一种可有效监控的城市污水处理系统的制作方法

本发明创造涉及污水处理技术领域，具体涉及一种可有效监控的城市污水处理系统。

背景技术：

相关技术中，城市污水处理系统的监控设备基本上采用分散独立的传统继保装置，对于现场设备数据的采集，大都是由厂家自己编写的专用驱动程序。虽然这些驱动程序可以针对其专门的硬件进行最优化读取，但如果需要集成不同厂家的硬件时，就会产生不同软硬件之间的数据冲突；而且在污水处理过程中会用到大量结构复杂的设备，维护量大，也不利于整个系统的监控、调度和集中管理。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种可有效监控的城市污水处理系统。

本发明创造的目的通过以下技术方案实现：

一种可有效监控的城市污水处理系统，包括一级污水处理子系统和二级污水处理子系统，还包括与一级污水处理子系统和二级污水处理子系统连接的污水监测数据采集子系统，与污水监测数据采集子系统连接的数据传送服务子系统以及与数据传送服务子系统连接的污水监测客户端。

本发明创造的有益效果：设置污水监测数据采集子系统、数据传送服务子系统以及污水监测客户端，降低了系统造价，保证了通信网络良好的兼容性和稳定性，实现了不同厂商设备的无缝集成；同时保证了通信的快速性，并为生产工艺的进一步改进提供了方便，降低了生产和维护成本。

附图说明

利用附图对发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明结构示意图；

图2是数据传送服务子系统的结构示意图。

附图标记：

一级污水处理子系统1、二级污水处理子系统2、污水监测数据采集子系统3、数据传送服务子系统4、污水监测客户端5、数据修正模块31、滤波处理模块32、数据压缩模块33、数据传送模块34。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，本实施例的一种可有效监控的城市污水处理系统，包括一级污水处理子系统1和二级污水处理子系统2，还包括与一级污水处理子系统1和二级污水处理子系统2连接的污水监测数据采集子系统3，与污水监测数据采集子系统3连接的数据传送服务子系统4以及与数据传送服务子系统4连接的污水监测客户端5。

优选的，所述一级污水处理子系统1包括依次连接的沉砂池、配水井、CASS反应池和接触池。

优选的，所述二级污水处理子系统2包括与沉砂池连接的砂水分离器，与CASS反应池连接的存储池，以及与存储池连接的污泥脱水间。

本发明上述实施例设置污水监测数据采集子系统3、数据传送服务子系统4以及污水监测客户端5，降低了系统造价，保证了通信网络良好的兼容性和稳定性，实现了不同厂商设备的无缝集成；同时保证了通信的快速性，并为生产工艺的进一步改进提供了方便，降低了生产和维护成本。

优选的，所述数据传送服务子系统4包括数据修正模块31、滤波处理模块32、数据压缩模块33、数据传送模块34，其中：

所述数据修正模块31用于对污水监测数据采集子系统3采集的污水监测数据进行修正，从而消除环境因素对数据采集的影响，包括对采集时受到温度影响的数据进行修正处理，并对传感器异常数据进行检测；

所述滤波处理模块32用于对污水监测数据进行滤波处理，从而实现选择性地发送污水监测数据至无线传感器网络的簇头；

所述数据压缩模块33用于采用改进的主成分分析算法对簇头的污水监测数据进行压缩处理；

所述数据传送模块34用于根据预设的数据传输协议将簇头的压缩数据传送至数据处理子系统1。

本优选实施例构建了数据传送服务子系统4，实现了污水监测数据的有效处理和传输，保证数据处理子系统1能够实时对污水监测数据进行分析处理。

优选的，所述对采集时受到温度影响的数据进行修正处理的修正公式为：

式中，ρ为修正后的数据，ρ′为修正前的原始数据，T₀为传感器使用标准温度，T为传感器使用时实际环境温度；

其中，所述对传感器异常数据进行检测，包括：设传感器的采样速率为Z，则传感器获取连续i个测量数据所需的时间采样过程中当获取i个测量数据所需时间为V′，设时间门限下限值为0.95V，时间门限上限值为2.05V，当V′<0.95V或V′>2.05V时，数据发生异常，对落入时间门限下限值或时间门限上限值外的数据进行剔除。

作为另一优选实施例，所述对传感器异常数据进行检测，包括：设传感器某时刻采样数据为选取该时刻前后各五个采样数据作为窗口，求取窗口内数据的平均值去掉窗口内数据再次求取窗口内数据的平均值若采样数据满足下列判定公式，则该采样数据判定为异常，数据修正模块31进一步剔除该异常的数据：

上述优选实施例设置数据修正模块31，通过对采集的污水监测数据进行修正、检测，进一步提高了交通灯控制的精度。

优选地，所述对污水监测数据进行滤波处理，具体包括：

(1)去除没有落入传感器读数的有效范围内的污水监测数据；

(2)对剩余的污水监测数据，设传感器节点A在时刻k采集的数据样本为y(θ)，对传感器节点A和所述簇头采用相同参数的改进的LMS预测算法得到y(θ)的预测值D(θ)，设定只有满足下列判定函数时传感器节点A发送y(θ)给簇头，否则将y(θ)丢弃：

式中，E(θ)为时刻k的期望值，D(θ)为由所述改进的预测算法得到的预测值，T_y为设定的误差阈值；

(3)设定所述簇头判断是否满足上述判定函数的标准为在给定的一个时间间隔ω内是否收到来自传感器节点的数据样本y(k)(k)，ω的取值范围设定为[2s,4s]；

其中所述改进的LMS预测算法为：

(1)定义Y(k)为传感器节点产生的一个由θ-α时刻到θ-1时刻的数据流，Y(k)＝[x(θ-1),…,x(θ-α)]^T，计算预测值D(θ)：

D(θ)＝F(θ)^T·Y(k)^T

式中，F(θ)＝j₁(θ),j₂(θ),…,j_α(θ)，其中j₁(θ),j₂(θ),…,j_α(θ)分别为时刻k时对应于(θ-1),…,x(θ-α)的权值系数；

(2)设定权值更新公式为：

式中，B⁺为Y(k)Y^T(k)的Moore-Penrose广义逆。

本优选实施例设置滤波处理模块32，对由信息采集处理子系统2的各传感器节点采集的污水监测数据进行滤波处理，从而实现选择性地发送污水监测数据至无线传感器网络的簇头，减少了数据从传感器节点到簇头的发送量，进一步降低了数据传送服务子系统4中无线传感器网络的能耗。

优选的，还可以在滤波处理模块32和数据压缩模块33之间设置数据保护模块，所述数据保护模块用于对可以发送至无线传感器网络的簇头的数据进行部分加密后再进行数据的发送，从而实现对数据的保护，具体为：

设可以发送至无线传感器网络的簇头的数据为H_i(i＝1,2,…n)，随即选取H_i的子集H_j(j＝1,2,…m)作为特殊数据，其中m<n，此时数据划分为H_j和H_i-H_j两部分，在数据发送前，对H_j部分的数据按照预先设定的加密方式进行加密处理并标记后，再将加密后H_j和未加密的H_i-H_j两部分数据以及包含标记信息的文本传送至数据压缩处理模块。

本优选实施例设置数据保护模块，可以实现对数据的保护。

优选的，所述改进的主成分分析算法具体包括：

(1)采用K-means聚类算法对簇头的污水监测数据进行聚类，获得多个不同类型的数据集；

(2)设一个数据集K＝[θ₁,θ₂,…,θ_m]^T∈R^P×N，其中P表示离散的时间域，N表示在该数据集内传感器节点的数量，则K的列向量表示在一个常规时间域P内从每个传感器节点I(1≤I≤P)处获得的原始数据；

(3)对数据集进行中心化处理，得到一个新的数据矩阵Z_NEW：

(4)计算N×N的协方差矩阵D，并将D中的单位特征向量按照对应的特征值大小由高到低排列组成N×N的矩阵Γ：

(5)计算主成分矩阵G：

G＝Z_NEW×Γ

(6)计算前ω(ω<N)个主成分的贡献率：

式中，V_i为由高到低排列的第i个特征值；

(7)最终获得数据集维度为ω的数据集。

本优选实施例设置数据压缩模块33，采用改进的主成分分析算法对簇头的污水监测数据进行压缩处理，提高了数据传送服务子系统4中数据压缩处理的速度，且在满足污水监测数据精度的同时，依据污水监测数据的冗余程度，降低了簇头和终端之间的数据通信量，从而减少了无线传感器网络内的数据通信负载，进一步提高污水监测数据传送的精度和速度。

优选的，所述预设的数据传输协议为：

所述数据处理子系统1在某单位时间段[0,t]接收来自簇头I的对应的压缩数据的数量Ο(I,t)需满足下列度量条件：

式中，σ_i为设定的簇头I的表征其第i个传感器节点的数据重要程度的权值，M_I为簇头I内传感器节点的总数，T_H为设定的度量阈值。

本优选实施例能够实现从较为重要的簇头中接收较多的污水监测数据，保证了污水监测数据传输的效率的同时，提高了污水监测数据传输的公平性。

基于上述实施例，发明人进行了一系列测试，以下是进行测试得到的实验数据：

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。