一种数字孪生水厂的污水监测控制方法和存储介质与流程

本发明涉及数字孪生水厂，具体地说涉及一种数字孪生水厂的污水监测控制方法和存储介质。

背景技术：

1、数字孪生水厂应用是基于数字孪生技术，构建实景三维流域，对流域全景、全要素态势进行精细化复现，支持整合水利各部门现有信息系统的数据资源，结合数字孪生场景与动态仿真推演能力，融合5g、大数据、云计算、ai、融合通信等前沿技术应用，将信息、技术、设备与水利管理需求有机结合，覆盖流域总览、流域防洪监测、水库监测、水利调度、智慧水务、河湖巡检等多个业务领域，并提供数据分析、对象管理、对象剖分、设备控制、实时告警管理、虚拟漫游等丰富功能，全面赋能用户业务应用，有效提升水利跨部门决策和资源协调效率。

2、当前，为了保证污水处理过程中出水水质达标排放，并且降低污水处理过程中的成本费用，如何结合数字孪生技术来实现污水处理过程中的优化控制是目前污水处理厂亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供的一种智能化、高效化的数字孪生水厂的污水监测控制方法和存储介质，可至少解决上述技术问题之一。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种数字孪生水厂的污水监测控制方法，包括以下步骤：

3、s1：建立水厂外立面的三维数字模型；

4、s2：建立水厂内部设备及管网的三维数字模型；

5、s3：实时采集并处理监测数据；

6、s4：调控污水碳源投加量；

7、s5：生成拟真加药控制模型；

8、s6：多变量仿真优化拟真加药控制模型，对应生成满足出水水质达标率的多个多目标优化模型参数，并选取满足能耗最低、药耗最低及达标率最稳定的最优模型；

9、s7：持续生产控制调优。

10、进一步地，所述步骤s1进一步包括：

11、s11：倾斜摄影数据建模；

12、s111：航拍采集影像数据和pos数据；

13、s112：预处理影像数据和pos数据，同步解算同步基站gps观测数据和机载pos数据，并根据解算后的pos数据，配合测区内已有的dem、dom数据，检查影像数据的各项参数；

14、s12：影像自动匹配建模；

15、s121：制作单体化三维模型，并对单体化三维模型进行自动纹理映射处理以及人工纹理检查；

16、s122：对单体化三维模型进行uv贴图，并导入虚幻引擎。

17、进一步地，所述步骤s3进一步包括：

18、s31：对多个指标数据进行实时监测采集，并传输入数据库；

19、s32：对监测获得的数据进行渲染处理、记录存储和展示呈现。

20、进一步地，所述步骤s4进一步包括：

21、s41：分设传感器：在缺氧池的出水口设置第一硝酸盐分析仪、第一亚硝酸盐测定仪、第一溶氧仪和第一流量计，在好氧池出水口设置第二硝酸盐分析仪、第二亚硝酸盐测定仪、第二溶氧仪和第二流量计；

22、s42：上传测量数据：各硝酸盐分析仪、亚硝酸盐测定仪、溶氧仪和流量计分别无线连接至计算机，计算机接收各传感器的实时测量数据；

23、s43：分析并调节碳源投加量：计算机内嵌的数据模型计算实时所需碳源投加量，并将计算结果同步反馈至pid控制器，由pid控制器调控泵的流量大小，进而控制碳源投加量，依据出水水质实时调节碳源投加量。

24、进一步地，所述步骤s5进一步包括：

25、s51：建立碳源投加量与出水水质之间的函数关系m＝λ1x1+λ2x2+···+λnxn，出水水质由多个跟踪设定值λ不定的变量x叠加构成；

26、s52：调整不同变量x的跟踪设定值λ，生成拟真加药控制模型。

27、进一步地，所述步骤s6进一步包括：

28、s61：采用ss-moea/d算法，算法的输入为多目标优化问题和算法终止条件，算法的输出为帕累托最优解{λ1，···，λn}以及相对应目标问题的函数值{f(λ1)，···，f(λn)}；

29、s62：依次选择由ss-moea/d算法计算得到的帕累托最优解集中的任意一组解作为拟真加药控制模型中不同变量的跟踪设定值，生成出水水质满足排放标准的各个多目标优化参数；

30、s63：比较每个解对应的当前时刻系统的能耗大小、药耗大小和出水水质达标程度，选择能耗最低、药耗最低及达标率最稳定的解为当前最满意的优化设定值，生成模型最优。

31、进一步地，所述步骤s7进一步包括：

32、s71：在污水处理过程中持续记录每组进水输入值、加药控制模型碳源投加量以及出水水质值；

33、s72：利用ss-moea/d算法持续训练加药控制模型的跟踪设定值，待拟真加药控制模型稳定后形成多个多目标优化模型参数，记录最优模型的优化设定值，以及当前对应的出水水质值；

34、s73：选取优化设定值用于生产，记录真实出水值与与模型出水值的差异，进入所述步骤s5，继续优化拟真加药控制模型，使模型生产值与实际生产值趋于一致；

35、s74：重复所述步骤s72，使加药控制模型现有条件下最优；

36、s75：保持持续的进水和出水，反复训练加药控制模型，直至得到稳定的优化设定值和出水水质值。

37、一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述监测控制方法的步骤。

38、本发明的有益效果体现在：

39、本发明中，通过预先内外建模的方式，搭建出水厂整体的三维数字模型，构成数字孪生水厂，实现对待测目标数据自动化和智能化的实时监测，完成数字孪生场景与动态仿真推演能力相互结合的交互目的，一方面，可以根据测量所得数据进行污水碳源投加量的调控，生成拟真加药控制模型，不仅摒弃了人工实地测量数据的传统方式，还无需人工校验碳源投加量，工作效率更高，另一方面，结合ss-moea/d算法从多变量的角度实现对拟真加药控制模型各参数的仿真优化，直至与现实中的生产情况协同一致，生成满足能耗最低、药耗最低以及出水水质达标率最稳定的最优模型，进一步的，将最优模型运用于实际污水处理中，在现实操作中反复比对训练大量进水输入参数和出水输出参数，实现持续生产控制调优。

技术特征：

1.一种数字孪生水厂的污水监测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的数字孪生水厂的污水监测控制方法，其特征在于，所述步骤s1进一步包括：

3.如权利要求1所述的数字孪生水厂的污水监测控制方法，其特征在于，所述步骤s3进一步包括：

4.如权利要求1所述的数字孪生水厂的污水监测控制方法，其特征在于，所述步骤s4进一步包括：

5.如权利要求1所述的数字孪生水厂的污水监测控制方法，其特征在于，所述步骤s5进一步包括：

6.如权利要求1所述的数字孪生水厂的污水监测控制方法，其特征在于，所述步骤s6进一步包括：

7.如权利要求1所述的数字孪生水厂的污水监测控制方法，其特征在于，所述步骤s7进一步包括：

8.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种数字孪生水厂的污水监测控制方法和存储介质，监测控制方法包括以下步骤：S1：建立水厂外立面的三维数字模型；S2：建立水厂内部设备及管网的三维数字模型；S3：实时采集并处理监测数据；S4：调控污水碳源投加量；S5：生成拟真加药控制模型；S6：多变量仿真优化拟真加药控制模型；S7：持续生产控制调优。本发明中，结合SS‑MOEA/D算法从多变量的角度实现对拟真加药控制模型各参数的仿真优化，直至与现实中的生产情况协同一致，生成满足能耗最低、药耗最低以及出水水质达标率最稳定的最优模型，将最优模型运用于实际污水处理中，在现实操作中反复比对训练大量进水输入参数和出水输出参数，实现持续生产控制调优。

技术研发人员：汤丁丁,江振华,陈骞,汪小东,张作旺,蒋治业,陈燕平,卢永强,赵皇,史诗乐,马彩凤,王媛,杜荏,刘春月,石克富,范巍,代涛
受保护的技术使用者：中建三局绿色产业投资有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15