【摘要】：污水處理系統(tǒng)是一個復(fù)雜的生化反應(yīng)系統(tǒng),具有非線性、滯后性大、干擾強(qiáng)等特點。這使得污水處理廠有時會出現(xiàn)各種原因?qū)е碌墓收?如果故障沒有被及時診斷將會導(dǎo)致一系列嚴(yán)重問題。運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)的算法對于污水處理具有重大意義。但由于污水處理過程采集到的污水處理數(shù)據(jù)是不平衡的,經(jīng)典機(jī)器學(xué)習(xí)算法在進(jìn)行污水處理數(shù)據(jù)的故障診斷時往往難以識別出故障狀態(tài)的樣本。因此需要研究故障診斷方法來對污水處理系統(tǒng)進(jìn)行及時的故障診斷,以便進(jìn)行處理。本文以污水處理為應(yīng)用背景,主要研究內(nèi)容如下:1.在通過對常用的聚類算法理論進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,針對不平衡數(shù)據(jù)分類問題提出一種基于聚類的不平衡數(shù)據(jù)處理方法。通過實驗結(jié)果表明該方法可以有效提高分類器多數(shù)類樣本的分類準(zhǔn)確率,并有效提高分類器的分類G-mean值,在污水處理過程的故障診斷中有著良好的效果。2.通過對單隱層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、用于樣本過采樣的SMOTE算法和Bagging集成框架相關(guān)理論的研究,在以上理論基礎(chǔ)上針對污水?dāng)?shù)據(jù)的不平衡性提出了一種基于加權(quán)極限學(xué)習(xí)機(jī)的SMOTE_Bagging集成污水處理故障診斷方法。對比實驗結(jié)果表明該方法在污水處理故障診斷場合對故障類樣本有著更高的分類準(zhǔn)確率和更高的G-mean值,適用于實際污水處理故障診斷。3.針對SMOTE_Bagging_WELM訓(xùn)練時間較長的問題進(jìn)一步對集成框架進(jìn)行改進(jìn),提出了一種基于加權(quán)極限學(xué)習(xí)機(jī)的重采樣池快速集成污水處理故障診斷方法SP-EWELM。實驗結(jié)果表明SP-EWELM在污水處理故障診斷場合對故障類樣本有著更高的分類準(zhǔn)確率,同時建模需要的訓(xùn)練時間更少,適用于實際污水處理故障診斷。4.為了方便污水處理系統(tǒng)工作人員對污水處理故障診斷算法的實際運(yùn)用,使用Python設(shè)計并實現(xiàn)了一個污水生化處理故障診斷與預(yù)警系統(tǒng)軟件,實現(xiàn)了出水指標(biāo)預(yù)測、污水故障診斷、污水?dāng)?shù)據(jù)管理的功能。經(jīng)測試證明該軟件性能可靠,使用簡單,能夠極大地方便工作人員對污水處理系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。
【圖文】：

故障診斷是查找設(shè)備或系統(tǒng)無法正常工作原因的過程。對系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷的判斷系統(tǒng)狀態(tài)并分析異常情況的根源，并根據(jù)診斷結(jié)果對系統(tǒng)故障恢復(fù)提供輔助。故障診斷的主要流程有：故障檢測、判斷、位置定位及恢復(fù)等。故障檢測是指過連接設(shè)備相應(yīng)的傳感器，定時獲取信號數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)里提取關(guān)鍵特征信息來判當(dāng)前狀況，并由此判斷系統(tǒng)是否存在故障的過程。故障判斷是系統(tǒng)在檢測到故障診斷系統(tǒng)故障屬于具體哪個類型的步驟。故障位置定位基于故障檢測和故障判斷障情況的細(xì)節(jié)進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)化，診斷出故障的具體位置及原因，為故障恢復(fù)做更參考。故障恢復(fù)是故障診斷的目的，在此環(huán)節(jié)會根據(jù)故障的原因做出系統(tǒng)恢復(fù)的策。故障診斷技術(shù)是一門涉及控制理論、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和人工智能算法等科的綜合性技術(shù)。目前故障診斷主要有兩類方法：基于數(shù)學(xué)模型的方法和基于人算法的方法。故障診斷方法的分類如圖 1-1 所示。

第二章 基于不平衡數(shù)據(jù)的污水處理本章將對活性污泥法的工藝流程及其重要參數(shù)進(jìn)行介紹、并闡述采用活性污泥法的污水處理廠常見的故障類別，再對本文采用的污水?dāng)?shù)據(jù)來源及其特點，還有針對其特點使用的預(yù)處理方法進(jìn)行介紹分析。2.1 活性污泥法工藝2.1.1 工藝流程現(xiàn)代污水處理系統(tǒng)采用了三級污水處理工藝，首先第一級處理是污水預(yù)處理，第二級處理是污水污染物降解處理，第三級對污水進(jìn)行進(jìn)一步的凈化處理�；钚晕勰喾ㄊ俏鬯幚韽S進(jìn)行第一、二級處理時常用的方法。活性污泥指污水中的有機(jī)和無機(jī)物的聚集及吸附在這些物質(zhì)上的微生物�；钚晕勰喾ㄟ\(yùn)用活性污泥中包含的微生物來對污水進(jìn)行凈化處理�；钚晕勰喾ǖ牧鞒倘鐖D 2-1 所示。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703;TP311.13;TP181

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號：2634142