(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111599236.8 (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 成都蓉联高科 科技有限公司 地址 610000 四川省成 都市自由贸易试验 区成都市高新区府城大道西段399号 天府新谷7号楼C座6楼7号 (72)发明人 蒋宏扬　李淦　李亮　舒峰　 余洪征　蒋宇亮　 (74)专利代理 机构 泰和泰律师事务所 51219 代理人 谢执胜　邱剑宁 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于污水处理厂的大数据智能分析数 字管控平台 (57)摘要 本发明提供一种基于污水处理厂的大数据 智能分析数字管控平台， 能够解决机械设备系统 以及微生物系统模拟仿真、 生产运行优化的问 题。 对污水处理厂生产过程虚拟仿真， 建立动态 数学模型对污水处理厂的各种工艺过程中的微 生物生长、 繁殖、 衰减、 死亡过程和机械设备运行 及故障进行模拟， 求解模拟各工艺单元反应器的 流量与出水水质质量， 在一定时间范围内,通过 边界条件对所有组分的浓度方程与流量方程进 行时间的求导， 得到对应时间内每一组分的出水 浓度与出水流量。 本发明解决现有的污水处理厂 工艺调整过程繁琐且不易达到最优 结果， 不具备 实时按照来水污染物变化对运行工艺进行优化 的能力。 权利要求书5页 说明书12页 附图3页 CN 114297954 A 2022.04.08 CN 114297954 A 1.一种基于污水处理厂的大数据智能分析数字管控平台， 包括工艺仿真， 其特征在于， 包括： 污水处理厂数据管理模块， 用于对现场设备及传感器数据进行采集， 然后通过对数据 进行重新审查和校验的过程， 删除重复信息、 纠正存在的错误， 利用如数理统计、 数据挖掘 或预定义的清理规则将脏数据转 化为满足数据质量要求的数据； 污水处理厂生产过程虚拟仿真模块， 建立动态数学模型对污水处理厂的各种工艺过程 和构造进行模拟， 将每个反应器看成n个完全混合反应器进 行编程， 按照流量的物料平衡即 实际进水量等于出水流量， 与质量平衡即变化量＝输入量 ‑输出量+反应量， 求解模拟各反 应器的出水流量与浓度， 在一定时间范围内,通过边界条件对所有组分的浓度方程与流量 方程进行时间的求 导， 得到对应时间内每一组分的出 水浓度与出 水流量。 2.根据权利要求1所述的基于污水处理厂的大数据智能分析数字管控平台， 其特征在 于： 仿真模拟污水厂反应池出 水流量与浓度时所采用的基本计算 通式为 式中Qk、 Ck， i分别表示第k个反应池的出水流量与水质参数i的浓度， Q0、 C0,i分别表示 该工艺中原始污水的流量与水质参数浓度， fk表示原始污水分流到反应池k的分流比， Qr、 Cn+1,i分别表示二沉池的底部污泥 回流量与水质参数i的浓度， rk表示二沉池污泥 回流中 分流到反应器k的分流比， Ql,k表示从第l池流入k池的混合液流量， Cl,i表示第l反应池的 水质参数i的浓度。 3.根据权利要求1所述的基于污水处理厂的大数据智能分析数字管控平台， 其特征在 于： 建立多组所述动态数学模型， 描述污水 处理过程中的普通异养菌、 氨氧化菌、 或/和亚硝 酸盐氧化菌以及作用于这些组分的物理、 化学和生物反应过程， 并集成了厌 氧硝化模 型、 pH 平衡、 气体转移和化学沉淀等模型。 4.根据权利要求1所述的基于污水处理厂的大数据智能分析数字管控平台， 其特征在 于， 还包括： 污水处理厂图形化建模工具模块， 作用是提供操作灵活、 界面开放的污水处理厂图形 仿真模拟系统， 对污水处理厂的各种工艺过程和构造进行建模与模拟， 辅助污水处理厂过 程设计， 协助污水处理厂运营管理， 支持污水处理厂过程优化以及实现污水处理厂过程自 动化； 污水处理厂虚拟现实模块， 作用是利用数字化技术营造的与现实污水处理厂对称的数 字化镜像， 将现实世界中复杂的设计， 生产制 造和运营维护转换成在虚拟世界相对低 成本 的数字化信息进行协同及模型优化， 并给予现实世界多种方案和选择； 通过虚拟现实的虚 实连接， 数据的不断迭代， 模型的不断优化， 进 而获得最优的解决方案； 污水处理厂智能维护、 维修模块， 作用是在维修过程及维修管理 的各个环节中， 以计算 机为工具， 并借助人工智能技术来模拟人类专家智能即分析、 判断、 推理、 构思、 决策的各种 维修和管理；权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114297954 A 2污水处理厂安全管控模块， 作用是对污水处理厂的安全工作进行管理,从而实现管理 标准化、 现场标准 化和操作标准 化,做到安全生产、 文明生产,减少重大伤亡事故的发生 率； 污水处理厂操作模拟系统， 作用是协助污水处理厂进行日常运营管理， 对各种干扰因 素产生的影响进行 预报和预测， 从而制定应急预案； 污水处理厂模型预测控制系统， 作用是与第三方应用程序无缝集成， 实现污水处理厂 过程自动化、 实时在线控制和稳定出 水水质； 污水处理系统运行优化模块， 包括基于活性污泥数学模型ASM、 构建和模拟污水处理工 艺的生化单元模型， 构建和模拟各类控制过程的控制 器， 用于控制和设定不同过程的时间 的定时器， 估算曝气、 回流或/和污泥处置费用的成本计算模型， 自定义计算各种 过程变量 的过程计算器； 脱泥优化模块， 作用是优化污水处 理系统中的排泥过程； 厌氧硝化共生优化模块， 作用是计算预测厌氧消化的过程中微生物间的相互关系， 即 严格的互营共生关系， 揭示厌氧消化过程的本质， 优化 生产参数； 离线仿真、 边缘计算模块， 作用是在本地处理上配备算力， 解决在资源存储、 计算性能 以及能效方面存在的不足的问题。 自动闭环控制模块， 把输出量 直接或间接地反馈 到输入端构成闭环， 实现自动控制； 自适应控制模块， 完成自动调参和对复杂变量的自动适应； 污水处理厂预测性维护设备管理系统， 作用是资产库维护， 设备健康分析， 预防性维护 分析， 设备 结构编码及维护手册关联， 3D视图， 维护工单关联； 污水处理厂远程专 家协同系统， 实现实时在线协同、 论坛交流、 在线培训； 污水处理厂其他服务系统， 包括移动端应用程序、 网络安全管控、 应用二次开发。 5.根据权利要求4所述的基于污水处理厂的大数据智能分析数字管控平台， 其特征在 于， 所述污水处 理厂数据管理模块包 含以下子模块： 物联网数据采集子模块， 通过传感器对设备开关、 模拟量、 数字量数据进行采集； 数据标准化子模块， 使用直线型方法、 折线型方法或/和曲线型方法将数据按比例缩 放， 使之落入一个小的特定区间； 一级存储， 进行会话级别的数据缓存； 数据统计分析子模块， 用统计分析方法对收集来的污水处理过程中的大量数据进行分 析， 提取有用信息和形成结论， 对数据加以详细研究和用数 学公式进行概 括总结； 工业逻辑分析子模块， 将原来由一个师傅掌握生产经验， 然后教给徒弟的过程通过机 器能识别的标准化以及规范化动作迁移至污水处理智能分析、 管控平台的过程， 来不断提 高平台在处 理经验问题的准确度和命中率； 离散数据分析子模块， 对连续型变量如污水处理过程中的频数分析， 集中趋势分析得 到均值、 众数或/和中位数， 离散程度分析得到标准差、 方差、 最大值、 最小值或/和范围， 消 除空值、 重复值、 缺失值、 波动太大、 不同数据源获取的数据矛盾， 数据与常识或经验矛盾， 使得建立的数 学模型更贴近污水处理厂现场情况； 传感器数据清洗与管理子模块， 将传感器探测到的数据进行 ①加权平滑： 平滑和均衡 传感器数据， 减小偶然数据突变的影响； ②抽取突变： 去除静态和缓慢变化的数据背景， 强 调瞬间变化； ③简单移动平均线： 保留数据流最近的多个数据， 取平均值； 使得数据中的噪权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114297954 A 3