给水排水2024,Vol.50Issue(2) :158-166.DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2023.09.06.0005

数据驱动的污水处理高密池混凝加药预测研究

Research on data-driven prediction of coagulation dosing in high-density pools for sewage treatment

马帅印 王晨 卢津 孔宪光 殷磊 陈改革 张茜
给水排水2024,Vol.50Issue(2) :158-166.DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2023.09.06.0005

数据驱动的污水处理高密池混凝加药预测研究

Research on data-driven prediction of coagulation dosing in high-density pools for sewage treatment

马帅印 1王晨 2卢津 3孔宪光 4殷磊 4陈改革 3张茜5
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作者信息

  • 1. 西安邮电大学计算机学院,西安 710121;西安邮电大学陕西省网络数据分析与智能处理重点实验室,西安 710121;西安邮电大学西安市大数据与智能计算重点实验室,西安 710121;西安邮电大学陕西省"四主体一联合"5G+工业互联网通讯终端技术校企联合研究中心,西安 710121
  • 2. 西安邮电大学计算机学院,西安 710121
  • 3. 西安邮电大学陕西省"四主体一联合"5G+工业互联网通讯终端技术校企联合研究中心,西安 710121
  • 4. 西安电子科技大学机电工程学院,西安 710071
  • 5. 中国电子科技集团公司第十研究所,成都 610036
  • 折叠

摘要

高密池是污水处理工艺流程中关键且复杂的一个环节,而混凝加药过程在高密池中扮演重要的角色,针对混凝加药非线性、大迟滞性、不确定因素较多的特性,为实现加药量的预测控制,达到降低成本的目的.提出主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和极限学习机(Ex-treme Learning Machine,ELM)以及长短记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)残差组合预测方法,PCA降维和LSTM残差优化能够有效提高ELM的预测精度,同时对模型参数进行优化可以得到最优方法.利用污水处理数据进行验证,所提预测方法的平均绝对误差为0.14%,均方误差根为0.63%.试验结果表明,该方法在预测精度上明显优于随机森林等机器学习预测方法,为混凝加药量的预测和控制提供了可靠的依据,并具有实际应用价值.

Abstract

The high-density tank is a key and complex link in the sewage treatment process,and the coagulation dosing process plays an important role in the high-density tank.Considering the characteristics of nonlinearity in coagulation dosing,the presence of substantial hysteresis,and the involvement of numerous uncertain factors,the goal of achieving predictive control of dosage and cost reduction is pursued.To address this,a combined prediction method is proposed,which incorporates Principal Component Analysis(PCA),Extreme Learning Machine(ELM),and the u-tilization of Long Short-Term Memory(LSTM)neural network residuals.PCA dimensionality re-duction and LSTM residual optimization can effectively improve the prediction accuracy of ELM,and optimize the model parameters to obtain the optimal method.Verification using sewage treat-ment data demonstrates that the proposed prediction method has mean absolute error of 0.14%and root mean squared error of 0.63%.The experimental results demonstrate significantly higher pre-diction accuracy for this method compared to random forest and other machine learning prediction methods.This provides a reliable basis for the prediction and control of coagulation dosage,and it holds practical application value.

关键词

高密池/混凝加药/组合预测/极限学习机/机器学习

Key words

High-density tank/Coagulation dosing/Combined forecasting/Extreme learning machine/Machine learning

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基金项目

陕西省科学技术厅项目(2022JQ-376)

陕西省教育厅项目(22JK0567)

陕西省普通高等学校重点学科专项资金建设项目()

西安邮电大学2022年研究生创新基金项目(CXJJYL2022058)

出版年

2024
给水排水
亚太建设科技信息研究院,中国建筑设计研究院,中国土木工程学会

给水排水

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:0.8
ISSN:1002-8471
参考文献量15
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