KR101209944B1 - A method to simulate which controls activated sludge treatment process using polynomial-based radial basis function neural networks - Google Patents

A method to simulate which controls activated sludge treatment process using polynomial-based radial basis function neural networks Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A simulating method controlling an activated sludge processing method by using polynomial base radiation type basis function neuron network structure is provided to learn the polynomial base radiation type basis function neuron network structure, thereby efficiently managing the activated sludge processing method. CONSTITUTION: Polynomial base radiation type basis function neuron network structure is learned by using learning data(S100). A model is constructed based on the learned polynomial base radiation type basis function neuron network structure(S200). Legal standard value achievement is evaluated and simulated by applying data of an activated sludge processing method evaluating the legal standard value achievement of discharge water to the model(S300). The polynomial base radiation type basis function neuron network structure selects main parameters which influence on the activated sludge processing method and is learned by extracting the data. [Reference numerals] (S100) Polynomial base radiation type basis function neuron network structure is learned; (S200) Model is constructed based on the learned polynomial base radiation type basis function neuron network structure; (S300) Legal standard value achievement is evaluated and simulated by applying data of an activated sludge processing method evaluating the legal standard value achievement of discharge water to the mode

Description

다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법{A METHOD TO SIMULATE WHICH CONTROLS ACTIVATED SLUDGE TREATMENT PROCESS USING POLYNOMIAL-BASED RADIAL BASIS FUNCTION NEURAL NETWORKS}A METHOD TO SIMULATE WHICH CONTROLS ACTIVATED SLUDGE TREATMENT PROCESS USING POLYNOMIAL-BASED RADIAL BASIS FUNCTION NEURAL NETWORKS} Polynomial-Based Radial Basis Function Neural Network Structure

본 발명은 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a simulation method for controlling an activated sludge treatment method, and more particularly, to a simulation method for controlling an activated sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure.

하수처리장의 활성오니처리공법은 하수 및 폐수의 처리에 있어서 가장 보편적으로 사용된다. 상기 활성오니처리공법은 생물학적 특성으로 인하여 암모니움(NH4), 질산염(NO3), 용존산소(Dissolved Oxygen 또는 DO), 수소 이온농도(Ph), 산화환원전위(Oxidation-Reduction Potential 또는 ORP), 온도, 및 폭기조(Aeration tank) 내의 부유물질의 농도(Mixed Liquer Suspended Solid 또는 MLSS) 등의 다수의 계층과 공기량, 반송 슬러지(Return Sludge) 량, 내부 반송량이 상호 복합적으로 운영되기 때문에 상기 요인들을 제어할 시 각각의 제어목표를 결정하기가 어렵다.
Activated sludge treatment in sewage treatment plants is most commonly used for the treatment of sewage and wastewater. The activated sludge treatment method is ammonium (NH 4 ), nitrate (NO 3 ), dissolved oxygen (Dissolved Oxygen or DO), hydrogen ion concentration (Ph), oxidation-reduction potential (ORP) due to biological characteristics These factors can be attributed to the fact that multiple layers, such as temperature, temperature, and concentration of suspended solids (MIXed Liquer Suspended Solid, or MLSS) in the aeration tank, are operated in combination with each other. When controlling, it is difficult to determine each control target.

하수처리장은 최근 수질 기준 강화에 따라 질소와 인을 제어하기 위하여 고도처리(High Class Treatment)가 도입되고 있다. 이때, 질소를 제거하기 위하여 송풍기를 운영하는데 송풍기는 상당한 전력을 소모한다. 고도처리 운영과정 중 용존 산소계 및 산화환원전위계를 이용하여 호기조의 송풍기 및 슬러지 반송펌프(Pump)를 제어하도록 설계되어 있으나, 실제 운전상 용존 산소 값은 온도, 대기변화, 호기조의 유입, 및 방류구간의 현격한 차이 등 여러 변수에 의하여 용존 산소계나 산화환원전위계를 예측하기 어려우며, 질소 및 인과의 상관관계가 정확하지 않아 실제 운영이 매우 어렵다.
In order to control nitrogen and phosphorus, sewage treatment plants have recently been introduced with high class treatment. At this time, the blower consumes considerable power to operate the blower to remove nitrogen. Although it is designed to control the blower and the sludge return pump of the aerobic tank by using the dissolved oxygen meter and the redox potentiometer during the advanced processing operation, the dissolved oxygen value in actual operation is the temperature, air change, inflow of the aerobic tank, and discharge section. It is difficult to predict dissolved oxygen system or redox potential by various variables such as the difference of, and actual operation is very difficult because the correlation between nitrogen and phosphorus is not accurate.

대부분의 국내의 물 재생산 센터(하수처리장)들은 송풍기가 용존 산소계 값에 의해 운전되고, 슬러지 반송 펌프가 폭기조 내의 부유물질의 농도(MLSS) 값에 의해 운전되도록 설계되고 있으나, 실제 운전되는 물 재생산 센터들 중 상기 제어방식을 실행하고 있는 곳은 한곳도 없는 실정으로 새로운 제어방식의 도입이 필요하다.
Most domestic water reproduction centers (sewage treatment plants) are designed so that the blower is operated by the dissolved oxygen meter value and the sludge return pump is operated by the concentration of suspended solids (MLSS) value in the aeration tank. There is no place where the control method is implemented among these, it is necessary to introduce a new control method.

기존 활성오니처리공법에 있어서, 용존 산소계 및 폭기조 내의 부유물질의 농도를 토대로 한 자동운전은 정확도가 떨어져 수동운전이 실시되고 있다. 하지만, 최근 방류 수질 기준 강화에 따라 하수처리 시스템에서의 활성오니의 질과 양의 관리 및 적정화가 더욱 중요하다. 상기 공법은 생물학적 메커니즘의 특징으로 인해 다수의 수질 측정값들이 필요하여, 부하 변화가 심하고 공법의 특성이 복잡하다. 이와 같은 이유로 제어량과 조작량의 선택이 어려우며, 그 결과 다수의 제어기를 조작자가 계산하여 조작하기는 상당한 어려움이 따른다. 따라서 보다 효율적이고 체계화된 질적 제어를 수행하기 위한 방법이 요구되고 있다.In the existing activated sludge treatment method, the automatic operation based on the concentration of suspended solids in the dissolved oxygen system and the aeration tank is not accurate, and manual operation is performed. However, with the recent strengthening of discharge water quality standards, it is more important to manage and optimize the quality and quantity of activated sludge in sewage treatment systems. The process requires a large number of water quality measurements due to the nature of the biological mechanisms, resulting in large load changes and complex characteristics of the process. For this reason, it is difficult to select a control amount and an operation amount, and as a result, it is difficult for the operator to calculate and operate a plurality of controllers. Therefore, there is a need for a method for more efficient and systematic qualitative control.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 공법의 결과예측이 불가능하여 운영 및 제어가 비효율적인 기존의 활성오니처리공법을 보다 효율적이고 체계화된 질적 제어를 수행할 수 있도록 조작자가 제어하는데 도움을 줄 수 있는, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention is proposed to solve the above problems of the conventionally proposed methods, and it is possible to perform more efficient and systematic qualitative control of the existing activated sludge treatment method, which is inefficient to operate and control due to the impossible prediction of the result of the method. It is an object of the present invention to provide a simulating method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure that can help the operator to control.

또한, 본 발명은, 하수처리 시스템에서의 활성오니의 질과 양의 관리 및 적정화를 더욱 용이하게 하여, 최근 강화된 방류 수질 기준에 적합하도록 도움을 줄 수 있는, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention further facilitates the management and optimization of the quality and quantity of activated sludge in sewage treatment systems, which can help to meet the recently enhanced effluent water quality criteria, a polynomial based radial basis function neural network structure. Another object of the present invention is to provide a simulating method for controlling the activated sludge treatment method.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법은,Simulation method for controlling the active sludge treatment method using a polynomial based radial basis function neural network structure according to the characteristics of the present invention for achieving the above object,

(1) 신경회로망 구조 학습을 위한 데이터를 이용하여 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 학습시키는 단계;(1) learning a polynomial based radial basis function neural network structure using data for neural network structure learning;

(2) 상기 단계 (1)에서 학습된 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 토대로 모델을 구축하는 단계; 및(2) constructing a model based on the polynomial based radial basis function neural network structure learned in step (1); And

(3) 방류 수질의 법적 기준치 달성 여부를 평가해야하는 활성오니처리공법의 데이터를, 상기 단계 (2)에서 구축된 모델에 적용하여 상기 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 하는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
(3) evaluating and simulating whether the legal standard is achieved by applying the data of the activated sludge treatment method, which should be evaluated for the achievement of the legal standard of discharged water quality, to the model established in step (2). It is characterized by the configuration.

바람직하게는, 상기 단계 (1)은,Preferably, the step (1)

활성오니처리공법에 영향을 주는 주요 인자들을 선택하는 단계;Selecting major factors affecting the activated sludge treatment method;

상기 선택된 주요 인자들을 이용하여 데이터를 추출하는 단계; 및Extracting data using the selected main factors; And

상기 추출된 데이터를 이용하여 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 학습시키는 단계를 포함할 수 있다.
Learning the polynomial based radial basis function neural network structure using the extracted data.

바람직하게는, 상기 단계 (1)은,Preferably, the step (1)

오류역전파 알고리즘을 이용하여, 상기 신경회로망 구조의 다항식 연결 가중치 w=f(x)를 학습시킴으로써, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 학습시킬 수 있다.
By using the error backpropagation algorithm, the polynomial connection weight w = f (x) of the neural network structure can be learned to learn the polynomial-based radial basis function neural network structure.

바람직하게는, 상기 단계 (1)은,Preferably, the step (1)

입자군집최적화를 이용하여, 각 개체의 개별적 동작인 개체벡터를 전체 집단 크기의 10~20%로 제한하고, 세대수 증가에 따라 상기 개체벡터를 조절해주는 관성하중의 최댓값과 최솟값을 각각 0.9 및 0.4로 설정함으로써, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 학습시킬 수 있다.
Using particle group optimization, the individual vector, which is the individual behavior of each individual, is limited to 10-20% of the total population size, and the maximum and minimum inertia loads that control the individual vector as the number of generations increase to 0.9 and 0.4, respectively. By setting, the polynomial based radial basis function neural network structure can be learned.

바람직하게는, 상기 단계 (3)은,Preferably, the step (3)

법적 기준치 달성 여부를 평가해야하는 활성오니처리공법의 데이터를, 상기 단계 (2)에서 구축된 모델에 적합하도록 변경하는 단계; 및Changing the data of the activated sludge treatment method, which should evaluate whether or not the legal standard is achieved, to conform to the model established in the step (2); And

상기 변경된 데이터를 상기 단계 (2)에서 구축된 모델에 적용시켜 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 하는 단계를 포함할 수 있다.The modified data may be applied to the model constructed in the step (2) to evaluate and simulate whether the legal standard is achieved.

본 발명에서 제안하고 있는, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 따르면, 공법의 결과예측이 불가능하여 운영 및 제어가 비효율적인 기존의 활성오니처리공법을 보다 효율적이고 체계화된 질적 제어를 수행할 수 있도록 조작자가 제어하는데 도움을 줄 수 있다.
According to the simulation method of controlling the activated sludge treatment method using the polynomial-based radial basis function neural network structure proposed by the present invention, the existing activated sludge treatment method is inefficient to operate and control because the result of the method cannot be predicted. It can help the operator to control more efficient and systematic qualitative control.

또한, 본 발명에 따르면, 하수처리 시스템에서의 활성오니의 질과 양의 관리 및 적정화를 더욱 용이하게 하여, 최근 강화된 방류 수질 기준에 적합하도록 도움을 줄 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to more easily manage and optimize the quality and quantity of activated sludge in the sewage treatment system, which can help to meet the recently strengthened discharge water quality standards.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에서, 단계 S100의 세부 구성을 나타낸 흐름도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 활성오니처리공법의 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 기본적인 신경회로망 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 기능적인 모듈로써의 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 오류역전파 알고리즘을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 입자군집최적화의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 상기 단계 S200에서 구축된 모델들의 성능을 평가한 그래프들을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에서, 단계 S300의 세부 구성을 나타낸 흐름도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에서, 활성오니처리공법의 데이터의 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 하는 일예를 도시한 도면.
1 is a flow chart illustrating a simulating method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing the detailed configuration of the step S100 in the simulating method for controlling the active sludge processing method using a polynomial based radial basis function neural network structure in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a view showing the configuration of the active sludge processing method, used in the simulation method for controlling the active sludge processing method using a polynomial based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a basic neural network structure used in a simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates a polynomial based radial basis function neural network structure as a functional module, which is used in a simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention. Figure shown.
FIG. 6 illustrates an error backpropagation algorithm used in a simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention. FIG.
7 is a view for explaining the concept of particle population optimization, used in a simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph evaluating the performance of the models constructed in step S200, used in a simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention. Figure shown.
9 is a flow chart showing the detailed configuration of the step S300 in the simulating method for controlling the active sludge processing method using a polynomial based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention.
10 is a simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention, evaluating and simulating whether or not to achieve a legal standard value of data of an activated sludge treatment method. Figure showing an example to do.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . In addition, the term 'comprising' of an element means that the element may further include other elements, not to exclude other elements unless specifically stated otherwise.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법은, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 학습시키는 단계(S100), 학습된 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 토대로 모델을 구축하는 단계(S200), 및 활성오니처리공법의 데이터의 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 하는 단계(S300)를 포함하여 구성될 수 있다.
1 is a flowchart illustrating a simulating method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the simulating method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure includes: learning a polynomial-based radial basis function neural network structure (S100), learned polynomial Constructing a model based on the base radial basis function neural network structure (S200), and evaluating and simulating whether or not to achieve the legal standard value of the data of the activated sludge treatment method (S300).

단계 S100에서는, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 학습시킨다. 이때, 신경회로망 구조 학습을 위한 데이터는, 활성오니처리공법에서 주요 인자들을 선택 및 이용하여 추출할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에서, 신경회로망 구조 학습을 위한 데이터를 이용하여 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 학습시키는 방법(S100)의 세부적인 구성에 대해서는 추후 도 2를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
In step S100, the polynomial based radial basis function neural network structure is learned. At this time, the data for neural network structure learning can be extracted by selecting and using the main factors in the active sludge treatment method. In the simulating method for controlling an active sludge processing method using a polynomial based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention, a polynomial based radial basis function neural network structure is constructed using data for neural network structure learning. Detailed configuration of the learning method (S100) will be described in detail later with reference to FIG. 2.

단계 S200에서는, 단계 S100에서 학습이 된 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 토대로 모델을 구축한다. 본 단계에서 구축된 모델에는, 추후 단계 S300에서 방류 수질의 법적 기준치 달성 여부를 평가해야하는 활성오니처리공법의 데이터가 입력될 수 있다.
In step S200, a model is constructed based on the polynomial based radial basis function neural network structure learned in step S100. In the model established in this step, the data of the activated sludge treatment method to be evaluated in step S300 to evaluate whether or not the legal standard of discharged water quality can be input.

단계 S300에서는, 활성오니처리공법의 데이터의 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 한다. 본 단계에서는, 활성오니처리공법의 데이터를 단계 S200에서 구축된 모델에 적용함으로써, 법적 기준치 달성 여부를 평가한다. 더 나아가, 사용자가 입력된 데이터를 변경하여 시뮬레이팅 함으로써, 변경된 데이터를 토대로 한 결과를 예측할 수 있으며, 사용자는 예측된 결과에 따라 알맞은 조건들을 찾을 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에서, 활성오니처리공법의 데이터의 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 하는 방법(S300)의 세부적인 구성에 대해서는 추후 도 9를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
In step S300, it is evaluated and simulated whether the legal standard value of the data of the activated sludge treatment method is achieved. In this step, by applying the data of the activated sludge treatment method to the model established in step S200, it is evaluated whether the legal standard value is achieved. Furthermore, by changing and simulating the input data, the user can predict the result based on the changed data, and the user can find suitable conditions according to the predicted result. In a simulating method for controlling an activated sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention, a method for evaluating and simulating whether or not to achieve a legal standard value of data of an activated sludge treatment method ( A detailed configuration of S300 will be described later with reference to FIG. 9.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에서, 단계 S100의 세부 구성을 나타낸 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에서, 단계 S100은, 주요 인자들을 선택하는 단계(S110), 데이터를 추출하는 단계(S120), 및 데이터를 이용하여 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 학습시키는 단계(S130)를 포함하여 구성될 수 있다.
Figure 2 is a flow chart showing the detailed configuration of the step S100 in the simulating method for controlling the active sludge treatment method using a polynomial based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, in the simulating method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure, step S100 includes selecting main factors (S110) and extracting data. (S120), and learning the polynomial-based radial basis function neural network structure using the data (S130).

단계 S110에서는, 주요 인자들을 선택한다. 즉, 본 단계에서는, 활성오니처리공법에 영향을 주는 주요 인자들을 선택하고, 선택된 인자들을 이용하여 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 학습시킬 수 있는 데이터를 추출하게 된다. 이때, 선택되는 주요 인자들에는 영향 인자와 조작 인자가 포함될 수 있다. 영향 인자는 활성오니처리공법에서의 활성오니의 정화속도를 변화시킬 수 있다. 조작 인자는 활성오니처리공법의 조건들을 설정할 수 있다.
In step S110, main factors are selected. That is, in this step, the main factors affecting the activated sludge treatment method are selected, and the selected factors are used to extract data for learning the polynomial based radial basis function neural network structure. In this case, the main factors selected may include the influence factor and the manipulation factor. The influencing factor may change the purification rate of the activated sludge in the activated sludge treatment method. The operation factor may set conditions of the activated sludge treatment method.

본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는 주요 인자들 중 영향 인자들을 선택할 경우에 기초가 되는 기준을 다음 표 1에 나타내었다. 표 1은, 공공하수처리시설의 방류수질기준으로 2011년 1월 1일 적용되는 기준이다. 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 생물화학적 산소요구량, 화학적 산소요구량, 부유 물질, 총 질소, 총 인, 총 대장균 군 수, 및 생태독성 인자들 중에서, 실시예에 따라서는 생물화학적 산소요구량, 부유 물질, 총 질소, 및 총 인 인자만을 선택할 수 있다. 특히, 하수처리 시스템의 경우 공법 특성이 복잡하고 질소와 인의 경우 상관관계가 정확하지 않다는 점을 고려하여, 실시예에 따라서는 총 질소와 총 인을 세분화하여, 총 질소는 NH3 및 NO3의 농도로, 총 인은 PO4의 농도로 나눌 수 있다.Based on the polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention, the criteria based on the selection of influence factors among the main factors used in the simulation method for controlling the active sludge treatment method are shown in Table 1 below. Shown in Table 1 is a standard applied on January 1, 2011 as the discharge water quality standard of public sewage treatment facilities. As can be seen in Table 1, among the biochemical oxygen demand, chemical oxygen demand, suspended solids, total nitrogen, total phosphorus, total E. coli group, and ecotoxicity factors, depending on the embodiment biochemical oxygen demand, suspended Only material, total nitrogen, and total phosphorus factors can be selected. In particular, in the case of sewage treatment system, the process characteristics are complicated and the correlation between nitrogen and phosphorus is not accurate. According to the embodiment, the total nitrogen and total phosphorus are subdivided, and the total nitrogen is NH 3. And by the concentration of NO 3 , the total phosphorus can be divided by the concentration of PO 4 .

Figure 112011062765349-pat00001
Figure 112011062765349-pat00001

상기 선택된 영향 인자들 외에도 조작 인자들을 선택할 수 있다. 조작 인자들로는 유입수의 온도인 Temp, 호기조 1과 호기조 2에서 불어넣는 공기량인 Airflow, 호기조 1과 호기조 2에서 만들어진 질산성 질소를 무산소조로 이동시키는 물의 양인 Internal Recycle, 부유물의 일정 부분을 공정의 초기 부분으로 순환시키는 부분인 Sludge Return, 및 부유물의 폐기량인 Was를 포함할 수 있다. 상기 조작 인자들의 세부적인 구성에 대해서는 추후 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
Manipulation factors may be selected in addition to the selected influence factors. Manipulation factors include Temp, the influent temperature, Airflow, which is the amount of air blown from Existing Tank 1, and Existing Tank 2, Internal Recycle, which is the amount of water that transfers the nitrate nitrogen produced in Existing Tank 1 and Existing Tank 2 to anoxic tank, and a portion of the float is the initial part of the process. Sludge Return, which is a circulating part, and Was, which is a waste volume of the suspended matter. The detailed configuration of the manipulation factors will be described in detail later with reference to FIG. 3.

단계 S120에서는, 데이터를 추출한다. 즉, 본 단계에서는, 단계 S110에서 선택된 주요 인자들을 이용하여 데이터를 추출하게 된다. 영향 인자들의 수치와 조작 인자들의 수치뿐만 아니라, 조작 인자들의 변화에 따른 영향 인자들의 활성오니에 대한 영향들을 데이터로 포함할 수 있다. 이렇게 추출된 데이터는 신경회로망 구조를 학습시킬 수 있다.
In step S120, data is extracted. That is, in this step, data is extracted using the main factors selected in step S110. In addition to the numerical values of the influence factors and the manipulation factors, the influence on the activity sludge of the influence factors according to the change of the manipulation factors may be included as data. The extracted data can learn neural network structure.

단계 S130에서는, 단계 S120에서 추출된 데이터를 이용하여 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 학습시킨다. 즉, 본 단계에서는, 단계 S120에서 추출된 데이터와 본 발명에서 제안하고 있는 알고리즘을 이용하여 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 학습시키게 된다. 이때, 본 발명에서 제안하고 있는 선택된 알고리즘에는, 오류역전파 알고리즘과 입자군집최적화 알고리즘이 포함될 수 있다. 본 단계에서 학습이 된 신경회로망 구조는, 추후 단계 S200에서 모델을 구축하는데 이용될 수 있다.
In step S130, the polynomial-based radial basis function neural network structure is trained using the data extracted in step S120. That is, in this step, the polynomial-based radial basis function neural network structure is trained using the data extracted in step S120 and the algorithm proposed by the present invention. In this case, the selected algorithm proposed by the present invention may include an error back propagation algorithm and a particle group optimization algorithm. The neural network structure learned in this step may be used to build a model later in step S200.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 활성오니처리공법의 구성을 나타내는 도면이다, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는 활성오니처리공법의 구성은, 혐기조(100), 무산소조(101), 호기조 1(102), 호기조 2(103), 종침(104), Temp(200), Airflow(201), Internal Recycle(202), Sludge Return(203), 및 Was(204)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명에서는 하수처리장의 고도처리공정을 시뮬레이팅 할 수 있도록 하는데, 고도처리공정은 잔류 부유 물질 및 용존 무기물 제거 공정, 질산화 공정, 질소 제거 공정, 인 제거 공정, 및 질소와 인 제거 공정으로 이루어질 수 있다. 고도처리공정은, 생물화학적 산소요구량의 부하량과 질소 부하량이 높은 하수가 하천으로 배수될 경우에 발생할 수 있는, 하천의 용존 산소량의 감소와 용존 산소량 고갈에 의한 부영양화 및 적조현상이 발생될 확률을 줄여준다. 더 나아가, 고도처리공정은 생물화학적 산소요구량 및 부유 물질 등의 90%정도를 제거하고, 질소와 인은 미생물에 필요한 영양소의 양만 남긴 채 제거하여, 질소는 10~30%, 인은 10~30% 정도만 제거한다. 대부분의 국내 하수처리장들은 2차 처리공정인 활성오니 공정만을 설계하여 운영한다. 하지만 질소와 인을 처리하기 위하여 3차 처리공정인 고도처리 시설을 추가 설치할 수도 있다. 기본적인 고도처리공정은 화학적인 처리와 생물학적인 처리 방식이 혼합되어 있다. 하지만 화학적인 처리 방식은 투입되는 약품의 증가에 의존하며, 이 처리 방식을 계속 유지할 경우에는 활성오니의 처리 비용도 대폭 증가하는 현상을 보인다. 그러므로 본 발명은 생물학적 처리공법의 운영을 최적화하기 위한 연구를 시행하였으며, 화학적 처리 방식을 제외한다.
3 is a view showing the configuration of an active sludge treatment method, which is used in a simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention. As shown, the configuration of the active sludge treatment method used in the simulating method for controlling the active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention, anaerobic tank (100), Anaerobic tank 101, aerobic tank 1 (102), aerobic tank 2 (103), bell needle 104, Temp (200), Airflow (201), Internal Recycle (202), Sludge Return (203), and Was (204). It can be configured to include. In the present invention, it is possible to simulate the advanced treatment process of the sewage treatment plant, the advanced treatment process may be composed of residual suspended matter and dissolved inorganic material removal process, nitrification process, nitrogen removal process, phosphorus removal process, and nitrogen and phosphorus removal process. have. The advanced treatment process reduces the probability of eutrophication and red tide phenomena due to the decrease of dissolved oxygen in the stream and the depletion of dissolved oxygen, which can occur when sewage with high biochemical oxygen demand and nitrogen loading is drained into the stream. give. Furthermore, the advanced treatment process removes about 90% of biochemical oxygen demand and suspended solids, and removes nitrogen and phosphorus leaving only the amount of nutrients necessary for microorganisms, resulting in 10-30% nitrogen and 10-30% phosphorus. Only remove about%. Most domestic sewage treatment plants design and operate only the activated sludge process, which is a secondary treatment process. However, an advanced treatment plant, a third treatment process, may be installed to treat nitrogen and phosphorus. The basic advanced treatment process combines chemical and biological treatments. However, the chemical treatment method is dependent on the increase of the injected chemicals, and if the treatment method is maintained continuously, the treatment cost of the activated sludge is also greatly increased. Therefore, the present invention has been conducted to optimize the operation of the biological treatment method, excluding the chemical treatment method.

혐기조(100)는, 인 방출조로서, 용존 산소가 없으며 유기물의 인 방출량을 증가시킨다. 활성오니처리를 받아야할 유입수는, 혐기조(100)로 먼저 유입되어 혐기조(100) 안에서 인을 방출할 수 있다.
The anaerobic tank 100, as a phosphorus discharge tank, has no dissolved oxygen and increases the amount of organic phosphorus released. The influent to be treated with activated sludge may be introduced into the anaerobic tank 100 first to release phosphorus in the anaerobic tank 100.

무산소조(101)는, 혐기조와 같이 용존 산소가 없는 조로서, 호기조에서 내부 반송하여 유입되는 질산성 질소를 질소가스로 환원시켜 대기 중으로 방출시켜 질소를 제거한다. 무산소조(101)의 미생물은 유기물을 분해할 때 용존산소 대신 질산성 질소를 이용하여 질산성 질소를 질소가스로 처리하므로 기능적인 면에서 탈질소조라고도 불린다.
The oxygen-free tank 101 is a tank without dissolved oxygen, like an anaerobic tank, and reduces the nitrate nitrogen introduced into and returned from the aerobic tank to nitrogen gas to be released into the atmosphere to remove nitrogen. The microorganisms of the anoxic tank 101 are also called denitrification tanks in terms of their functionality because they treat nitrate nitrogen with nitrogen gas using nitrate nitrogen instead of dissolved oxygen when decomposing organic matter.

호기조 1(102)과 호기조 2(103)는, 무산소조(101)와 혐기조(100)에서 미처리된 유기물질을 제거하고, 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키기 위하여 호기성 상태를 유지한다. 암모니아성 질소에서 질산성 질소로 질산화시키는 미생물은 호기성 미생물이기 때문에 호기 상태로 유지시켜 주고, 질산성 질소 혼합액을 무산소조(101)로 내부 반송시켜 탈질이 일어나도록 한다. 호기성 미생물은 또한 인을 섭취한다. 호기조 1(102)은 유기물질을 최대한 산화시킬 수 있다. 호기조 2(103)는 호기조 1(102)에서 최대한 산화된 유기물질을 질산화까지 이뤄낼 수 있다.
The aerobic tank 1 (102) and the aerobic tank (2) 103 maintain an aerobic state in order to remove untreated organic substances in the anaerobic tank 101 and the anaerobic tank 100 and to oxidize ammonia nitrogen to nitrate nitrogen. Since the microorganism nitrifying from ammonia nitrogen to nitrate nitrogen is an aerobic microorganism, the microorganism is maintained in an aerobic state, and the nitric acid nitrogen mixture is returned to the oxygen-free tank 101 to cause denitrification. Aerobic microbes also consume phosphorus. The aerobic tank 1 102 may oxidize organic materials as much as possible. The aerobic tank 2 103 may achieve nitrification of the organic material oxidized as much as possible in the aerobic tank 1 102.

종침(104)은, 물속의 부유물을 가라앉히는 곳이며, 부유물을 제외한 정화된 물만 배출할 수 있는 구조로 되어 있다. 종침(104)에서 나온 유출수는 부유물이 없는 정화된 물이다.
The seed needle 104 is a place for submerging the suspended matter in the water, and has a structure which can discharge only the purified water except the suspended matter. The effluent from the needle 104 is purified water free of suspended solids.

Temp(200)는, 유입수의 온도를 나타내는 조작 인자이다. 수온은 물속의 용존산소량에 영향을 미칠 수 있으므로, 미생물의 생성에 많은 영향을 미칠 수 있다. Temp(200)는 유입수가 혐기조(100)로 들어가기 전에 조작될 수 있다.
Temp 200 is an operation factor indicating the temperature of the influent water. Water temperature can affect the amount of dissolved oxygen in the water, and thus can have a great effect on the production of microorganisms. Temp 200 may be manipulated before influent enters anaerobic tank 100.

Airflow(201)는, 호기조 1(102)과 호기조 2(103)에서 불어넣는 공기량을 나타내는 조작 인자이다. 호기성 미생물은, 유기물을 제거하면서 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시킬 경우 산화제 역할을 할 수 있다. Airflow(201)는 호기조 1(102)과 호기조 2(103)에 직접적으로 조작되어 적용될 수 있다.
Airflow 201 is an operation factor which shows the amount of air blown by the aerobic tank 1 102 and the aerobic tank 2 103. Aerobic microorganisms can act as oxidants when oxidizing ammonia nitrogen to nitrate nitrogen while removing organic matter. Airflow 201 may be directly manipulated and applied to aerobic tank 1 (102) and aerobic tank 2 (103).

Internal Recycle(202)은, 호기조 1(102)과 호기조 2(103)에서 만들어진 질산성 질소를 질소가스로 변환시키기 위해 무산소조(101)로 이동시키는 물의 양을 나타내는 조작 인자이다. Internal Recycle(202)은 물이 호기조 2(103)에서 무산소조(101)로 이동될 시 조작될 수 있다.
The internal recycle 202 is an operation factor indicating the amount of water to be transferred to the anoxic tank 101 to convert the nitrate nitrogen produced in the aerobic tank 1 102 and the aerobic tank 2 103 into nitrogen gas. The Internal Recycle 202 can be manipulated when water is moved from the aerobic tank 2 103 to the anaerobic tank 101.

Sludge Return(203)은, 종침(104)의 가라앉는 부유물의 일정 부분을 공정의 초기 부분으로 순화시키는 부분을 나타내는 조작 인자이다. Sludge Return(203)을 조작하는 이유는, 종침(104)에는 부유물뿐만 아니라, 생물학적 처리에 필요한 미생물 또한 함께 농축되어 있기 때문이다. Sludge Return(203)은 일정 부분의 부유물이 종침(104)에서 혐기조(100) 전으로 순화될 시 조작될 수 있다.
Sludge Return 203 is an operation factor that indicates the portion where the constant portion of the submerged float of the needle 104 is purified to the initial portion of the process. The reason for manipulating the sludge return 203 is that not only the suspended matter but also the microorganisms necessary for biological treatment are concentrated in the needle 104. The sludge return 203 may be manipulated when a portion of the float is purified from the needle 104 to the anaerobic tank 100.

Was(204)는, 종침(104)의 가라앉은 부유물의 폐기 양을 나타내는 조작 인자이다. 종침(104)에는 계속하여 부유물이 가라앉기 때문에, 부유물을 제거해 줘야한다. 이와 같이 부유물을 제거할 경우에, 미생물의 양을 고려하여 폐기해야 한다. Was(204)는 부유물이 종침(104)에서 폐기될 시 조작될 수 있다.
Was 204 is an operation factor that indicates the amount of waste of the submerged suspended matter in the seed needle 104. Since the float 104 continues to sink in the needle 104, the float needs to be removed. When removing suspended solids in this way, the amount of microorganisms should be considered and disposed of. Was 204 may be manipulated when the float is disposed of at needle 104.

Temp(200), Airflow(201), Internal Recycle(202), Sludge Return(203), 및 Was(204) 인자들은 생물학적 처리공법에서 미생물의 생성과 유지에 직접적으로 영향을 미친다. 따라서 상기 인자들을 조작 인자들로 선택할 수 있다.
Temp (200), Airflow (201), Internal Recycle (202), Sludge Return (203), and Was (204) factors directly affect the production and maintenance of microorganisms in biological treatment methods. Thus, the above factors can be selected as operational factors.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 기본적인 신경회로망 구조를 도시한 도면이다, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 기본적인 신경회로망 구조는, 입력층(300), 은닉층(301), 및 출력층(302)을 포함하여 구성될 수 있다.
4 is a diagram illustrating a basic neural network structure used in a simulation method for controlling an active sludge processing method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention. As described above, the basic neural network structure, which is used in the simulation method for controlling the active sludge processing method using the polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention, includes an input layer 300 and a hidden layer. 301, and an output layer 302.

본 발명은 퍼지 추론 메커니즘에 기반을 둔 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용한다. 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조는, 데이터의 최댓값과 최솟값에 기반을 둔 가우시안 함수를 활성 함수로 사용할 수 있다. 또한, 다항식 함수로 구성된 연결가중치를 사용함으로써, 기존 신경회로망의 전형적인 특성을 개선할 수 있다. 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조는, 언어적 해석 관점에서 "If-then"의 퍼지규칙으로 표현될 수 있으며, 퍼지 추론 메커니즘에 의해 구동될 수 있다. 즉, 조건부, 결론부, 및 추론부인 세 가지 기능적인 모듈로 나누어서 네트워크 구조가 형성될 수 있다. 조건부 데이터의 최댓값 및 최솟값을 이용하여 입력공간을 분할할 수 있고, 결론부는 분할된 로컬 영역을 다항식 함수로 표현할 수 있다. 마지막으로, 네트워크의 최종 출력은 추론부의 퍼지추론이 맡을 수 있다. 많은 연구들에서 다층 퍼셉트론, 다항식 신경회로망, 및 방사형 기저 함수 신경회로망 등과 같이, 신경회로망을 기반으로 둔 여러 패턴인식 모델들이 제안되어 있다. 기본적인 신경회로망 구조는 입력층(300), 은닉층(301), 및 출력층(302)으로 구성될 수 있다. 도 4는, 은닉층(301)이 한 개인 신경회로망의 기본 구조를 나타낸다. 도 4에서의 n은 입력공간의 차원 수를 나타내며, s는 출력공간의 차원 수를 나타낸다.
The present invention utilizes a polynomial based radial basis function neural network structure based on a fuzzy inference mechanism. The polynomial-based radial basis function neural network structure can use a Gaussian function based on the maximum and minimum values of the data as an active function. In addition, by using the connection weights composed of polynomial functions, it is possible to improve the typical characteristics of the existing neural network. The polynomial based radial basis function neural network structure can be represented by fuzzy rules of "If-then" in terms of linguistic interpretation, and driven by fuzzy inference mechanisms. That is, the network structure can be formed by dividing into three functional modules: a conditional part, a conclusion part, and an inference part. The input space may be divided using the maximum value and the minimum value of the conditional data, and the conclusion portion may express the divided local region as a polynomial function. Finally, the final output of the network can be assumed by the fuzzy reasoning of the inference part. Many studies have suggested several pattern recognition models based on neural networks, such as multilayer perceptrons, polynomial neural networks, and radial basis function neural networks. The basic neural network structure may be composed of an input layer 300, a hidden layer 301, and an output layer 302. 4 shows the basic structure of a neural network having one hidden layer 301. In FIG. 4, n represents the number of dimensions of the input space, and s represents the number of dimensions of the output space.

입력층(300)은, 입력 벡터x=[x1, ..., xn]T를 입력으로 받아 은닉층(301)으로 전달한다.
The input layer 300 receives an input vector x = [x 1 , ..., x n ] T as an input and transfers it to the hidden layer 301.

은닝층(301)은, 활성함수로서 시그모이드 함수(Sigmoid Function) 및 방사형 기저함수 등을 이용하여 뉴런의 출력 값을 결정한다. 도 4와 같이 한 개의 은닉층(301)이 존재할 경우, 연결 가중치(w)는 은닉층(301)과 출력층(302) 사이에 존재할 수 있고, 총 은닉층(301)의 수와 출력층(302)의 수를 곱한 수와 같을 수 있으며, 상수로 구성될 수 있다.
The silvering layer 301 determines the output value of the neuron by using a sigmoid function, a radial basis function, or the like as an active function. When there is one hidden layer 301 as shown in FIG. 4, the connection weight w may exist between the hidden layer 301 and the output layer 302, and the total number of hidden layers 301 and the number of output layers 302 may be determined. It can be equal to the number multiplied and can consist of a constant.

출력층(302)은, 각 은닉층(301)에서의 뉴런의 출력과 연결가중치의 곱의 총합을 이용하여 네트워크의 최종 출력을 결정한다.
The output layer 302 determines the final output of the network using the sum of the product of the neuron's output and the connection weights at each hidden layer 301.

본 발명에서 사용되는 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조는, 입력층(300)과 한 개의 은닉층(301)의 출력으로 구성된 일반적인 신경회로망 구조에 기반을 둔다. 하지만 비선형 특성 판정 경계를 위해, 상수항 연결 가중치가 아닌 다항식 연결 가중치 w=f(x)를 이용하며, 오류역전파 알고리즘을 이용하여 상기 연결 가중치를 학습시킬 수 있다. 오류역전파 알고리즘의 세부적인 구성에 대해서는 추후 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
The polynomial based radial basis function neural network structure used in the present invention is based on a general neural network structure composed of an input layer 300 and an output of one hidden layer 301. However, for the nonlinear characteristic determination boundary, the polynomial link weight w = f (x) is used instead of the constant term link weight, and the link weight can be learned using an error backpropagation algorithm. The detailed configuration of the error backpropagation algorithm will be described in detail later with reference to FIG. 6.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 기능적인 모듈로서의 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 도시한 도면이다, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 기능적인 모듈로서의 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조는, 조건부(400), 결론부(401), 및 추론부(402)를 포함하여 구성될 수 있다.
5 illustrates a polynomial based radial basis function neural network structure as a functional module, used in a simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention. 5, a polynomial as a functional module, which is used in a simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention. The underlying radial basis function neural network structure may comprise a conditional unit 400, a conclusion unit 401, and an inference unit 402.

다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조는 퍼지 규칙 표현과 같이 언어적 관점에서 해석될 수 있으며, 다음과 같은 표현으로 나타낼 수 있다: If x is Ri(x) then fji(x). 상기 표현에서, x는 입력 벡터, Ri(x)은 은닉층(301)에 의한 i(=1, …, c)에서 방사형 기저함수를 통하여 생성된 적합도, fji(x)는 j(=1, …, s)번째 출력에 대한 i번째 퍼지 규칙의 다항식을 각각 나타낸다.Polynomial-based radial basis function neural network structures can be interpreted from a linguistic point of view, such as fuzzy rule expressions, and can be expressed as: If x is R i (x) then f ji (x). In the above expression, x is the input vector, R i (x) is the goodness of fit generated through the radial basis at i (= 1, ..., c) by the hidden layer 301, f ji (x) is j (= 1). , ..., represent the polynomials of the i th fuzzy rule for the s) th output.

조건부(400)는, 상기 표현에서 "then" 이전에 포함된다. 조건부(400)는, 방사형 기저 함수인 가우시안 함수를 이용함으로써, 네트워크구조 측면에서는 활성함수의 기능을 수행할 수 있다. 활성함수는 다음 수학식 1로 나타낼 수 있다.The conditional part 400 is included before "then" in the above expression. The conditional unit 400 may perform a function of an active function in terms of network structure by using a Gaussian function that is a radial basis function. The activation function may be represented by Equation 1 below.

Figure 112011062765349-pat00002
Figure 112011062765349-pat00002

수학식 1에서, Ri(x)은 앞서 언급한 바와 같이 은닉층(301)에 의한 i(=1, …, c)에서 방사형 기저함수를 통하여 생성된 적합도로서, RBFNNs의 활성함수의 출력 값을 나타내고, x는 입력 데이터(입력 벡터)의 값을, v는 가우시안 함수의 중심 값을, σ는 각 입력 데이터의 표준편차를 각각 나타낸다.
In Equation 1, R i (x) is a goodness-of-fit generated through the radial basis at i (= 1, ..., c) by the hidden layer 301 as mentioned above, and represents the output value of the active function of RBFNNs. Where x represents the value of the input data (input vector), v represents the center value of the Gaussian function, and s represents the standard deviation of each input data.

결론부(401)는, 상기 표현에서 "then" 이후에 포함된다. 결론부(401)의 다항식은 네트워크 연결가중치로서 퍼지 규칙의 로컬 모델로 동작한다. 하나의 출력에 대하여 사용한 식은 다음 수학식 2로 나타낼 수 있다.The conclusion section 401 is included after "then" in the above expression. The polynomial of the conclusion unit 401 acts as a local model of fuzzy rules as network connection weights. The equation used for one output may be represented by Equation 2 below.

Figure 112011062765349-pat00003
Figure 112011062765349-pat00003

수학식 2에서, fi(x)는 앞서 언급한 바와 같이 i번째 퍼지 규칙의 다항식을 나타낸다.
In Equation 2, f i (x) represents the polynomial of the i th fuzzy rule as mentioned above.

추론부(402)는, 네트워크의 최종 출력을 퍼지 규칙의 추론 결과로 구한다.
The inference unit 402 obtains the final output of the network as the inference result of the fuzzy rule.

다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조는 퍼지 규칙에 기반을 둔 네트워크 구조를 가지며, 조건부(400), 결론부(401), 및 추론부(402)와 같은 세 가지 기능적 모듈로 분할되어 동작할 수 있다.
The polynomial based radial basis function neural network structure has a network structure based on fuzzy rules and can be divided into three functional modules such as the conditional unit 400, the conclusion unit 401, and the inference unit 402. .

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 오류역전파 알고리즘을 도시한 도면이다, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 오류역전파 알고리즘은, 전방향전파(500) 및 후방향전파(501)를 포함하여 구성될 수 있다.
FIG. 6 is a diagram illustrating an error backpropagation algorithm used in a simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention. As described above, the error backpropagation algorithm, which is used in a simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention, includes a forward propagation 500 and a backward direction. It may be configured to include a radio wave 501.

오류역전파 알고리즘은 주어진 입력 값과 목표로 산출되는 값과의 관계를 자체적인 적응성 알고리즘으로 도출하는 과정이다. 전방향전파(500)에서는, 은닉층(301)의 노드(Ri(x))값이 연결가중치(fji(x))에 의해 값이 전달되고, 추론부(402)에 전달된 값들의 합으로 출력 값을 산출하며, 원 출력과의 비교를 통하여 오류 값을 측정할 수 있다. 후방향전파(501)는, 오류 값의 크기를 반영하여 연결가중치를 수정할 수 있다.
The error backpropagation algorithm is a process of deriving the relationship between a given input value and a target value as its own adaptive algorithm. In the forward propagation 500, the nodes of the hidden layer (301) (R i (x)) value the connection weights, this value is transmitted by the (f ji (x)), the sum of the value passed to the inference unit (402) The output value is calculated, and the error value can be measured by comparing with the original output. The backward wave propagation 501 may correct the connection weight value by reflecting the magnitude of the error value.

연결가중치(f(x)=ω)에 대한 원 출력과 모델 출력의 오류 값을 기반으로 생성되는 ω의 변화량은 다음 수학식 3으로 나타낼 수 있다.The amount of change in ω generated based on the error value of the original output and the model output for the connection weight value f (x) = ω may be expressed by Equation 3 below.

Figure 112011062765349-pat00004
Figure 112011062765349-pat00004

수학식 3에서, ω는 수학식 2의 f를 나타내며, y는 실제 출력 데이터를, yout은 모델 출력 데이터를, α는 학습률을 각각 나타낸다.
In Equation 3, ω represents f of Equation 2, y represents actual output data, y out represents model output data, and α represents a learning rate, respectively.

오류역전파 알고리즘은 전방향전파(500)와 후방향전파(501)를 반복하며, 오류 값이 최소화되도록 학습시킬 수 있다.
The error backpropagation algorithm repeats the forward propagation 500 and the backward propagation 501 and can learn to minimize the error value.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 입자군집최적화의 개념을 설명하기 위한 도면이다, 입자군집최적화는 자연선택의 진화 메커니즘이 아닌, 새 떼와 물고기 떼와 같은 생체 군집의 사회적 행동 양식에 바탕을 두고 있다. 입자군집최적화는 이론의 간결성, 구현의 용이성, 연산의 효율성과 같은 특징을 보이며, 짧은 계산시간 안에 최적의 해를 생성할 수 있고, 다른 확률적 방법보다 안정적인 수렴 특징을 나타낸다. 입자군집최적화는 군집기반 알고리즘으로서, 도 7에 도시된 바와 같이 개체(600)와 군집(601)으로 표현될 수 있다.
7 is a view for explaining the concept of particle cluster optimization, which is used in a simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention. Optimization is not based on the evolutionary mechanisms of natural selection, but on the social behaviors of biomass such as swarms and swarms of fish. Particle population optimization is characterized by simplicity of theory, ease of implementation, and efficiency of computation. It can generate optimal solution in a short computation time and shows more stable convergence than other probabilistic methods. Particle cluster optimization is a cluster-based algorithm, and may be represented by the entity 600 and the cluster 601 as shown in FIG. 7.

개체(600)는, 다차원 공간을 날아다니며, 그들 자신과 이웃의 경험에 대한 정보를 이용하여 최적의 위치로 이동할 수 있다. 이를 위하여, 개체(600)는 이전에 경험했던 최적의 위치정보에 대한 기억을 유지할 수 있으며, 파라미터를 조절하여 개체(600)의 전역탐색과 지역탐색 능력의 균형을 유지할 수 있다.
The entity 600 can fly through a multidimensional space and move to the optimal location using information about their own and neighbor's experiences. To this end, the entity 600 may maintain a memory of the optimal location information previously experienced, and may adjust a parameter to balance the global search and the local search ability of the entity 600.

집단(601)은, 각각의 개체(600)가 모인 하나의 집합을 의미하며, 집단(601)에 속한 개체(600)는 같은 체제 아래에서 개별적인 동작을 할 수 있다. 집단(601)에 속한 개체(600) 중 최적의 위치 정보를 지닌 개체(600)들을 Particle Best라 부르며, Particle Best에 속하는 개체들 중 가장 최적의 위치 정보를 나타내는 개체(600)를 Global Best라 칭한다.
The group 601 means a set of individual entities 600, and the entities 600 belonging to the group 601 may operate individually under the same system. The entities 600 having the optimal position information among the entities 600 belonging to the group 601 are called Particle Best, and the entities 600 representing the most optimal position information among the entities belonging to the Particle Best are called Global Best. .

각 개체(600)는, 개별적으로 동작하기 때문에, 벡터로서 방향과 이동속도를 지닐 수 있으며, 이와 같은 특징을 Particle Velocity로 부를 수 있다. Particle Velocity는 다음 수학식 4로 나타낼 수 있다.Since each object 600 operates individually, it can have a direction and a moving speed as a vector, and this feature can be called Particle Velocity. Particle Velocity can be represented by the following equation (4).

Figure 112011062765349-pat00005
Figure 112011062765349-pat00005

수학식 4에서, vjk(t)는 각 particle의 이동속도와 방향을 나타내는 벡터이며, 직전 vjk 값과 후술할 수학식 5로 계산될 수 있는 관성하중 w(t)의 곱과, 각각의 최적 값에 대한 기록들을 랜덤으로 반영하여 새로운 값을 생성하게 된다. 여기서, pbest는 particle best를 gbest는 global best를 나타내고, r1, r2는 랜덤 비율을 결정하는 변수로서 0-1까지의 랜덤 변화 값을 나타내며, c1, c2는 연구를 통한 임의의 설정 값으로서, 본 실시예에서는 대부분 2.0으로 고정시킬 수 있다.
In Equation 4, v jk (t) is a vector representing the movement speed and direction of each particle, and the product of the previous v jk value and the inertia load w (t) which can be calculated by Equation 5 to be described later, The new values are generated by randomly reflecting the records of the optimum values. Here, pbest represents the particle best, gbest represents the global best, r 1 and r 2 are variables that determine the random ratio, and random change values from 0 to 1 , and c 1 and c 2 represent random settings through research. As a value, most of the embodiments can be fixed to 2.0.

Particle Velocity의 값이 클 경우 각 개체(600)는 빠른 속도로 이동함에 따라 최적의 해를 지나칠 가능성이 있다. 반면, Particle velocity의 값이 너무 작을 경우, 최적의 해를 찾는데 많은 시간을 소요할 수 있다. 따라서 Particle Velocity의 경우 전체 집단(601) 크기의 10~20%로 제한할 수 있다. 더 나아가, 관성하중은 세대수 증가에 따라 Particle Velocity를 조절할 수 있다. 상기 관성하중은 다음 수학식 5로 나타낼 수 있다.If the particle velocity is large, each object 600 may move at a high speed, thus passing the optimal solution. On the other hand, if the value of the particle velocity is too small, it may take a long time to find the optimal solution. Therefore, the particle velocity can be limited to 10-20% of the size of the entire population (601). Furthermore, the inertial load can adjust the particle velocity as the number of generations increases. The inertial load can be expressed by the following Equation 5.

Figure 112011062765349-pat00006
Figure 112011062765349-pat00006

수학식 5에서의 w(t)는, 상기 수학식 4에서의 w(t)를 나타내며, 관성하중의 최댓값(wmax)은 0.9, 최솟값(wmin)은 0.4로 설정할 수 있다.
W (t) in equation (5) represents w (t) in equation (4), and the maximum value w max of the inertial load can be set to 0.9 and the minimum value w min to 0.4.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 상기 단계 S200에서 구축된 모델들의 성능을 평가한 그래프들을 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 사용되는, 상기 단계 S200에서 구축된 모델들의 성능은, 1차 하수처리 시스템 모델의 성능 평가(700) 및 2차 하수처리 시스템 모델의 성능 평가(701)로 구분되어 평가되었다.
8 is a graph evaluating the performance of the models constructed in step S200, used in a simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention. Figure is shown. As shown in Figure 8, the performance of the models built in step S200, used in the simulation method for controlling the active sludge treatment method using a polynomial based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention Was evaluated by dividing the performance evaluation 700 of the primary sewage treatment system model and the performance evaluation 701 of the secondary sewage treatment system model.

1차 하수처리 시스템 모델의 성능 평가(700)는, 하수처리장의 활성오니 공정에 유입되는 물의 양과 수질이 고정되어 있을 시 추출할 수 있는 데이터로 학습시킨 신경회로망 구조를 토대로 구축된 모델의 성능을 평가하였다. 2차 하수처리 시스템 모델의 성능 평가(701)는, 하수처리장의 활성오니 공정에 유입되는 물의 양과 수질이 변화할 시 추출할 수 있는 데이터로 학습시킨 신경회로망 구조를 토대로 구축된 모델의 성능을 평가하였다. 도 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 각각의 모델은 두 개의 그래프들을 통하여 성능이 평가될 수 있다. 각각의 모델의 좌측에 위치한 그래프들은, Training Data(학습을 위한 데이터)를 이용하여 학습시킨 신경회로망 구조를 토대로 구축된 모델의 성능을 나타낼 수 있으며, 우측에 위치한 그래프들은 Test Data(평가용 데이터)를 이용하여 각각의 모델의 성능을 평가할 수 있다. 각각의 그래프는 총 두 가지 선들을 포함할 수 있으며, 하나의 선은 Original Output을 나타냄으로써, 모델을 이용하기 전의 원래의 출력 값을 나타낼 수 있으며, 나머지 하나의 선은 Model Output을 나타냄으로써, 구축된 모델로부터의 출력 값을 나타낼 수 있다. 상기 그래프들은 Model Output의 선을 Original Output선에 비교하게 용이하게 해줌으로써, 사용자가 모델의 성능을 평가하는데 도움을 줄 수 있다. 서로 다른 출력 값들을 나타내는 두 선들은 다른 색상으로 구별될 수 있다.
The performance evaluation 700 of the primary sewage treatment system model is based on the performance of the model constructed on the basis of the neural network structure trained with data that can be extracted when the amount of water flowing into the activated sludge process of the sewage treatment plant and the water quality are fixed. Evaluated. The performance evaluation of the secondary sewage treatment system model (701) evaluates the performance of the model constructed based on the neural network structure trained with data that can be extracted when the amount of water flowing into the activated sludge process of the sewage treatment plant and the water quality change. It was. As can be seen in FIG. 8, each model can be evaluated for performance through two graphs. The graphs located on the left side of each model can represent the performance of the model constructed based on the neural network structure trained using Training Data, and the graphs on the right side show Test Data. We can evaluate the performance of each model using. Each graph can contain a total of two lines, one line representing the original output, the original output value before using the model, and the other line representing the model output. It can represent the output value from the model. The graphs can help the user evaluate the performance of the model by making it easier to compare the Model Output line to the Original Output line. Two lines representing different output values can be distinguished by different colors.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에서, 단계 S300의 세부 구성을 나타낸 흐름도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에서, 단계 S300은, 활성오니처리공법의 데이터를 모델에 적합하게 변경하는 단계(S310), 및 변경된 데이터를 모델에 적용시켜 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 하는 단계(S320)를 포함하여 구성될 수 있다.
9 is a flow chart showing the detailed configuration of step S300 in the simulating method for controlling the active sludge treatment method using a polynomial based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 9, in the simulating method for controlling the activated sludge treatment method using a polynomial based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention, step S300, the data of the active sludge treatment method It may include a step (S310) to suitably change the model, and the step (S320) to evaluate and simulate whether the legal threshold is achieved by applying the changed data to the model.

단계 S310은, 법적 기준치 달성 여부를 평가해야하는 활성오니처리공법의 데이터를, 단계 S200에서 구축된 모델에 적합하도록 변경한다. 본 단계에서는, 단계 S110에서와 같이, 활성오니처리공법에 영향을 주는 주요 인자들을 선택할 수 있으며, 주요 인자들을 선택하고 나면, 단계 S120에서와 같이, 선택된 주요 인자들을 이용하여 데이터를 추출할 수 있다. 이렇게 추출된 데이터는 법적 기준치 달성 여부를 평가해야하는 활성오니처리공법의 데이터로서, 단계 S200에서 구축된 모델에 입력될 수 있다.
In step S310, the data of the activated sludge treatment method for evaluating whether or not the legal standard value is achieved is changed to fit the model established in step S200. In this step, as in step S110, the main factors affecting the activated sludge treatment method can be selected, and after selecting the main factors, the data can be extracted using the selected main factors as in step S120. . The extracted data is data of an activated sludge treatment method to evaluate whether or not to achieve a legal standard value, and may be input to a model constructed in step S200.

단계 S320은, 단계 S310에서 변경된 데이터를 단계 S200에서 구축된 모델에 적용시켜 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 한다. 즉, 본 단계에서는, 단계 S200에서 구축된 모델에 평가대상 활성오니처리공법의 데이터를 입력하여 얻어지는 결괏값을 법적 기준치와 비교 분석함으로써, 기준치에 달성하는지를 평가한다. 본 단계에서 평가된 결과는, 사용자가 시각적으로 볼 수 있게 나타내질 수 있다. 더 나아가, 사용자가 입력된 데이터를 변경해 시뮬레이팅 할 수 있도록 함으로써, 변경된 데이터를 토대로 한 결과를 예측할 수 있도록 하며, 사용자는 예측된 결과에 따라 알맞은 조건들을 찾을 수 있다. 단계 S310에서 변경된 데이터를 단계 S200에서 구축된 모델에 적용시켜 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 하는 일예에 대해서는, 추후 도 10을 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
In step S320, the data changed in step S310 is applied to the model constructed in step S200 to evaluate and simulate whether the legal standard is achieved. That is, in this step, the result obtained by inputting the data of the evaluation target activated sludge treatment method into the model constructed in step S200 is compared with the legal reference value to evaluate whether the reference value is achieved. The results evaluated in this step can be presented to the user visually. Furthermore, by allowing the user to change and simulate input data, the user can predict the result based on the changed data, and the user can find suitable conditions according to the predicted result. An example of evaluating and simulating whether the legal threshold is achieved by applying the data changed in step S310 to the model constructed in step S200 will be described in detail later with reference to FIG. 10.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에서, 활성오니처리공법의 데이터의 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 하는 일례를 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에서, 활성오니처리공법의 데이터의 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 하는 일례를 도시한 도면은, 1차 하수처리 시스템의 법적 기준치 달성 여부 평가 및 시뮬레이팅(800) 및 2차 하수처리 시스템의 법적 기준치 달성 여부 평가 및 시뮬레이팅(801)을 포함하여 구성된다.
10 is a simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention, evaluating and simulating whether or not to achieve a legal standard value of data of an activated sludge treatment method. It is a figure which shows an example to do. As shown in Figure 10, in the simulating method for controlling the activated sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure according to an embodiment of the present invention, whether or not to achieve the legal standard value of the data of the activated sludge treatment method The diagram illustrating an example of evaluating and simulating a system includes evaluating and simulating the legal threshold of the primary sewage treatment system 800 and evaluating and simulating the legal threshold of the secondary sewage treatment system 801. It is configured by.

1차 하수처리 시스템의 법적 기준치 달성 여부 평가 및 시뮬레이팅(800)과 2차 하수처리 시스템의 법적 기준치 달성 여부 평가 및 시뮬레이팅(801)은, 각각 1차 하수처리 시스템의 모델과 2차 하수처리 시스템의 모델을 이용하여 법적 기준치 달성 여부를 평가하고 시뮬레이팅 한다. 도 10에서 확인할 수 있는 바와 같이, 각각의 모델을 이용한 각각의 하수처리 시스템의 법적 기준치 달성 여부 평가 및 시뮬레이팅은, 유입수, 조작량, 및 유출수의 세부 수치를 나타낼 수 있다. 각각의 모델은 데이터가 입력되면, 정해진 법적 기준치와 비교 분석 후, 입력된 데이터가 기준치를 달성했는지 시각적으로 보여줄 수 있다. 기준치 달성의 시각적 효과는 서로 다른 색상으로 나타낼 수 있다. 이와 같이 법적 기준치의 달성 여부를 시각적으로 평가해줌으로써, 사용자는 활성오니처리공법의 현 상태를 더욱 용이하게 지각할 수 있다. 뿐만 아니라, 유입수, 조작량, 유출수, 및 법적 기준치 등과 같은 데이터를 변경할 수 있게 함으로써, 사용자는 활성오니처리공법의 가상의 조건들로 시뮬레이팅 하여 법적 기준치와 비교하며 결과를 예측할 수 있다.
Evaluating and simulating the legal baseline of the primary sewage treatment system (800) and evaluating and simulating the legal baseline of the secondary sewage treatment system (801) are the models of the primary sewage treatment system and the secondary sewage treatment, respectively. The model of the system is used to assess and simulate the achievement of legal standards. As can be seen in FIG. 10, the evaluation and simulation of the achievement of the legal standard of each sewage treatment system using each model may represent detailed values of the influent, the operation amount, and the effluent. Each model may visually show whether the input data has achieved the baseline, after analyzing the data with a predetermined legal baseline after inputting the data. The visual effect of achieving the baseline can be expressed in different colors. By visually evaluating whether the legal standard is achieved, the user can more easily perceive the current state of the activated sludge treatment method. In addition, by allowing data such as influent, manipulated quantity, effluent, and legal thresholds to be changed, the user can simulate the virtual conditions of the activated sludge treatment method, compare the legal thresholds and predict the results.

이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics of the invention.

100: 혐기조 101: 무산소조
102: 호기조 1 103: 호기조 2
104: 종침 200: Temp
201: Airflow 202: Internal Recycle
203: Sludge Return 204: Was
300: 입력층 301: 은닉층
302: 출력층 400: 조건부
401: 결론부 402: 추론부
500: 전방향전파 501: 후방향전파
600: 개체 601: 군집
700: 1차 하수처리 시스템 모델의 성능 평가
701: 2차 하수처리 시스템 모델의 성능 평가
800: 1차 하수처리 시스템의 법적 기준치 달성 여부 평가 및 시뮬레이팅
801: 2차 하수처리 시스템의 법적 기준치 달성 여부 평가 및 시뮬레이팅
S100: 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경 회로망 구조를 학습시키는 단계
S110: 주요 인자들을 선택하는 단계
S120: 데이터를 추출하는 단계
S130: 데이터를 이용하여 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경 회로망 구조를 학습시키는 단계
S200: 학습이 된 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경 회로망 구조를 토대로 모델을 구축하는 단계
S300: 활성오니처리공법의 데이터의 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 하는 단계
S310: 활성오니처리공법의 데이터를 모델에 적합하게 변경하는 단계
S320: 변경된 데이터를 모델에 적용시켜 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 하는 단계
100: anaerobic tank 101: anaerobic tank
102: aerobic tank 1 103: aerobic tank 2
104: hand 200: Temp
201: Airflow 202: Internal Recycle
203: Sludge Return 204: Was
300: input layer 301: hidden layer
302: output layer 400: conditional
401: Conclusion 402: Inference
500: forward wave 501: backward wave
600: object 601: clustering
700: Performance Evaluation of the Primary Sewage Treatment System Model
701: performance evaluation of secondary sewage treatment system model
800: Evaluate and simulate the achievement of legal thresholds for primary sewage treatment systems
801: Evaluate and simulate the achievement of legal thresholds for secondary sewage treatment systems
S100: Learning polynomial based radial basis function neural network structure
S110: selecting key factors
S120: Step of Extracting Data
S130: Learning polynomial based radial basis function neural network structure using data
S200: Constructing a model based on trained polynomial based radial basis function neural network structure
S300: step of evaluating and simulating whether or not to achieve the legal standard of the data of the activated sludge treatment method
S310: changing the data of the activated sludge treatment method to the model
S320: Evaluating and simulating whether the legal standard is achieved by applying the changed data to the model

Claims (5)

다항식 기반 방사형 기저 함수 신경 회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법에 있어서,
(1) 신경 회로망 구조 학습을 위한 데이터를 이용하여 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경 회로망 구조를 학습시키는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 학습된 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경 회로망 구조를 토대로 모델을 구축하는 단계; 및
(3) 방류 수질의 법적 기준치 달성 여부를 평가해야하는 활성오니처리공법의 데이터를, 상기 단계 (2)에서 구축된 모델에 적용하여 상기 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경 회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법.
In the simulation method for controlling the active sludge treatment method using a polynomial based radial basis function neural network structure,
(1) learning a polynomial based radial basis function neural network structure using data for neural network structure learning;
(2) building a model based on the polynomial based radial basis function neural network structure learned in step (1); And
(3) evaluating and simulating whether or not the legal standard is achieved by applying the data of the activated sludge treatment method, which should be evaluated to achieve the legal standard of discharged water quality, to the model constructed in step (2). A simulation method for controlling an active sludge treatment method using a polynomial-based radial basis function neural network structure.
제1항에 있어서, 상기 단계 (1)은,
활성오니처리공법에 영향을 주는 주요 인자들을 선택하는 단계;
상기 선택된 주요 인자들을 이용하여 데이터를 추출하는 단계; 및
상기 추출된 데이터를 이용하여 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경 회로망 구조를 학습시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경 회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법.
2. The method of claim 1, wherein the step (1)
Selecting major factors affecting the activated sludge treatment method;
Extracting data using the selected main factors; And
And training a polynomial-based radial basis function neural network structure using the extracted data.
제1항에 있어서, 상기 단계 (1)은,
오류역전파 알고리즘을 이용하여, 상기 신경 회로망 구조의 다항식 연결 가중치 w=f(x)를 학습시킴으로써, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경 회로망 구조를 학습시키는 것을 특징으로 하는, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경 회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법.
2. The method of claim 1, wherein the step (1)
The polynomial based radial basis function neural network structure is characterized by learning a polynomial based radial basis function neural network structure by learning a polynomial connection weight w = f (x) of the neural network structure using an error backpropagation algorithm. Simulating method for controlling the activated sludge treatment method.
제1항에 있어서, 상기 단계 (1)은,
입자군집최적화를 이용하여, 각 개체의 개별적 동작인 개체벡터를 전체 집단 크기의 10~20%로 제한하고, 세대수 증가에 따라 상기 개체벡터를 조절해주는 관성하중의 최댓값과 최솟값을 각각 0.9 및 0.4로 설정함으로써, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경 회로망 구조를 학습시키는 것을 특징으로 하는, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경 회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법.
2. The method of claim 1, wherein the step (1)
Using particle group optimization, the individual vector, which is the individual behavior of each individual, is limited to 10-20% of the total population size, and the maximum and minimum inertia loads that control the individual vector as the number of generations increase to 0.9 and 0.4, respectively. And a polynomial based radial basis function neural network structure to control the activated sludge treatment method using the polynomial based radial basis function neural network structure.
제1항에 있어서, 상기 단계 (3)은,
법적 기준치 달성 여부를 평가해야하는 활성오니처리공법의 데이터를, 상기 단계 (2)에서 구축된 모델에 적합하도록 변경하는 단계; 및
상기 변경된 데이터를 상기 단계 (2)에서 구축된 모델에 적용시켜 법적 기준치 달성 여부를 평가 및 시뮬레이팅 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다항식 기반 방사형 기저 함수 신경 회로망 구조를 이용하여 활성오니처리공법을 제어하는 시뮬레이팅 방법.
2. The method of claim 1, wherein step (3)
Changing the data of the activated sludge treatment method, which should evaluate whether or not the legal standard is achieved, to conform to the model established in the step (2); And
Applying the changed data to the model constructed in step (2) to evaluate and simulate whether or not to achieve a legal standard value. The activated sludge treatment method using a polynomial based radial basis function neural network structure Simulating method to control.
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CN117105502A (en) * 2023-10-23 2023-11-24 威海华友节能科技有限公司 Self-adaptive sludge treatment control system and control method based on machine learning

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