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文檔簡介
1、城市供水安全關(guān)系到社會生產(chǎn)與居民生活的方方面面。水質(zhì)預(yù)警技術(shù)是保障供水安全的重要手段,它是一門由化學(xué)、流體力學(xué)、環(huán)境科學(xué)以及計算機(jī)技術(shù)等多方面相互交叉的學(xué)科。隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,水質(zhì)預(yù)警技術(shù)取得了快速的發(fā)展,在原水突發(fā)事故預(yù)警、管網(wǎng)水水質(zhì)預(yù)警以及污染影響分析等方面都受到了國內(nèi)外研究人員的高度關(guān)注。
水質(zhì)異常檢測問題是水質(zhì)預(yù)警中的核心問題之一,其主要任務(wù)是利用數(shù)據(jù)挖掘、模式分析等方法探究、發(fā)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)
2、中潛在的偏離穩(wěn)定狀態(tài)或模式的波動信息。如何利用復(fù)雜多變的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時、有效的水質(zhì)異常檢測是實現(xiàn)水質(zhì)有效預(yù)警的關(guān)鍵所在。目前,國內(nèi)外基于水質(zhì)數(shù)據(jù)內(nèi)在特征進(jìn)行異常檢測與利用常規(guī)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行污染物辨識的研究方興未艾。
本文結(jié)合國家水體污染控制與治理科技重大專項課題等項目,主要針對水質(zhì)數(shù)據(jù)中存在的周期性與一般性交化特征、水質(zhì)時間序列模式分析和提取、異常判斷與檢測性能評價與污染物辨識及異常特征分析等若干水質(zhì)異常檢測相關(guān)的理論和方法展
3、開研究。全文主要工作包括:
(1)針對城市供水原水與管網(wǎng)水水質(zhì)普遍存在的周期性波動現(xiàn)象,研究了因季節(jié)性、用水模式等因素導(dǎo)致的水質(zhì)波動變化規(guī)律,并以管網(wǎng)水中的消毒劑余氯為具體指標(biāo),建立了一種基于周期模式提取的水質(zhì)異常在線檢測方法。該方法主要應(yīng)用奇異值分解理論識別并提取水質(zhì)正常波動的周期模式,然后利用待測數(shù)據(jù)與正常周期模式之間的偏差判斷水質(zhì)的異常狀態(tài),并利用檢出率與誤警率進(jìn)行了異常檢測性能評價。
(2)針對一般非周期性水
4、質(zhì)參數(shù)變化無明顯規(guī)律的特點,在研究水質(zhì)時間序列數(shù)據(jù)表達(dá)和相似度分析、模式提取等方法的基礎(chǔ)上,建立了一種基于局部密度分析的非周期水質(zhì)異常檢測方法。該方法主要利用水質(zhì)時序數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)模式的空間關(guān)系進(jìn)行局部密度分析,應(yīng)用最近鄰及二次最近鄰準(zhǔn)則判斷測試數(shù)據(jù)模式與正常數(shù)據(jù)模式的空間關(guān)系,來判斷被測數(shù)據(jù)是否存在異常。論文借助在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)采集得到的水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行了實例研究,并與基于周期模式提取的異常檢測方法進(jìn)行了檢測性能對比分析,在平均檢出率
5、、誤警率與計算時間的復(fù)雜度等方面,兩種方法各有適用性。
(3)在異常檢測的基礎(chǔ)上,研究分析了典型常規(guī)水質(zhì)參數(shù)在不同污染物入侵時的變化模式。論文結(jié)合管網(wǎng)實驗系統(tǒng)的污染物加藥實驗,研究分析了氧化物、強還原性物質(zhì)、弱還原性物質(zhì)等污染物入侵時多種常規(guī)水質(zhì)參數(shù)的的不同變化模式,重點分析了余氯值在不同類型的污染物作用下的典型變化規(guī)律,為利用常規(guī)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行污染物辨識提供了實驗依據(jù)。
(4)研究了利用水質(zhì)參數(shù)變化模式對污染物特性和
6、類別進(jìn)行初步判斷的問題。論文結(jié)合在線分析的需求,提出了基于時序特征提取的水質(zhì)異常特征在線分析方法;面向污染事件事后分析的需求,提出了基于小波多分辨分析的水質(zhì)異常特征離線分析方法。分別用于水質(zhì)時間序列異常特征在線分類和離線聚類與判斷,前者旨在實現(xiàn)水質(zhì)異常的實時在線分析,后者用于歷史異常特征庫的整理分析。最后應(yīng)用實測數(shù)據(jù)和事件疊加數(shù)據(jù)進(jìn)行了方法驗證。
此外,論文作者在開展城市供水水質(zhì)異常檢測與異常特征分析研究的同時,參與了國家重大
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