本發(fā)明創(chuàng)造涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可有效監(jiān)控的城市污水處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

相關(guān)技術(shù)中，城市污水處理系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備基本上采用分散獨(dú)立的傳統(tǒng)繼保裝置，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，大都是由廠家自己編寫(xiě)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)程序。雖然這些驅(qū)動(dòng)程序可以針對(duì)其專(zhuān)門(mén)的硬件進(jìn)行最優(yōu)化讀取，但如果需要集成不同廠家的硬件時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生不同軟硬件之間的數(shù)據(jù)沖突；而且在污水處理過(guò)程中會(huì)用到大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備，維護(hù)量大，也不利于整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控、調(diào)度和集中管理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可有效監(jiān)控的城市污水處理系統(tǒng)。

本發(fā)明創(chuàng)造的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種可有效監(jiān)控的城市污水處理系統(tǒng)，包括一級(jí)污水處理子系統(tǒng)和二級(jí)污水處理子系統(tǒng)，還包括與一級(jí)污水處理子系統(tǒng)和二級(jí)污水處理子系統(tǒng)連接的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，與污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)連接的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)子系統(tǒng)以及與數(shù)據(jù)傳送服務(wù)子系統(tǒng)連接的污水監(jiān)測(cè)客戶(hù)端。

本發(fā)明創(chuàng)造的有益效果：設(shè)置污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳送服務(wù)子系統(tǒng)以及污水監(jiān)測(cè)客戶(hù)端，降低了系統(tǒng)造價(jià)，保證了通信網(wǎng)絡(luò)良好的兼容性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了不同廠商設(shè)備的無(wú)縫集成；同時(shí)保證了通信的快速性，并為生產(chǎn)工藝的進(jìn)一步改進(jìn)提供了方便，降低了生產(chǎn)和維護(hù)成本。

附圖說(shuō)明

利用附圖對(duì)發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是數(shù)據(jù)傳送服務(wù)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

一級(jí)污水處理子系統(tǒng)1、二級(jí)污水處理子系統(tǒng)2、污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)3、數(shù)據(jù)傳送服務(wù)子系統(tǒng)4、污水監(jiān)測(cè)客戶(hù)端5、數(shù)據(jù)修正模塊31、濾波處理模塊32、數(shù)據(jù)壓縮模塊33、數(shù)據(jù)傳送模塊34。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參見(jiàn)圖1、圖2，本實(shí)施例的一種可有效監(jiān)控的城市污水處理系統(tǒng)，包括一級(jí)污水處理子系統(tǒng)1和二級(jí)污水處理子系統(tǒng)2，還包括與一級(jí)污水處理子系統(tǒng)1和二級(jí)污水處理子系統(tǒng)2連接的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)3，與污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)3連接的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)子系統(tǒng)4以及與數(shù)據(jù)傳送服務(wù)子系統(tǒng)4連接的污水監(jiān)測(cè)客戶(hù)端5。

優(yōu)選的，所述一級(jí)污水處理子系統(tǒng)1包括依次連接的沉砂池、配水井、CASS反應(yīng)池和接觸池。

優(yōu)選的，所述二級(jí)污水處理子系統(tǒng)2包括與沉砂池連接的砂水分離器，與CASS反應(yīng)池連接的存儲(chǔ)池，以及與存儲(chǔ)池連接的污泥脫水間。

本發(fā)明上述實(shí)施例設(shè)置污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)3、數(shù)據(jù)傳送服務(wù)子系統(tǒng)4以及污水監(jiān)測(cè)客戶(hù)端5，降低了系統(tǒng)造價(jià)，保證了通信網(wǎng)絡(luò)良好的兼容性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了不同廠商設(shè)備的無(wú)縫集成；同時(shí)保證了通信的快速性，并為生產(chǎn)工藝的進(jìn)一步改進(jìn)提供了方便，降低了生產(chǎn)和維護(hù)成本。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳送服務(wù)子系統(tǒng)4包括數(shù)據(jù)修正模塊31、濾波處理模塊32、數(shù)據(jù)壓縮模塊33、數(shù)據(jù)傳送模塊34，其中：

所述數(shù)據(jù)修正模塊31用于對(duì)污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)3采集的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，從而消除環(huán)境因素對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響，包括對(duì)采集時(shí)受到溫度影響的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正處理，并對(duì)傳感器異常數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)；

所述濾波處理模塊32用于對(duì)污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，從而實(shí)現(xiàn)選擇性地發(fā)送污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)至無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的簇頭；

所述數(shù)據(jù)壓縮模塊33用于采用改進(jìn)的主成分分析算法對(duì)簇頭的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理；

所述數(shù)據(jù)傳送模塊34用于根據(jù)預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議將簇頭的壓縮數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)1。

本優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建了數(shù)據(jù)傳送服務(wù)子系統(tǒng)4，實(shí)現(xiàn)了污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效處理和傳輸，保證數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)1能夠?qū)崟r(shí)對(duì)污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

優(yōu)選的，所述對(duì)采集時(shí)受到溫度影響的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正處理的修正公式為：

式中，ρ為修正后的數(shù)據(jù)，ρ′為修正前的原始數(shù)據(jù)，T₀為傳感器使用標(biāo)準(zhǔn)溫度，T為傳感器使用時(shí)實(shí)際環(huán)境溫度；

其中，所述對(duì)傳感器異常數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，包括：設(shè)傳感器的采樣速率為Z，則傳感器獲取連續(xù)i個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)所需的時(shí)間采樣過(guò)程中當(dāng)獲取i個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)所需時(shí)間為V′，設(shè)時(shí)間門(mén)限下限值為0.95V，時(shí)間門(mén)限上限值為2.05V，當(dāng)V′<0.95V或V′>2.05V時(shí)，數(shù)據(jù)發(fā)生異常，對(duì)落入時(shí)間門(mén)限下限值或時(shí)間門(mén)限上限值外的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除。

作為另一優(yōu)選實(shí)施例，所述對(duì)傳感器異常數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，包括：設(shè)傳感器某時(shí)刻采樣數(shù)據(jù)為選取該時(shí)刻前后各五個(gè)采樣數(shù)據(jù)作為窗口，求取窗口內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值去掉窗口內(nèi)數(shù)據(jù)再次求取窗口內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值若采樣數(shù)據(jù)滿(mǎn)足下列判定公式，則該采樣數(shù)據(jù)判定為異常，數(shù)據(jù)修正模塊31進(jìn)一步剔除該異常的數(shù)據(jù)：

上述優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)修正模塊31，通過(guò)對(duì)采集的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正、檢測(cè)，進(jìn)一步提高了交通燈控制的精度。

優(yōu)選地，所述對(duì)污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，具體包括：

(1)去除沒(méi)有落入傳感器讀數(shù)的有效范圍內(nèi)的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

(2)對(duì)剩余的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)A在時(shí)刻k采集的數(shù)據(jù)樣本為y(θ)，對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)A和所述簇頭采用相同參數(shù)的改進(jìn)的LMS預(yù)測(cè)算法得到y(tǒng)(θ)的預(yù)測(cè)值D(θ)，設(shè)定只有滿(mǎn)足下列判定函數(shù)時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)A發(fā)送y(θ)給簇頭，否則將y(θ)丟棄：

式中，E(θ)為時(shí)刻k的期望值，D(θ)為由所述改進(jìn)的預(yù)測(cè)算法得到的預(yù)測(cè)值，T_y為設(shè)定的誤差閾值；

(3)設(shè)定所述簇頭判斷是否滿(mǎn)足上述判定函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)為在給定的一個(gè)時(shí)間間隔ω內(nèi)是否收到來(lái)自傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)樣本y(k)(k)，ω的取值范圍設(shè)定為[2s,4s]；

其中所述改進(jìn)的LMS預(yù)測(cè)算法為：

(1)定義Y(k)為傳感器節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的一個(gè)由θ-α?xí)r刻到θ-1時(shí)刻的數(shù)據(jù)流，Y(k)＝[x(θ-1),…,x(θ-α)]^T，計(jì)算預(yù)測(cè)值D(θ)：

D(θ)＝F(θ)^T·Y(k)^T

式中，F(xiàn)(θ)＝j(luò)₁(θ),j₂(θ),…,j_α(θ)，其中j₁(θ),j₂(θ),…,j_α(θ)分別為時(shí)刻k時(shí)對(duì)應(yīng)于(θ-1),…,x(θ-α)的權(quán)值系數(shù)；

(2)設(shè)定權(quán)值更新公式為：

式中，B⁺為Y(k)Y^T(k)的Moore-Penrose廣義逆。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置濾波處理模塊32，對(duì)由信息采集處理子系統(tǒng)2的各傳感器節(jié)點(diǎn)采集的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，從而實(shí)現(xiàn)選擇性地發(fā)送污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)至無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的簇頭，減少了數(shù)據(jù)從傳感器節(jié)點(diǎn)到簇頭的發(fā)送量，進(jìn)一步降低了數(shù)據(jù)傳送服務(wù)子系統(tǒng)4中無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗。

優(yōu)選的，還可以在濾波處理模塊32和數(shù)據(jù)壓縮模塊33之間設(shè)置數(shù)據(jù)保護(hù)模塊，所述數(shù)據(jù)保護(hù)模塊用于對(duì)可以發(fā)送至無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的簇頭的數(shù)據(jù)進(jìn)行部分加密后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)，具體為：

設(shè)可以發(fā)送至無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的簇頭的數(shù)據(jù)為H_i(i＝1,2,…n)，隨即選取H_i的子集H_j(j＝1,2,…m)作為特殊數(shù)據(jù)，其中m<n，此時(shí)數(shù)據(jù)劃分為H_j和H_i-H_j兩部分，在數(shù)據(jù)發(fā)送前，對(duì)H_j部分的數(shù)據(jù)按照預(yù)先設(shè)定的加密方式進(jìn)行加密處理并標(biāo)記后，再將加密后H_j和未加密的H_i-H_j兩部分?jǐn)?shù)據(jù)以及包含標(biāo)記信息的文本傳送至數(shù)據(jù)壓縮處理模塊。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)保護(hù)模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)。

優(yōu)選的，所述改進(jìn)的主成分分析算法具體包括：

(1)采用K-means聚類(lèi)算法對(duì)簇頭的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)，獲得多個(gè)不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)集；

(2)設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)集K＝[θ₁,θ₂,…,θ_m]^T∈R^P×N，其中P表示離散的時(shí)間域，N表示在該數(shù)據(jù)集內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，則K的列向量表示在一個(gè)常規(guī)時(shí)間域P內(nèi)從每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)I(1≤I≤P)處獲得的原始數(shù)據(jù)；

(3)對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行中心化處理，得到一個(gè)新的數(shù)據(jù)矩陣Z_NEW：

(4)計(jì)算N×N的協(xié)方差矩陣D，并將D中的單位特征向量按照對(duì)應(yīng)的特征值大小由高到低排列組成N×N的矩陣Γ：

(5)計(jì)算主成分矩陣G：

G＝Z_NEW×Γ

(6)計(jì)算前ω(ω<N)個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率：

式中，V_i為由高到低排列的第i個(gè)特征值；

(7)最終獲得數(shù)據(jù)集維度為ω的數(shù)據(jù)集。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)壓縮模塊33，采用改進(jìn)的主成分分析算法對(duì)簇頭的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，提高了數(shù)據(jù)傳送服務(wù)子系統(tǒng)4中數(shù)據(jù)壓縮處理的速度，且在滿(mǎn)足污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度的同時(shí)，依據(jù)污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的冗余程度，降低了簇頭和終端之間的數(shù)據(jù)通信量，從而減少了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)通信負(fù)載，進(jìn)一步提高污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送的精度和速度。

優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為：

所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)1在某單位時(shí)間段[0,t]接收來(lái)自簇頭I的對(duì)應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)的數(shù)量Ο(I,t)需滿(mǎn)足下列度量條件：

式中，σ_i為設(shè)定的簇頭I的表征其第i個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)重要程度的權(quán)值，M_I為簇頭I內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，T_H為設(shè)定的度量閾值。

本優(yōu)選實(shí)施例能夠?qū)崿F(xiàn)從較為重要的簇頭中接收較多的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，保證了污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男实耐瑫r(shí)，提高了污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓叫浴?/p>

基于上述實(shí)施例，發(fā)明人進(jìn)行了一系列測(cè)試，以下是進(jìn)行測(cè)試得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。