一种自动化药剂投加管理系统的制作方法

本发明涉及污水处理，具体为一种自动化药剂投加管理系统。

背景技术：

1、随着我国社会得出人工增加、城市化加快、工业的发展大量的水资源被不断的污染，排出大量的污水，对环境造成了巨大的危害，污水对于人类生活来说危害十分严重，首先，对于污水对于病菌来说是良好的生活环境，会大幅度滋生病菌，会引发疾病的传播，如霍乱、伤寒等疾病，其次，污水中也存在着大量的有害物质，可能会污染水源，对人们的生命和健康安全造成潜在的威胁，甚至会使得水生生物之间的生态平衡受到损失，破坏环境的可持续发展。

2、如今在对污水的治理过程中向污水中投加药剂也是常见的手段之一，向污水中投加药剂可以的作用主要有以下几点：1.去除污水中悬浮物，可以向污水中投入药剂使得水中悬浮物凝聚成较大的团簇，从而去除水中的悬浮物，2.去除水中的有机物，向污水中投加药剂可以刺激微生物的生长与繁殖，有助于有机物的分解，3.调节水的ph值，向水中投加药剂可以改变水体的ph值，使得有害物更加容易沉淀，降低有害物的毒性，4.消毒杀菌，向水中投加药剂可以起到消毒杀菌的作用，消除水中细菌、微生物，避免水质受到污染，在污水检测过程中对污水进行化学检测是检测水质情况的常用手段之一，但是常规的化学检测对经验依赖性高，需要检验人员具有一定的化学技能和知识储备，同时常规化学检测需要大量的准备步骤和实验步骤，需要消耗大量的时间，如何去自动判断水质情况，从而自动化向污水投加药剂去提高水质，目前来说没有一个较为有效的措施。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种自动化药剂投加管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种自动化药剂投加管理系统，管理系统包括污水采集模块、污水拍摄模块、水质分析模块、自动药剂投加模块；

3、污水采集模块，用于对将污水池划分为大小相同的若干个污水区域，将各个污水区域内的污水采集进污水容器中，从各个污水容器中随机选取若干个污水容器中作为实验污水容器；

4、污水拍摄模块，用于在不同拍摄环境下时候用工业相机对实验污水容器中污水进行拍摄，得到各个不同拍摄环境下对应的污水图像；计算各个污水图像对应的图像亮度值，获取图像亮度阈值，提取图像亮度值与图像亮度阈值最近的污水图像的拍摄环境，并记为污水最佳拍摄环境；

5、水质分析模块，用于在污水最佳拍摄环境下对各个污水区域对应污水容器进行拍摄，获得各个污水区域对应的水质图像；将水质图像与各个水质等级对应的水质标准图像进行图像相似度计算，选取图像相似度最高的水质标准图像对应的水质等级，记为水质图像对应的污水区域的水质等级；

6、自动药剂投加模块，用于对各个污水区域对应的污水池的水质情况进行评估，得到污水池的水质等级对应的预测药剂投加量；对污水池的各个污水容器中污水进行化学检测，得到污水池的水质等级对应标准药剂投加量；基于水质等级对应标准药剂投加量和预测药剂投加量，对各个水质等级对应的预测准确性进行评估，获取预测水质等级；当污水池被水质等级与预测水质等级相同时，使用预测药剂投加量作为污水池对应的药剂投加量，向污水池进行药剂自动投加。

7、进一步的，污水拍摄模块包括图像区域选取单元、最佳拍摄环境单元：

8、污水拍摄模块，用于对若干个污水池进行均匀划分，得到若干个污水池中大小相同的各个污水区域，将各个污水区域的污水采集进污水容器中，随机选取若干个污水容器中作为实验污水容器，使工业相机在不同拍摄环境下对实验污水容器中污水进行拍摄，得到各个不同拍摄环境下对应的污水图像；对各个污水图像进行分析，得到污水最佳拍摄环境；

9、图像区域选取单元，用于随机选取任一污水容器放入拍摄背景板进行拍摄，得到对应的水质图像，获取水质图像各个像素点对应的rgb值，将水质图像中像素点rgb都为255的记为背景像素点，对水质图像中像素点rgb不都为255进行背景像素点判断；对水质图像中被判定为背景像素点对应的像素点进行去除，将保留的像素点组成的图像记为目标物图像；

10、最佳拍摄环境单元，用于对实验污水容器工业相机在各个不同拍摄环境下对实验污水容器进行拍摄；拍摄环境包括拍摄角度、拍摄光线强度、拍摄距离；得到不同拍摄环境下对应的水质图像；对水质图像中背景像素点进行去除，得到目标物图像；对各个不同拍摄环境下的目标物图像进行评估，得到污水最佳拍摄环境。

11、进一步的，图像区域选取单元包括：

12、使用白色作为污水容器的拍摄背景板对应颜色，对实验污水容器进行拍摄，得到实验污水容器对应的水质图像，将拍摄的水质图像进行噪声滤波，获取噪声滤波后的水质图像各个像素的rgb值，将水质图像各个像素对应的rgb数值都分别为255的记为背景像素点；基于实验污水容器在水质图像中占的像素点个数，获取最大像素点数；以最大像素点数对应的像素点个数作为背景像素点距离半径，选取背景像素点的背景像素点距离半径内rgb数值不都为255的像素点，记为疑似背景像素点，获取疑似背景像素点rgb数值rgba＝(ra,ga,ba)，对疑似背景像素点计算背景相似值

13、

14、当疑似背景像素点的背景相似值大于背景概率阈值时，将疑似背景像素点记为背景像素点；当疑似背景像素点的背景相似值小于背景概率阈值时，将疑似背景像素点记为普通像素点；对水质图像中被判定为背景像素点对应的像素点进行去除，将保留的像素点组成的图像记为目标物图像。

15、进一步的，最佳拍摄环境单元包括：

16、使用不同拍摄光源对实验污水容器上投射灯光，同时在不同的拍摄距离下使用不同角度对实验污水容器内污水进行拍摄，得到各个不同拍摄环境对应的水质图像，对水质图像的疑似背景像素点计算背景相似值，当疑似背景像素点对应的背景相似值大于背景概率阈值时，将疑似背景像素点记为背景像素点，对水质图像中的背景像素点进行去除，得到目标图像；选取面积最小的正方形将目标图像进行覆盖，以目标图像对应的像素点大小，作为正方形对应像素点大小；随机从目标图像选取若干个像素点对应的rgb值；将正方形与目标图像不存在覆盖重叠的像素点记为空白像素点；计算空白像素点对应的空白像素点rgboc：

17、

18、其中，j为目标图像对应的像素点总个数；rgbi为目标图像随机选取的第i个像素点对应的rgb值；

19、基于正方形建立坐标系，将正方形的左下角第一个像素点作为原点，以原点正上方对应的正方形线记为y轴；以原点正右边对应的正方形线记为x轴，以一个像素点作为正方形对应的单位长度；当正方形中存在于目标图像的重叠像素点，将目标图像对应的像素点对应的rgb数值赋值给正方形重叠像素点对应的正方形像素点的rgb值rgbo＝(ro,go,bo)；计算目标图像对应正方形的图像亮度值r：

20、

21、其中，m为正方形中对应的像素点总个数；分别为正方形建立的坐标系中坐标为(x,y)像素点对应的rgb对应的数值；

22、获取图像亮度阈值rc，计算图像亮度值与图像亮度阈值的切合度当各个图像亮度值与图像亮度阈值的切合度对应数值各不相同时，选取切合度数值最大的图像亮度值对应的拍摄环境，记为污水最佳拍摄环境；当存在图像亮度值与图像亮度阈值的切合度对应数值相同时，选取拍摄光线强度最小对应的拍摄环境记为污水最佳拍摄环境；

23、上述步骤中使用目标图像对应正方形的图像亮度值对目标图像对应的拍摄环境进行判定，是因为在拍摄过程中不同拍摄环境会决定拍摄图像的质量，在不同的光线下，照片的色彩和照片的相似度都会发生变化，在一定范围内光线越明亮的环境下拍摄的照片的色彩饱和度会越高，光线越暗淡的环境下拍摄的照片则会显暗淡无光，不同的拍摄距离也会影响拍摄的清晰度，当存在图像亮度值与图像亮度阈值的切合度对应数值相同时，选取拍摄光线强度最小对应的拍摄环境记为污水最佳拍摄环境，是因为在光线强度越小对应灯光使用的光源就越小，消耗的电能就越小，计算图像亮度值与图像亮度阈值的切合度是因为对于图像亮度而言，图像亮度的大小对于图像的影响取决于图像的实际应用场景，所以图像亮度值与图像亮度阈值的切合度，作为判断条件。

24、进一步的，水质分析模块包括图像分析单元、相似度单元、水质分析单元；

25、图像分析单元，用于对在污水最佳拍摄环境下拍摄出各个污水区域对应的水质图像，对各个污水区域对应的水质图像，对其背景像素点进行判定，将被判定为背景像素点的相似度进行去除，获得目标物图像；

26、相似度单元，用于对任意水质标准图像与目标图像之间的相似度进行计算，选取图像相似度最大对应的水质标准图像记为目标水质标准图像；

27、水质分析单元，用于对将目标水质标准图像对应的水质等级记为目标图像对应的水质等级；对各个污水区域对应的水质图像进行相似度判断，获取各个污水区域对应的水质等级。

28、进一步的，图像分析单元包括：

29、在污水最佳拍摄环境下对各个污水区域的污水容器中的污水拍摄，得到各个污水区域对应的水质图像；获取水质图像中的疑似背景像素点；计算水质图像中疑似背景像素点与拍摄背景板中像素点之间的背景相似值，当疑似背景像素点的背景相似值大于背景概率阈值时，将疑似背景像素点记为背景像素点，将水质图像中判定为背景像素点的像素点进行去除，将剩余的像素点组成的图像记为目标物图像；从各个水质标准图像选取出任意水质标准图像，对任意水质标准图像的疑似背景像素点计算背景相似值，当疑似背景像素点的背景相似值大于背景概率阈值时，将疑似背景像素点记为背景像素点，将任意水质标准图像的背景像素点进行去除；获取目标图像各个像素点的rgb值rgbα＝(rα,gα,bα)；获取任意水质标准图像各个像素点对应的rgb值rgbβ＝(rβ,gβ,bβ)。

30、进一步的，相似度单元包括：

31、计算目标图像对应的亮度估量值uα：

32、

33、其中，rαc,gαc,bαc分别为目标图像rgbα中第c个像素点对应的rgb数值；v为目标图像中像素点总数；

34、计算任意水质标准图像对应的亮度估量值uβ：

35、

36、其中，rβb,gβb,bβb分别为任意水质标准图像rgbβ中第b个像素点对应的rgb数值；τ为任意水质标准图像中像素点总数；

37、计算目标图像对应的对比度值σα：

38、

39、其中，uα为目标图像对应的亮度估量值；

40、计算任意水质标准图像对应的对比度值σβ：

41、

42、其中，uβ为任意水质标准图像对应的亮度估量值；

43、基于目标图像对应的对比度值σα和任意水质标准图像对应的对比度值σβ，获取对比度值σα和对比度值σβ之间的协方差，并记为σαβ；基于目标图像对应的亮度估量值uα和任意水质标准图像对应亮度估量值uβ，获取亮度估量值uα和亮度估量值uβ之间的协方差，并记为uαβ；

44、计算任意水质标准图像和目标图像之间的图像相似度s：

45、

46、其中，a1为常数数值为a1＝(255x0.01)2＝6.5025；a2为常数数值为a2＝(255x0.03)2＝58.5225；

47、对目标图像与各个水质等级对应的水质标准图像计算对应图像相似度，选取图像相似度最大对应的水质标准图像记为目标水质标准图像。

48、进一步的，水质分析单元包括：

49、对若干污水池中的各个污水区域对应的污水容器分别进行拍摄，并去除背景像素点，获取目标图像，对若干污水池中的各个污水区域对应的目标图像分别计算与各个水质等级对应的水质标准图像进行相似度计算，将相似度最大的对应的水质等级对应的水质标准图像记为目标水质标准图像，获取目标水质标准图像对应的水质等级，将目标水质标准图像对应的水质等级记为对应污水区域对应的水质等级。

50、进一步的，自动药剂投加模块包括污水池分析单元、自动药剂投加单元；

51、污水池分析单元，用于根据污水池各个污水区域对应的水质等级，对污水池的整体水质污染程度进行判定，得到污水池的水质等级；

52、自动药剂投加单元，用于对调取所有污水池对应的历史水质污染化学检测记录；从数据水质污染化学检测记录中提取出污水池各个水质等级对应的药剂投加量；基于污水池水质等级，获取污水池对应的预测药剂投加量；对污水池的各个污水容器中污水进行化学检测，得到污水池对应标准药剂投加量；基于污水池对应标准药剂投加量和预测药剂投加量，对各个水质等级对应的预测准确性进行评估，获取预测水质等级；当污水池被水质等级与预测水质等级相同时，使用预测药剂投加量作为污水池对应的药剂投加量，向污水池进行药剂投加。

53、进一步的，自动药剂投加单元包括：

54、基于各个污水区域对应水质等级，对各个污水区域对应的污水池的水质情况进行评估，得到污水池对应的预测药剂投加量fa；将污水池的各个污水容器中污水进行化学检测，得到污水池对应标准药剂投加量fb；计算各个水质等级对应的预测药剂投加量和标准药剂投加量之间的差异值gf＝|fa-fb|；获取差异值阈值；获取各个水质等级对应的预测药剂投加量和标准药剂投加量之间的差异值小于差异阈值次数；获取各个水质等级对应的预测药剂投加量和标准药剂投加量之间的差异值平均值；当存在某一水质等级对应的差异值的平均值小于平均值阈值，同时对应的差异值小于差异值次数大于拟合次数阈值时，将水质等级记为预测水质等级；

55、在当前时段内使用预测水质等级对应预测药剂投加量代替标准药剂投加量，作为污水池对应的药剂投加量；污水池不为图像污水池时，使用标准药剂投加量，作为污水池对应的药剂投加量；对当前时段污水池对应的自动药剂投加设备中药剂量进行获取，将污水池当前时段对应药剂投加量与自动药剂投加设备中药剂量进行比对，当污水池当前时段自动药剂投加设备中药剂量小于污水池当前时段对应药剂投加量时，获取污水池中自动药剂投加设备坐标，并将计算需要添加药剂量，将污水池中自动药剂投加设备坐标和自动药剂投加设备需要添加药剂量发送给管理人员，提示管理人员对自动药剂投加设备的药剂进行添加，待管理人员对自动药剂投加设备添加药剂完毕，自动药剂投加设备对污水池投加相应剂量的药剂；当污水池当前时段自动药剂投加设备中药剂量大于等于污水池当前时段对应药剂投加量时，自动药剂投加设备对污水池投加相应剂量的药剂。

56、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明可以对污水池中的污水进行拍摄，对拍摄的污水图像进行分析，得到各个污水池不同污水区域的水质情况，基于不同区域的水质情况，对污水的水质进行自动化判断，智能化得到各个污水池对应的水质情况，并可以根据污水池的水质情况，得到污水池对应的药剂投加量，当污水池对应的自动药剂投加设备中剩余药剂投加量小于剩余，还能对管理人员进行提示，实现对药剂量自动预警和管理。