一种基于卷积神经网络的牛粪固液化分离方法及系统与流程

本发明属于粪便处理技术领域，具体涉及一种基于卷积神经网络的牛粪固液化分离方法及系统。

背景技术：

奶牛在养殖时会产生大量的牛粪，对于潮湿的牛粪如果不进行固液分离的话，牛粪内很容易滋生一些细菌，从而污染环境，为解决此问题，所以人们发明了牛粪固液化分离机，经过牛粪固液化分离机处理后的牛粪既可进入沼气池制作沼气，还可直接作为果树、林木施肥和作为有机肥的原料。

但是现有技术牛粪固液化分离机在处理牛粪的过程中，不管牛粪的含水量的大小，牛粪固液化分离机的挤压时间和烘干时间都是始终不变的，导致不能充分发挥牛粪固液化分离机的处理能力，当牛粪的含水量高时经过牛粪固液化分离机分离产生牛粪渣干燥度不能满足储运要求，需要进行2次烘干操作，造成了大量人力物力的浪费。

因此，急需一种能够根据牛粪的含水量自动调整挤压和烘干时间以满足牛粪渣储运要求的干燥度牛粪固液化分离方法及系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够根据牛粪的含水量自动调整挤压和烘干时间以满足牛粪渣储运要求的干燥度牛粪固液化分离方法及系统，本发明采取了如下技术方案：

一种基于卷积神经网络的牛粪固液化分离方法，包括：

s10、基于卷积神经网络构建牛粪固液化分离网络模型；

s20、使用训练样本对所述牛粪固液化分离网络模型进行训练；

s30、将牛粪固液化分离装置运行的实时参数输入训练完成的牛粪固液化分离网络模型，由所述训练完成的牛粪固液化分离网络模型给出参数匹配方案，所述参数匹配方案为所述牛粪固液化分离装置运行的依据。

进一步地，所述牛粪固液化分离装置设置有进料区、挤压区、烘干区、出渣区和排液区；所述训练样本包括以下参数：进入所述进料区的牛粪质量、含水量和温度；所述挤压区的挤压时间、电机转速；进入所述烘干区的牛粪含水量和温度、烘干时间、烘干温度；所述出渣区的出渣量、出渣温度和含水量；所述排液区的排液量；所述牛粪固液化分离装置运行的实时参数与所述训练样本一致。

进一步地，所述牛粪固液化分离网络模型结构如图2所示。

进一步地，步骤s20中所述牛粪固液化分离网络模型的训练过程如下：

s21、获取所述训练样本中的参数，其中，所述训练样本中的参数是用于生成所述牛粪固液化分离网络模型给出参数匹配方案的依据；

s22、将所述训练样本中的参数中的每个参数输入所述牛粪固液化分离网络模型；

s23、所述牛粪固液化分离网络模型通过遗传算法选取各个参数之间的最佳匹配参数，形成参数匹配方案；

s24、所述牛粪固液化分离网络模型将所述参数匹配方案发送至所述牛粪固液化分离装置。

进一步地，所述进料区设置有测量牛粪进入质量的第一质量检测装置、测量牛粪含水量的第一含水量测试仪以及测量牛粪温度的第一温度传感器；所述烘干区内设置有测量待烘干的牛粪含水量的第二含水量测试仪、测量待烘干的牛粪温度的第二温度传感器以及测量烘干温度的第三温度传感器；所述出渣区设置有测量出渣量的第二质量检测装置、测量出渣温度的第四温度传感器和测量出渣含水量的第三含水量测试仪；所述排液区设置有测量排液量的第三质量检测装置。

进一步地，所述卷积神经网络包括输入层、卷积层、池化层，所述卷积层层数为16、卷积核大小为3*3的卷积层和层数为5的最大池化层。

进一步地，所述训练样本包括80％的训练样本和20％的测试训练样本。

一种基于卷积神经网络的牛粪固液化分离系统，包括：

数据采集模块，用于采集牛粪固液化分离装置运行的实时参数；

数据存储模块，与所述数据采集模块连接，用于存储所述数据采集模块采集的数据；

数据处理模块，与所述数据存储模块连接；所述数据处理模块为基于卷积神经网络的模型，用于根据所述数据存储模块存储的所述牛粪固液化分离装置运行的实时参数给出参数匹配方案；

训练模块，与所述数据处理模块、所述数据存储模块连接，用于将所述数据采集模块采集的实时参数通过遗传算法选取各个参数之间的最佳匹配参数，形成参数匹配方案上传至所述数据处理模块进行训练；

控制模块，与所述数据处理模块连接，用于下载训练完成的数据处理模块，实现所述牛粪固液化分离装置运行的实时参数的获取、训练和识别；

输入模块，与所述控制模块、所述数据存储模块连接，用于所述牛粪固液化分离装置运行的实时参数输入所述训练完成的数据处理模块；

显示模块，与所述控制模块连接，用于显示所述训练完成的数据处理模块给出的运行参数；

牛粪固液化分离装置，用于牛粪的固液化分离。

进一步地，所述牛粪固液化分离装置设置有进料区、挤压区、烘干区、出渣区和排液区；所述进料区设置有测量牛粪进入质量的第一质量检测装置、测量牛粪含水量的第一含水量测试仪以及测量牛粪温度的第一温度传感器；所述烘干区内设置有测量待烘干的牛粪含水量的第二含水量测试仪、测量待烘干的牛粪温度的第二温度传感器以及测量烘干温度的第三温度传感器；所述出渣区设置有测量出渣量的第二质量检测装置、测量出渣温度的第四温度传感器和测量出渣含水量的第三含水量测试仪；所述排液区设置有测量排液量的第三质量检测装置。

有益效果：

本发明提供了一种基于卷积神经网络的牛粪固液化分离方法及系统，能够根据牛粪固液化分离装置运行的实时参数即牛粪的含水量、牛粪温度等参数自动调整挤压和烘干时间、烘干温度等来满足牛粪渣干燥度要求。同时，牛粪固液化分离网络模型根据牛粪固液化分离装置运行的实时参数，给出牛粪固液化分离装置运行的最佳参数，使牛粪固液化分离装置的分离效能达到最优，以满足储运要求，节省了大量的人力物力。

附图说明

图1一种基于卷积神经网络的牛粪固液化分离系统流程图

图2牛粪固液化分离网络模型模型示意图

图3一种基于卷积神经网络的牛粪固液化分离系统构成图

其中，1、牛粪固液化分离装置；11、进料区；12、挤压区；13、烘干区；14、出渣区；15；排液区；2、数据采集模块；3、数据存储模块；4、数据处理模块；5、训练模块；6、输入模块；7、控制模块；8、显示模块。

具体实施方式

实施例1

一种基于卷积神经网络的牛粪固液化分离方法，包括：

s10、基于卷积神经网络构建牛粪固液化分离网络模型；牛粪固液化分离网络模型结构如图2所示。

卷积神经网络包括输入层、卷积层、池化层，卷积层层数为16、卷积核大小为3*3的卷积层和层数为5的最大池化层。

s20、使用训练样本对牛粪固液化分离网络模型进行训练；训练样本包括80％的训练样本和20％的测试训练样本。

牛粪固液化分离网络模型的训练过程如下：

s21、获取训练样本中的参数，其中，训练样本中的参数是用于生成牛粪固液化分离网络模型给出参数匹配方案的依据；

s22、将训练样本中的参数中的每个参数输入牛粪固液化分离网络模型；

s23、牛粪固液化分离网络模型通过遗传算法选取各个参数之间的最佳匹配参数，形成参数匹配方案；

s24、牛粪固液化分离网络模型将参数匹配方案发送至牛粪固液化分离装置。

s30、将牛粪固液化分离装置运行的实时参数输入训练完成的牛粪固液化分离网络模型，由训练完成的牛粪固液化分离网络模型给出参数匹配方案，参数匹配方案为牛粪固液化分离装置运行的依据。

其中，牛粪固液化分离装置设置有进料区、挤压区、烘干区、出渣区和排液区；训练样本包括以下参数：进入进料区的牛粪质量、含水量和温度；挤压区的挤压时间、电机转速；进入烘干区的牛粪含水量和温度、烘干时间、烘干温度；出渣区的出渣量、出渣温度、含水量；排液区的排液量；牛粪固液化分离装置运行的实时参数与训练样本一致。

进料区设置有测量牛粪进入质量的第一质量检测装置、测量牛粪含水量的第一含水量测试仪以及测量牛粪温度的第一温度传感器；烘干区内设置有测量待烘干的牛粪含水量的第二含水量测试仪、测量待烘干的牛粪温度的第二温度传感器以及测量烘干温度的第三温度传感器；出渣区设置有测量出渣量的第二质量检测装置、测量出渣温度的第四温度传感器和测量出渣含水量的第三含水量测试仪；排液区设置有测量排液量的第三质量检测装置。

实施例2

一种基于卷积神经网络的牛粪固液化分离系统，包括：

数据采集模块2，用于采集牛粪固液化分离装置运行的实时参数；

数据存储模块3，与数据采集模块2连接，用于存储数据采集模块2采集的数据；

数据处理模块4，与数据存储模块3连接；数据处理模块4为基于卷积神经网络的模型，用于根据牛粪固液化分离装置运行的实时参数给出参数匹配方案；

训练模块5，与数据处理模块4、数据存储模块3连接，用于将数据采集模块2采集的实时参数通过遗传算法选取各个参数之间的最佳匹配参数，形成参数匹配方案上传至数据处理模块4进行训练；

控制模块7，与数据处理模块4连接，用于下载训练完成的数据处理模块4，实现牛粪固液化分离装置运行的实时参数的获取、训练和识别；

输入模块6，与控制模块7、数据存储模块3连接，用于牛粪固液化分离装置运行的实时参数输入训练完成的数据处理模块4；

显示模块8，与控制模块7连接，用于显示训练完成的数据处理模块4给出的运行参数；

牛粪固液化分离装置1，用于牛粪的固液化分离。

本实施例中，牛粪固液化分离装置1运行的实时参数包括以下参数：进入进料区的牛粪质量、含水量和温度；挤压区的挤压时间、电机转速；进入烘干区的牛粪含水量和温度、烘干时间、烘干温度；出渣区的出渣量、出渣温度和含水量；排液区的排液量。

其中，牛粪固液化分离装置设置有进料区11、挤压区12、烘干区13、出渣区14和排液区15；进料区11设置有测量牛粪进入质量的第一质量检测装置、测量牛粪含水量的第一含水量测试仪以及测量牛粪温度的第一温度传感器；烘干区13内设置有测量待烘干的牛粪含水量的第二含水量测试仪、测量待烘干的牛粪温度的第二温度传感器以及测量烘干温度的第三温度传感器；出渣区14设置有测量出渣量的第二质量检测装置、测量出渣温度的第四温度传感器和测量出渣含水量的第三含水量测试仪；排液区15设置有测量排液量的第三质量检测装置。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围的。