元,通过所述授权单元对工作人员进行双重授权,一重为查询授权,一重为控制授权,工作人员在获得双重授权后才可根据相应的调节信息对污水处理设备进行远程控制;
当生成功率降低信息、功率提高信息、可排水信息、不可排水信息时,由工作人员选择是否将调节信息由远程控制端发送至污水处理端。
进一步的,所述自动控制模块通过人工智能对污水处理设备进行远程控制的过程包括:
设置AI单元,通过所述AI单元对工作人员的日常操作习惯进行记录,获得其对不同可用数据所生成的调节信息最终的操作行为;
设置操作时限,若工作人员在操作时限之内未能对调节信息进行处理,则通过所述AI单元根据所记录的日常操作习惯对污水处理设备进行远程控制。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、通过对污水数据进行多重处理,可以保证所传输的数据的有效性,通过对传输过程中的和传输完成后的子数据进行监测,并对其中的异常传输数据进行重新传输,可以更好地保证所传输的数据的完整性;
2、通过对可用数据中的进水量和降雨量两项数据进行分析,并获得两者的变化趋势,能够准确地对污水流量进行预测,并根据预测结果生成相应的调节信息,有助于为工作人员提供参考,能够实现灵活的污水处理机制;
3、通过对工作人员的日常操作习惯进行记录,获得其对不同可用数据所生成的调节信息最终的操作行为,有利于在工作人员未能及时处理的情况下,自动对污水处理设备进行远程控制。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
如图1所示,一种基于互联网的污水处理设备远程控制系统,包括主控中心,所述主控中心通信连接有数据采集模块,数据处理模块、数据传输模块、数据分析模块、人工控制模块、自动控制模块;
所述数据采集模块用于对污水处理过程中的污水数据进行采集;
所述数据处理模块用于对所采集的污水数据进行离群点处理、缺失值处理、规范化处理以获得相应的可用数据;
所述数据传输模块用于对可用数据进行加密传输,并对数据传输过程进行监测,判断其是否存在异常传输,并对异常传输数据进行重新传输;
所述数据分析模块用于根据所接收的可用数据获得进水变化系数和降雨变化系数,并生成相应的调节信息;
所述人工控制模块用于通过工作人员对污水处理设备进行远程控制;
所述自动控制模块用于通过人工智能对污水处理设备进行远程控制。
需要进一步说明的是,在具体实施过程中,所述数据采集模块对污水处理过程中的污水数据进行采集的过程包括:
设置采集单元,通过所述采集单元对污水处理设备所记录的各项污水数据进行采集,并通过所述主控中心对所采集的各项污水数据进行审核,将通过审核的各项污水数据进行保存;
所述污水数据包括污水的水质数据、处理设备数据、处理效果数据、环境监测数据;
所述污水的水质数据用于反映污水中的有害物质的含量和对环境的影响程度,包括但不限于处理前的化学需氧量、生化需氧量、氨氮、总磷、总氮;
所述处理设备数据用于了解设备的运行情况,以便于及时发现设备的故障并进行维护,包括但不限于进出水流量、曝气机功率、膜组件压差、泵的运作时长;
所述处理效果数据用于反映处理设备的性能和效果,并优化处理方案,提高处理效率和效果,包括但不限于处理后的化学需氧量、生化需氧量、氨氮、总磷、总氮;
所述环境监测数据用于反映环境对处理设备运作的影响,并根据环境变化适时调整污水处理的运营和管理策略,包括但不限于降雨量、温度、湿度。
需要进一步说明的是,在具体实施过程中,所述数据处理模块对所采集的污水数据进行离群点处理、缺失值处理、规范化处理以获得相应的可用数据的过程包括:
对污水数据进行编号,记为i,其中,i=1,2,……n,将污水数据标记为Wi,其中,Wi=(W1,W2,……Wn);
所述离群点处理用于对异常数据进行清理,所述离群点处理采用绝对中位差离群值处理方法,获得污水数据的绝对离差中位数M;
;
其中,所述median函数用于计算中位数;
基于绝对离差中位数M判断污水数据中的离群点,并对处于离群点的异常数据进行清理;
若|Wi-median(Wi)|>3M,则将该污水数据标记为离群点;
若|Wi-median(Wi)|≤3M,则不对其进行任何操作;
绝对中位差离群值处理方法只依赖于中位数,对于数据的极端值并不敏感,因此该方法相较于标准差这类基于平均值的处理方法更具有鲁棒性,能够处理各种类型的异常数据,有利于获得更准确、更可靠的处理结果;
所述缺失值处理用于对缺失数据进行填充,所述缺失值处理采用统计量填充方法,获得污水数据的完整程度Q;
;
其中,W众为污水数据的众数;
若Q<95%,则将该污水数据标记为缺失数据;
若Q≥95%,则不对其进行任何操作;
根据污水数据分布的情况对缺失数据进行填充,若污水数据近似符合正态分布,则采用均值进行填充,若污水数据存在偏态分布,则采用中位数进行填充;
由于数据填充本身就是一种估计填充,因此不可避免的会带有误差,在实际应用中根据污水数据分布的不同情况选择不同的数值去进行填充,能够尽可能地降低估计误差对处理结果所带来的影响;
所述规范化处理用于对污水数据格式进行统一,所述规范化处理采用Z-Score标准化方法,对污水数据格式进行变换;
;
其中,W新表示规范化的污水数据;
将经过处理后获得的污水数据标记为可用数据,同样的,对可用数据重新进行编号,记为j,其中,j=1,2,……,m,将可用数据标记为Kj,其中,Kj=(K1,K2,……Km)。
需要进一步说明的是,在具体实施过程中,所述数据传输模块对可用数据进行加密传输的过程包括:
设置加密单元,在加密单元内部预先设置若干种加密方法,获得信道大小和数据大小,根据所获得的信道大小和数据大小对可用数据进行切割,获得可用数据的若干个子数据;
通过所述加密单元对所获得的子数据进行加密,对不同子数据的加密方法采取随机分配的方式,不同子数据的加密方法也不相同,一个子数据对应一种加密方法;
将完成加密的子数据整合为一个完整的加密数据,并将所获得的加密数据进行保存,对不同子数据的加密方法进行汇总,并生成该可用数据的加密标识,将不同数据与其所对应的加密标识进行绑定;
设置传输单元,根据需要传输的可用数据的子数据的数量,通过所述传输单元在污水处理端和远程控制端之间生成相同数量的传输路径;
获得需要传输的可用数据的各个子数据,对各个子数据分别进行传输,将各个子数据随机分配至传输路径,一个子数据对应一个传输路径,并将该可用数据的加密标识发送至远程控制端。
需要进一步说明的是,在具体实施过程中,所述数据传输模块对数据传输过程进行监测,判断其是否存在异常传输,对异常传输数据进行重新传输的过程包括:
设置监测单元,通过所述监测单元对数据传输的过程进行监测,获得同一时间进行传输的各个子数据的实时传输速度,并将所获得的实时传输速度标记为Vd,其中,d为可用数据的子数据的数量;
获得数据传输的波动程度,并将所获得的波动程度标记为B;
;
设置波动阈值B0;
当B≤B0时,将其标记为正常传输;
当B>B0时,将其标记为异常传输;
获得出现异常传输的波动程度所对应的子数据,并将所获得的子数据标记为异常传输数据,通过所述传输单元对异常传输数据进行处理,暂停该异常传输数据的传输过程;
对该异常传输数据中已传输的部分进行删除,在原有的传输路径之外重新生成新的传输路径,对该异常传输数据进行重新传输,通过所述监测单元对重新传输的过程进行监测;
设置检测单元,通过所述检测单元分别获得子数据在传输前和传输后的哈希值,并将所获得的子数据在传输前和传输后的哈希值分别记为H前和H后;
当H前=H后时,将传输后的子数据标记为完整状态;
当H前≠H后时,将传输后的子数据标记为损坏状态;
获得被标记为损坏状态的子数据,并将所获得的子数据标记为异常传输数据,通过所述传输单元对异常传输数据进行处理,对该异常传输数据进行删除,在原有的传输路径之外重新生成新的传输路径,对该异常传输数据进行重新传输,通过所述监测单元对重新传输的过程进行监测。
需要进一步说明的是,在具体实施过程中,所述数据分析模块根据所接收的可用数据获得进水变化系数和降雨变化系数,并生成相应的调节信息的过程包括:
设置分析周期,对分析周期进行标记,记为k,其中k=1,2,……,需要进一步说明的是,在具体实施过程中,k表示当前的分析周期,k-1表示上一个分析周期;
根据最近k个分析周期内的可用数据中的进水量和降雨量,并将所获得的进水量和降雨量分别标记为sk和yk;获得污水处理设备的进水变化系数和降雨变化系数,并将所获得的进水变化系数和降雨变化系数记为Bsk和Byk;
;
;
设置进水变化标准Bs0;
当|Bsk-Bsk-1|≤Bs0时,将其标记为正常变化;
当|Bsk-Bsk-1|>Bs0时,将其标记为异常变化,并将sk与sk-1的参数值进行比较;
当sk<sk-1时,将进水量标记为减少趋势;
当sk>sk-1时,将进水量标记为增多趋势;
设置降雨变化标准By0;
当|Byk-Byk-1|≤By0时,将其标记为正常变化;
当|Byk-Byk-1|>By0时,将其标记为异常变化,并将yk与yk-1的参数值进行比较;
当yk<yk-1时,将降雨量标记为减少趋势;
当yk>yk-1时,将降雨量标记为增多趋势;
若进水量和降雨量同时处于减少趋势,则预测污水处理流量将会减少,并生成功率降低信息,若进水量和降雨量同时处于增多趋势,则预测污水处理流量将会增多,并生成功率提高信息,除此以外的其他情况,均不对其进行任何操作,所述功率降低信息和所述功率提高信息均属于调节信息;
所述功率降低信息和所述功率提高信息用于在工作人员对污水处理设备进行远程控制时提供参考,所述功率降低信息表示应将污水处理设备的污水处理功率降低,所述功率提高信息表示应将污水处理设备的污水处理功率提高;
设置排水标准,所述排水标准包括化学需氧量、生化需氧量、氨氮、总磷、总氮,将经过处理后的各项污水数据与相应的排水标准进行对比;
若各项污水数据同时满足排水标准,则生成可排水信息,若存在一项或多项污水数据不满足排水标准时,则生成不可排水信息,同时对不满足排水标准的污水进行重新处理,所述可排水信息以及所述不可排水信息均属于调节信息;
所述可排水信息和所述不可排水信息用于在工作人员对经过处理的污水是否进行排放时提供参考,所述可排水信息代表污水已满足排放标准,可以进行排放,所述不可排水信息代表污水未满足排放标准,不可以进行排放。
需要进一步说明的是,在具体实施过程中,所述人工控制模块通过工作人员对污水处理设备进行远程控制的过程包括:
设置授权单元,通过所述授权单元对工作人员进行双重授权,一重为查询授权,一重为控制授权,所述查询授权用于对所接收的可用数据进行查询,所述控制授权用于对污水处理设备进行控制,工作人员在获得双重授权后才可根据相应的调节信息对污水处理设备进行远程控制;
当生成功率降低信息、功率提高信息、可排水信息、不可排水信息时,由工作人员选择是否将调节信息由远程控制端发送至污水处理端,若选择发送,则在原有的传输路径之外重新生成新的传输路径,对调节信息进行发送。
需要进一步说明的是,在具体实施过程中,所述自动控制模块通过人工智能对污水处理设备进行远程控制的过程包括:
设置AI单元,通过所述AI单元对工作人员的日常操作习惯进行记录,获得其对不同可用数据所生成的调节信息最终的操作行为;
设置操作时限,若工作人员在操作时限之内未能对调节信息进行处理,则通过所述AI单元根据所记录的日常操作习惯对污水处理设备进行远程控制。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换,而不脱离本发明技术方法的精神和范围。
Claims (3)
1.一种基于互联网的污水处理设备远程控制系统,其特征在于,包括主控中心,所述主控中心通信连接有数据采集模块,数据处理模块、数据传输模块、数据分析模块、人工控制模块、自动控制模块;
所述数据采集模块用于对污水处理过程中的污水数据进行采集;
所述数据处理模块用于对所采集的污水数据进行离群点处理、缺失值处理、规范化处理以获得相应的可用数据;
所述数据传输模块用于对可用数据进行加密传输,并对数据传输过程进行监测,判断其是否存在异常传输,并对异常传输数据进行重新传输;
所述数据分析模块用于根据所接收的可用数据获得进水变化系数和降雨变化系数,并生成相应的调节信息;
所述人工控制模块用于通过工作人员对污水处理设备进行远程控制;
所述自动控制模块用于通过人工智能对污水处理设备进行远程控制;
所述数据采集模块对污水处理过程中的污水数据进行采集的过程包括:
设置采集单元,通过所述采集单元对污水处理设备所记录的各项污水数据进行采集,所述污水数据包括污水的水质数据、处理设备数据、处理效果数据、环境监测数据;
所述数据处理模块对所采集的污水数据进行离群点处理、缺失值处理、规范化处理以获得相应的可用数据的过程包括:
所述离群点处理用于对污水数据中的异常数据进行清理,所述缺失值处理用于对污水数据中的缺失数据进行填充,所述规范化处理用于对污水数据的格式进行统一,将经过离群点处理、缺失值处理、规范化处理后的污水数据标记为可用数据;
所述数据传输模块对可用数据进行加密传输的过程包括:
设置加密单元,在加密单元内部预先设置若干种加密方法,通过所述加密单元对可用数据进行切割,获得可用数据的若干个子数据,对所获得的子数据进行加密,将完成加密的子数据整合为一个完整的加密数据,并生成该可用数据的加密标识;
设置传输单元,根据需要传输的可用数据的子数据的数量,通过所述传输单元生成相同数量的传输路径,对各个子数据分别进行传输,并将该可用数据的加密标识发送至工作人员端;
所述数据传输模块对数据传输过程进行监测,判断其是否存在异常传输,对异常传输数据进行重新传输的过程包括:
设置监测单元,通过所述监测单元对数据传输的过程进行监测,获得数据传输的波动程度;
设置波动阈值,将波动程度与波动阈值进行比较,并根据比较结果将其区分为正常传输和异常传输,获得异常传输所对应的子数据,并将所获得的子数据标记为异常传输数据;
设置检测单元,通过所述检测单元分别获得子数据在传输前和传输后的哈希值,将两者进行比较,并根据比较结果将其区分为完整状态和损坏状态,将处于损坏状态的子数据标记为异常传输数据;
通过所述传输单元在原有的传输路径之外重新生成新的传输路径,对该异常传输数据进行重新传输;
所述数据分析模块根据所接收的可用数据获得进水变化系数和降雨变化系数,并生成相应的调节信息的过程包括:
设置分析周期,根据所设置的分析周期内的可用数据中的进水量和降雨量,获得相应的进水变化系数和降雨变化系数;
设置进水变化标准和降雨变化标准,将进水变化系数、降雨变化系数分别与进水变化标准、降雨变化标准进行比较,并根据比较结果将进水量、降雨量区分为减少趋势或增多趋势,根据进水量和降雨量的不同趋势生成相应的调节信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于互联网的污水处理设备远程控制系统,其特征在于,所述人工控制模块通过工作人员对污水处理设备进行远程控制的过程包括:
设置授权单元,通过所述授权单元对工作人员进行双重授权,一重为查询授权,一重为控制授权,工作人员在获得双重授权后才可对污水处理设备进行远程控制,由工作人员选择是否将调节信息发送至污水处理设备。
3.根据权利要求2所述的一种基于互联网的污水处理设备远程控制系统,其特征在于,所述自动控制模块通过人工智能对污水处理设备进行远程控制的过程包括:
设置AI单元,通过所述AI单元对工作人员的日常操作习惯进行记录,设置操作时限,若工作人员在操作时限之内未能对调节信息进行处理,则根据所记录的日常操作习惯对污水处理设备进行远程控制。
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