[发明专利]一种污水处理过程传感器优化布置方法、设备和介质

说明书

本发明公开了一种污水处理过程传感器优化布置方法、设备和介质，其中方法为：对污水处理过程建立系统有向图模型，定义传感器布局的决策变量矩阵；基于结构可观测性及冗余性准则，建立基于决策变量矩阵、考虑污水处理不同环节待测变量重要性的污水处理全流程传感器优化布置模型；采用离散多目标状态转移算法，求解污水处理全流程传感器优化布置模型得到最优解集；引入高效非支配排序策略和拥挤距离多样性保持策略保证最优解的有效性和分布性；基于腐蚀度和维护成本的评估策略，从最优解集中选择适于污水处理过程应用的唯一解。本发明技术对污水处理过程传感器的优化布置具有指导意义，进一步地为污水处理厂优化运行提供技术基础。

技术领域

本发明属于污水处理过程优化控制技术领域，具体涉及一种污水处理过程传感器优化布置方法、设备和介质。

背景技术

随着我国工业化、城市化进程的提速，水资源短缺与水环境污染之间的矛盾日益突出，已成为制约我国社会、经济可持续发展的突出问题之一。城市污水处理厂综合处理城市生活污水、工业废水和降雨径流等，是实现水资源综合利用和良性循环的一项战略举措。为了保证污水处理厂的安全性和可靠性，过程参数监测至关重要，这就促进了传感器的广泛应用，从而为污水处理厂的安全可靠运行提供技术基础。

城市污水处理过程中，为了实现优化控制、确保各项水质参数稳定达标，需要在污水处理全流程中安装大量检测仪表和传感器对参数进行全面监测。然而，一方面，污水处理过程是一个具有无限维自由度的分布参数系统，受检测环境、技术和成本等限制，对全厂进行全覆盖式检测是不现实的；另一方面，尽管污水处理厂具有数据丰富的特性，但是由于传感器安装或维护不当，收集的数据没有转化为有效可操作知识以进行系统优化，导致存储空间和投入资金的浪费。因此，对污水处理厂中传感器的安装位置、类型和数量进行优化具有极其重要的意义。

发明内容

本发明提供一种污水处理过程传感器优化布置方法、设备和介质，对污水处理过程全流程安装的传感器进行优化布置，实现传感器成本、过程参数信息丰富度和可靠性的多目标最优。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种污水处理过程传感器优化布置方法，包括：

步骤1：对污水处理过程建立系统有向图模型，定义传感器布局的决策变量矩阵；

步骤2：基于结构可观测性及冗余性准则，建立关于决策变量矩阵的污水处理全流程传感器优化布置模型；

步骤3，采用离散多目标状态转移算法，求解污水处理全流程传感器优化布置模型得到最优解集；引入高效非支配排序策略和拥挤距离多样性保持策略保证最优解的有效性和分布性；

步骤4，基于腐蚀度和维护成本的评估策略，从步骤3得到的最优解集中选择适于工业应用的唯一解。

进一步的，所述系统有向图模型包括若干节点和有向边，所述节点代表污水处理过程中的不同单元过程、流连接点和环境节点，所述有向边代表两端节点之间的流；所述决策变量矩阵的元素，表示各条流各待测变量是否布局传感器。

进一步的，步骤2建立的污水处理全流程传感器优化布置模型，为考虑了污水处理过程不同处理环节待测变量重要性的加权多目标优化模型，表示为：