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一种用于鱼稻共生系统的高效资源循环净化智控系统及方法

专利类型 发明公开 法律事件 公开;
专利有效性 公开 当前状态 公开
申请号 CN202510035188.1 申请日 2025-01-09
公开(公告)号 CN119898835A 公开(公告)日 2025-04-29
申请人 内蒙古天禾生态农业观光有限公司; 申请人类型 企业
发明人 张治军; 马晓宇; 李英慧; 第一发明人 张治军
权利人 内蒙古天禾生态农业观光有限公司 权利人类型 企业
当前权利人 内蒙古天禾生态农业观光有限公司 当前权利人类型 企业
省份 当前专利权人所在省份:内蒙古自治区 城市 当前专利权人所在城市:内蒙古自治区包头市
具体地址 当前专利权人所在详细地址:内蒙古自治区包头市东河区沙尔沁镇什大股村西76号 邮编 当前专利权人邮编:014040
主IPC国际分类 C02F1/00 所有IPC国际分类 C02F1/00A01K63/04A01K61/10A01G22/22C02F1/28C02F1/32C02F3/00C02F7/00C02F101/30C02F103/20
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 10 专利文献类型 A
专利代理机构 北京绘聚高科知识产权代理事务所 专利代理人 张春慧;
摘要 本 发明 公开了一种用于鱼稻共生系统的高效 水 资源循环 净化 智控系统及方法,该系统包括:包括 水循环 系统、净化装置、水质监测单元、 数据处理 单元、控制执行单元和通信 接口 :水质监测单元用于实时监测 水体 中的溶解 氧 、pH值、 氨 氮含量的水质监测数据;控制执行单元用于根据处理后的水质监测数据控制水循环系统中的水 循环 泵 的运行控制参数;水循环系统用于实现水体的循环流动;净化装置用于对水体进行 生物 及物理净化;上述用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控系统及方法,其能够根据实时的溶解氧浓度和水温,动态调整泵的曝气量,确保水质参数始终保持在设定的理想范围内,保障了鱼稻共生系统的整体净化效率。
权利要求

1.一种用于鱼稻共生系统的高效资源循环净化智控系统,其特征在于,包括水循环系统、净化装置、水质监测单元、数据处理单元、控制执行单元和通信接口
水质监测单元,用于实时监测水体中的溶解、pH值、氮含量的水质监测数据;
数据处理单元,与所述水质监测单元连接,用于接收并处理水质监测数据;
控制执行单元,与所述数据处理单元连接,用于根据处理后的水质监测数据控制水循环系统中的水循环的运行控制参数;
水循环系统,与所述控制执行单元连接,用于实现水体的循环流动;所述水循环系统包括水循环泵
净化装置,与所述水循环系统连接,用于对水体进行生物及物理净化;
通信接口,与所述数据处理单元连接,用于与外部设备或平台进行数据交换。
2.根据权利要求1所述的智控系统,其特征在于,所述数据处理单元进一步包括:
数据预处理模,用于对所述水质监测单元监测到的水质监测数据进行滤波和归一化处理;
特征提取模块,用于从预处理后的水质监测数据中提取水质参数的特征值;
异常检测模块,用于识别水质参数的特征值并标记水质参数中的异常信息。
3.根据权利要求1所述的智控系统,其特征在于,所述异常信息包括溶解氧异常信息、pH值异常信息和氨氮含量异常信息以及温度异常信息。
4.根据权利要求2所述的智控系统,其特征在于,所述异常检测模块用于采用基于滑动窗口的统计分析方法,包括:设定滑动窗口的大小;在每个时间窗口内计算水质参数的均值和标准差;判断当前监测数据是否超出均值加减两倍标准差的范围,若超出则标记为异常。
5.根据权利要求4所述的智控系统,其特征在于,所述水循环泵的运行控制参数包括泵速和泵运流量;所述泵速为泵的旋转速度;所述泵运流量为单位时间内通过泵的水量;
所述控制执行单元包括第一控制单元;所述第一控制单元监测发现,若溶解氧低于溶解氧最小标准阈值,则控制水循环泵的当前泵速以及泵运流量实现增加泵速和泵运流量的处理操作。
6.根据权利要求5所述的智控系统,其特征在于,所述水循环泵的运行控制参数还包括运行时间;
所述控制执行单元包括第二控制单元;所述第二控制单元监测发现,若氨氮含量低于氨氮含量最小标准阈值,则控制水循环泵的运行时间增加水循环泵的循环效率的处理操作。
7.根据权利要求4所述的智控系统,其特征在于,所述净化装置包括:
生物滤池,用于利用微生物分解水中的有机物质;
活性炭过滤器,用于吸附水中的有害物质;
紫外线消毒模块,用于杀灭水中的病原微生物;
所述控制执行单元还包括第三控制单元;所述控制执行单元上的第三控制单元通过以下步骤控制所述净化装置的运行:
控制生物滤池中微生物的曝气量;
控制活性炭过滤器的更换周期;
启动或停止紫外线消毒模块。
8.根据权利要求1所述智控系统,其特征在于,所述第三控制单元还包括曝气量控制模块和过滤器更换控制模块和启动或停止紫外线消毒控制模块;
所述曝气量控制模块用于采用模糊逻辑控制算法,根据实时监测的溶解氧浓度,温度及有机物浓度数据,动态调整曝气量;
‑αT
控制公式:Qaeration=K×(DOset‑DOcurrent)×e ;
其中:Qaeration为曝气流量;K为控制系数;DOset为设定溶解氧目标值;DOcurrent为当前溶解氧浓度;T为水温;α为温度调节系数;
所述过滤器更换控制用于基于活性炭的吸附饱和度S,流量Q及污染物浓度C预测更换时间;
控制公式:
其中:Treplace为预计更换时间;Smax为活性炭最大吸附容量;Q:为泵运流量;C为过滤器进水污染物浓度;β为吸附效率系数;
所述启动或停止紫外线消毒控制模块,用于监测当前单位体积水质的病原微生物数量,如果单位体积水质的病原微生物数量超过警戒阈值则控制启动紫外线消毒模块。
9.根据权利要求8所述的系统,其特征在于,还包括数据存储模块,所述数据存储模块用于存储历史的水质监测数据及控制日志;所述控制日志包括时间序列和时间序列对应的水循环泵的运行控制参数。
10.一种用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控方法,其特征在于,包括如下操作步骤:
水质监测单元实时监测水体中的溶解氧、pH值、氨氮含量的水质监测数据;
数据处理单元与所述水质监测单元连接,接收并处理水质监测数据;
控制执行单元与所述数据处理单元连接,根据处理后的水质监测数据控制水循环系统中的水循环泵的运行控制参数;
水循环系统与所述控制执行单元连接,实现水体的循环流动;所述水循环系统包括水循环泵;
净化装置与所述水循环系统连接,对水体进行生物及物理净化。

说明书全文

一种用于鱼稻共生系统的高效资源循环净化智控系统及

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及生态农业领域,尤其涉及一种用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控系统及方法。

背景技术

[0002] 鱼稻共生系统是一种将水稻种植与鱼类养殖相结合的农业生产模式,通过合理配置水体循环与养殖活动,实现资源的高效利用和生态环境的优化处理系统。在这种系统中,水稻田不仅为鱼类提供生长环境,同时鱼类的排泄物和有机废弃物也可作为水稻的肥料,形成一种闭合的生态循环。
[0003] 然而,随着鱼稻共生系统的规模化,水资源的高效循环利用与水质的持续净化成为系统稳定运行的关键因素。现有的鱼稻共生系统普遍采用传统的水资源循环方法,主要依赖于机械和定时控制设备进行水体的循环流动。这些系统往往存在以下几个主要问题:
[0004] 第一方面:水质监测不及时或不全面:传统系统中的水质监测多依赖人工采样和周期性检测,导致水质变化无法实时反映,难以及时应对突发的水质异常情况。
[0005] 第二方面:循环控制缺乏智能化:现有的水循环泵通常采用固定的运行参数,如恒定的泵速和流量,无法根据水质的实际需求进行动态调整,导致能源浪费和水质调控效果不佳。传统净化装置的运行多为手动或预设模式,缺乏智能化的控制策略,难以根据水质变化自动调节各净化模的工作状态,影响整体净化效率。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控系统及方法,解决了现有技术中指出的上述技术问题。
[0007] 本发明提供了一种用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控系统,包括水循环系统、净化装置、水质监测单元、数据处理单元、控制执行单元和通信接口
[0008] 水质监测单元,用于实时监测水体中的溶解、pH值、氮含量的水质监测数据;
[0009] 数据处理单元,与所述水质监测单元连接,用于接收并处理水质监测数据;
[0010] 控制执行单元,与所述数据处理单元连接,用于根据处理后的水质监测数据控制水循环系统中的水循环泵的运行控制参数;
[0011] 水循环系统,与所述控制执行单元连接,用于实现水体的循环流动;所述水循环系统包括水循环泵;
[0012] 净化装置,与所述水循环系统连接,用于对水体进行生物及物理净化;
[0013] 通信接口,与所述数据处理单元连接,用于与外部设备或平台进行数据交换。
[0014] 优先的,作为一种可实施方案;所述数据处理单元进一步包括:
[0015] 数据预处理模块,用于对所述水质监测单元监测到的水质监测数据进行滤波和归一化处理;
[0016] 特征提取模块,用于从预处理后的水质监测数据中提取水质参数的特征值;
[0017] 异常检测模块,用于识别水质参数的特征值并标记水质参数中的异常信息。
[0018] 优先的,作为一种可实施方案;所述异常信息包括溶解氧(DO)异常信息、pH值异常信息和氨氮含量异常信息以及温度异常信息。
[0019] 溶解氧(DO)异常:溶解氧(DO)过低:溶解氧含量低于适宜范围,可能导致鱼类窒息、生长缓慢,微生物分解有机物效率降低。溶解氧(DO)过高:虽较少见,但过高的溶解氧可能影响某些厌氧微生物的活动,打破水体生态平衡。
[0020] pH值异常:过酸或过:pH值偏离中性范围(通常6.5‑8.5),可能对鱼类和植物生长产生不利影响,影响微生物的代谢过程。
[0021] 氨氮含量异常:氨氮含量过高:氨氮浓度超过安全标准,可能导致水体富营养化,滋生有害藻类,影响水质和生物健康。氨氮含量过低:反映出微生物的分解活性不足,影响有机物的有效去除。
[0022] 温度异常:温度过高或过低:水温异常可能影响水中生物的代谢速率和生存环境。
[0023] 优先的,作为一种可实施方案;所述异常检测模块采用基于滑动窗口的统计分析方法,包括:
[0024] 设定滑动窗口的大小;
[0025] 在每个时间窗口内计算水质参数的均值和标准差;
[0026] 判断当前监测数据是否超出均值加减两倍标准差的范围,若超出则标记为异常。
[0027] 优先的,作为一种可实施方案;所述水循环泵的运行控制参数包括泵速和泵运流量;所述泵速为泵的旋转速度;所述泵运流量为单位时间内通过泵的水量;
[0028] 所述控制执行单元包括第一控制单元;所述第一控制单元监测发现,若溶解氧低于溶解氧最小标准阈值,则控制水循环泵的当前泵速以及泵运流量实现增加泵速和泵运流量的处理操作。
[0029] 优先的,作为一种可实施方案;所述水循环泵的运行控制参数还包括运行时间;
[0030] 所述控制执行单元包括第二控制单元;所述第二控制单元监测发现,若氨氮含量低于氨氮含量最小标准阈值,则控制水循环泵的运行时间增加水循环泵的循环效率的处理操作。
[0031] 需要说明的是,在上述技术方案中,例如,若溶解氧低于某一阈值,则增加泵速以提高水体循环,促进水中氧气溶解。调整泵速与流量:根据控制策略调整水循环泵的转速和流量,以适应当前水质需求。启停控制和运行时间的控制:根据水质变化情况,决定泵的启停状态,实现节能和高效循环。
[0032] 优先的,作为一种可实施方案;所述净化装置包括:
[0033] 生物滤池,用于利用微生物分解水中的有机物质;
[0034] 活性炭过滤器,用于吸附水中的有害物质;
[0035] 紫外线消毒模块,用于杀灭水中的病原微生物;
[0036] 所述控制执行单元还包括第三控制单元;所述控制执行单元上的第三控制单元通过以下步骤控制所述净化装置的运行:
[0037] 控制生物滤池中微生物的曝气量;
[0038] 控制活性炭过滤器的更换周期;
[0039] 启动或停止紫外线消毒模块。
[0040] 优先的,作为一种可实施方案;所述第三控制单元还包括曝气量控制模块和过滤器更换控制模块和启动或停止紫外线消毒控制模块;
[0041] 所述曝气量控制模块用于采用模糊逻辑控制算法,根据实时监测的溶解氧(DO)浓度,温度(T)及有机物浓度(COD)数据,动态调整曝气量;
[0042] 控制公式:Qaeration=K×(DOset‑DOcurrent)×e‑αT;
[0043] 其中:Qaeration:曝气流量(L/min);K:控制系数;DOset:设定溶解氧目标值(mg/L);DOcurrent:当前溶解氧浓度(mg/L);T:水温(℃);α:温度调节系数;
[0044] 所述过滤器更换控制用于基于活性炭的吸附饱和度(S),流量(Q及污染物浓度(C)预测更换时间;
[0045] 控制公式:
[0046] 其中:Treplace为预计更换时间(天);Smax:活性炭最大吸附容量(mg);Q:泵运流量(L/min);C:过滤器进水污染物浓度(mg/L);β:吸附效率系数;
[0047] 所述启动或停止紫外线消毒控制模块,用于监测当前单位体积水质的病原微生物数量,如果单位体积水质的病原微生物数量超过警戒阈值则控制启动紫外线消毒模块。
[0048] 优先的,作为一种可实施方案;所述数据存储模块用于存储历史的水质监测数据及控制日志;所述控制日志包括时间序列和时间序列对应的水循环泵的运行控制参数。
[0049] 相应地,本发明提供了一种用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控方法,包括如下操作步骤:
[0050] 水质监测单元实时监测水体中的溶解氧、pH值、氨氮含量的水质监测数据;
[0051] 数据处理单元与所述水质监测单元连接,接收并处理水质监测数据;
[0052] 控制执行单元与所述数据处理单元连接,根据处理后的水质监测数据控制水循环系统中的水循环泵的运行控制参数;
[0053] 水循环系统与所述控制执行单元连接,实现水体的循环流动;所述水循环系统包括水循环泵;
[0054] 净化装置与所述水循环系统连接,对水体进行生物及物理净化。
[0055] 与现有技术相比,本发明实施例至少存在如下方面的技术优势:
[0056] 分析本发明提供的上述一种用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控系统及方法可知,该用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控系统,包括水循环系统、净化装置、水质监测单元、数据处理单元、控制执行单元和通信接口:水质监测单元,用于实时监测水体中的溶解氧、pH值、氨氮含量的水质监测数据;数据处理单元,与所述水质监测单元连接,用于接收并处理水质监测数据;控制执行单元,与所述数据处理单元连接,用于根据处理后的水质监测数据控制水循环系统中的水循环泵的运行控制参数;
[0057] 通过部署多种传感器,系统能够连续、实时地获取水质数据,避免了传统人工采样的滞后性和不全面性。现有系统缺乏先进的数据处理和智能决策算法,导致水质监测数据难以有效分析,难以及时识别和应对水质异常。数据预处理模块对监测到的水质数据进行滤波和归一化处理,消除噪声和数据偏差。然后从预处理后的数据中提取关键水质参数的特征值。采用基于滑动窗口的统计分析方法,实时识别水质参数中的异常情况。通过数据预处理和特征提取,提高数据的质量和分析的准确性。滑动窗口统计分析方法,通过设定合理的阈值(如均值±两倍标准差),能够动态监测水质参数的变化趋势,及时识别出超出正常范围的异常情况,确保系统能够迅速响应潜在的水质问题。
[0058] 同时现有水循环泵通常采用固定的运行参数,无法根据实际水质需求进行动态调整,导致能源浪费和水质调控效果不佳。本发明实施例则通过模糊逻辑控制算法,系统能够根据实时的溶解氧浓度和水温,动态调整泵的曝气量,确保水质参数始终保持在设定的理想范围内,智能保障了鱼稻共生系统的整体净化效率。附图说明
[0059] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0060] 图1为本发明实施例一提供的一种用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控系统的原理图;
[0061] 图2为本发明实施例一提供的一种用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控系统的数据处理单元的具体原理图;
[0062] 图3为本发明实施例一提供的一种用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控方法的流程图
[0063] 标号:
[0064] 水循环系统10;
[0065] 净化装置20;
[0066] 水质监测单元30;
[0067] 数据处理单元40;数据预处理模块41;特征提取模块42;异常检测模块43;
[0068] 控制执行单元50。

具体实施方式

[0069] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0070] 下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0071] 实施例一
[0072] 如图1所示,本发明提出了一种用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控系统,包括水循环系统10、净化装置20、水质监测单元30、数据处理单元40、控制执行单元50和通信接口:
[0073] 水质监测单元30,用于实时监测水体中的溶解氧、pH值、氨氮含量的水质监测数据;
[0074] 数据处理单元40,与所述水质监测单元连接,用于接收并处理水质监测数据;
[0075] 控制执行单元50,与所述数据处理单元连接,用于根据处理后的水质监测数据控制水循环系统中的水循环泵的运行控制参数;
[0076] 水循环系统10,与所述控制执行单元连接,用于实现水体的循环流动;所述水循环系统包括水循环泵;
[0077] 净化装置20,与所述水循环系统连接,用于对水体进行生物及物理净化;
[0078] 通信接口,与所述数据处理单元连接,用于与外部设备或云平台进行数据交换。
[0079] 该用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控系统,包括水循环系统、净化装置、水质监测单元、数据处理单元、控制执行单元和通信接口:水质监测单元,用于实时监测水体中的溶解氧、pH值、氨氮含量的水质监测数据;数据处理单元,与所述水质监测单元连接,用于接收并处理水质监测数据;控制执行单元,与所述数据处理单元连接,用于根据处理后的水质监测数据控制水循环系统中的水循环泵的运行控制参数;
[0080] 通过部署多种传感器,系统能够连续、实时地获取水质数据,避免了传统人工采样的滞后性和不全面性。现有系统缺乏先进的数据处理和智能决策算法,导致水质监测数据难以有效分析,难以及时识别和应对水质异常。数据预处理模块对监测到的水质数据进行滤波和归一化处理,消除噪声和数据偏差。然后从预处理后的数据中提取关键水质参数的特征值。采用基于滑动窗口的统计分析方法,实时识别水质参数中的异常情况。通过数据预处理和特征提取,提高数据的质量和分析的准确性。滑动窗口统计分析方法,通过设定合理的阈值(如均值±两倍标准差),能够动态监测水质参数的变化趋势,及时识别出超出正常范围的异常情况,确保系统能够迅速响应潜在的水质问题。
[0081] 同时现有水循环泵通常采用固定的运行参数,无法根据实际水质需求进行动态调整,导致能源浪费和水质调控效果不佳。本发明实施例则通过模糊逻辑控制算法,系统能够根据实时的溶解氧浓度和水温,动态调整泵的曝气量,确保水质参数始终保持在设定的理想范围内,智能保障了鱼稻共生系统的整体净化效率。
[0082] 优先的,作为一种可实施方案;如图2所示,所述数据处理单元40进一步包括:
[0083] 数据预处理模块41,用于对所述水质监测单元监测到的水质监测数据进行滤波和归一化处理;
[0084] 特征提取模块42,用于从预处理后的水质监测数据中提取水质参数的特征值;
[0085] 异常检测模块43,用于识别水质参数的特征值并标记水质参数中的异常信息。
[0086] 分析上述技术方案可知,数据预处理模块用于对所述水质监测单元监测到的水质监测数据进行滤波和归一化处理;数据预处理模块通过滤波处理,有效去除水质监测数据中的噪声和异常值,确保数据的纯净性。特征提取模块,用于从预处理后的水质监测数据中提取水质参数的特征值;通过特征提取模块,从预处理后的数据中提取关键信息,捕捉水质变化的主要特征和趋势。异常检测模块,用于识别水质参数的特征值并标记水质参数中的异常信息;采用先进的异常检测算法,基于提取的水质特征值,对水质参数进行实时分析,能够准确、及时地识别出异常情况。当水质参数超出预设的正常范围时,系统能够及时标记并预警,确保系统能够迅速响应并采取相应的控制措施,保障鱼稻共生系统的稳定运行和生态环境的健康。
[0087] 优先的,作为一种可实施方案;所述异常信息包括溶解氧(DO)异常信息、pH值异常信息和氨氮含量异常信息以及温度异常信息。
[0088] 关于溶解氧(DO)异常的说明:溶解氧(DO)过低:溶解氧含量低于适宜范围,可能导致鱼类窒息、生长缓慢,微生物分解有机物效率降低。溶解氧(DO)过高:虽较少见,但过高的溶解氧可能影响某些厌氧微生物的活动,打破水体生态平衡。
[0089] 关于pH值异常的说明:过酸或过碱:pH值偏离中性范围(通常6.5‑8.5),可能对鱼类和植物生长产生不利影响,影响微生物的代谢过程。
[0090] 关于氨氮含量异常的说明:氨氮含量过高:氨氮浓度超过安全标准,可能导致水体富营养化,滋生有害藻类,影响水质和生物健康。氨氮含量过低:反映出微生物的分解活性不足,影响有机物的有效去除。
[0091] 关于温度异常的说明:温度过高或过低:水温异常可能影响水中生物的代谢速率和生存环境。
[0092] 优先的,作为一种可实施方案;所述异常检测模块43采用基于滑动窗口的统计分析方法,包括:
[0093] 设定滑动窗口的大小;
[0094] 在每个时间窗口内计算水质参数的均值和标准差;
[0095] 判断当前监测数据是否超出均值加减两倍标准差的范围,若超出则标记为异常。
[0096] 优先的,作为一种可实施方案;所述水循环泵的运行控制参数包括泵速和泵运流量;所述泵速为泵的旋转速度;所述泵运流量为单位时间内通过泵的水量;
[0097] 所述控制执行单元包括第一控制单元;所述第一控制单元监测发现,若溶解氧低于溶解氧最小标准阈值,则控制水循环泵的当前泵速以及泵运流量实现增加泵速和泵运流量的处理操作。
[0098] 优先的,作为一种可实施方案;所述水循环泵的运行控制参数还包括运行时间;
[0099] 所述控制执行单元包括第二控制单元;所述第二控制单元监测发现,若氨氮含量低于氨氮含量最小标准阈值,则控制水循环泵的运行时间增加水循环泵的循环效率的处理操作。
[0100] 需要说明的是,在上述技术方案中,例如,若溶解氧低于某一阈值,则增加泵速以提高水体循环,促进水中氧气溶解。调整泵速与流量:本发明实施例采用的技术方案还可以根据控制策略调整水循环泵的转速和流量,以适应当前水质需求。本发明实施例采用的技术方案可以进行启停控制和运行时间的控制:具体,根据水质变化情况,决定泵的启停状态,实现节能和高效循环。
[0101] 优先的,作为一种可实施方案;所述净化装置包括:
[0102] 生物滤池,用于利用微生物分解水中的有机物质;
[0103] 活性炭过滤器,用于吸附水中的有害物质;
[0104] 紫外线消毒模块,用于杀灭水中的病原微生物;
[0105] 所述控制执行单元还包括第三控制单元;所述控制执行单元上的第三控制单元通过以下步骤控制所述净化装置的运行:
[0106] 控制生物滤池中微生物的曝气量;
[0107] 控制活性炭过滤器的更换周期;
[0108] 启动或停止紫外线消毒模块。
[0109] 在上述技术方案中,通过控制执行单元动态调节生物滤池中的曝气量,确保溶解氧(DO)浓度维持在适宜范围内。本发明实施例采用的技术方案可以通过控制执行单元进行控制生物滤池中微生物的曝气量,这一措施优化了微生物的代谢活动,增强了有机物质的分解效率,从而提升了水体中有机污染物的去除效果,确保水质的持续稳定。还需要准确的控制活性炭过滤器的更换周期,可以延长活性炭过滤器的使用寿命,降低了维护和运营成本。
[0110] 优先的,作为一种可实施方案;所述第三控制单元还包括曝气量控制模块和过滤器更换控制模块和启动或停止紫外线消毒控制模块;
[0111] 所述曝气量控制模块用于采用模糊逻辑控制算法,根据实时监测的溶解氧(DO)浓度,温度(T)及有机物浓度(COD)数据,动态调整曝气量;
[0112] 控制公式:Qaeration=K×(DOset‑DOcurrent)×e‑αT;
[0113] 其中:Qaeration:曝气流量(L/min);K:控制系数;DOset:设定溶解氧目标值(mg/L);DOcurrent:当前溶解氧浓度(mg/L);T:水温(℃);α:温度调节系数;
[0114] 所述过滤器更换控制用于基于活性炭的吸附饱和度(S),流量(Q及污染物浓度(C)预测更换时间;
[0115] 控制公式:
[0116] 其中:Treplace为预计更换时间(天);Smax:活性炭最大吸附容量(mg);Q:泵运流量(L/min);C:过滤器进水污染物浓度(mg/L);β:吸附效率系数;
[0117] 所述启动或停止紫外线消毒控制模块,用于监测当前单位体积水质的病原微生物数量,如果单位体积水质的病原微生物数量超过警戒阈值则控制启动紫外线消毒模块。
[0118] 优先的,作为一种可实施方案;所述数据存储模块用于存储历史的水质监测数据及控制日志;所述控制日志包括时间序列和时间序列对应的水循环泵的运行控制参数。
[0119] 研究发现,现有水质监测方法无法实时、全面地获取水体中的多项关键水质参数,限制了系统对水质变化的快速响应能
[0120] 然而,本发明实施例采用的技术方案能够结合先进的水质监测技术、数据处理算法以及动态控制策略,实现鱼稻共生系统中水资源的高效循环与持续净化。该系统应具备实时监测多项水质参数、分析动态调节水循环泵及净化装置运行状态的能力,以提升整体系统的生态处理效益。
[0121] 实施例二
[0122] 如图3所示,本发明实施例二提供了一种用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控方法,包括如下操作步骤:
[0123] S10、水质监测单元实时监测水体中的溶解氧、pH值、氨氮含量的水质监测数据;
[0124] S20、数据处理单元与所述水质监测单元连接,接收并处理水质监测数据;
[0125] S30、控制执行单元与所述数据处理单元连接,根据处理后的水质监测数据控制水循环系统中的水循环泵的运行控制参数;
[0126] S40、水循环系统与所述控制执行单元连接,实现水体的循环流动;所述水循环系统包括水循环泵;
[0127] S50、净化装置与所述水循环系统连接,对水体进行生物及物理净化。
[0128] 本发明实施例二提供了一种用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控方法,其中数据预处理模块对监测到的水质数据进行滤波和归一化处理,消除噪声和数据偏差。然后从预处理后的数据中提取关键水质参数的特征值。采用基于滑动窗口的统计分析方法,实时识别水质参数中的异常情况。通过数据预处理和特征提取,提高数据的质量和分析的准确性。滑动窗口统计分析方法,通过设定合理的阈值(如均值±两倍标准差),能够动态监测水质参数的变化趋势,及时识别出超出正常范围的异常情况,确保系统能够迅速响应潜在的水质问题。本发明实施例则通过模糊逻辑控制算法,系统能够根据实时的溶解氧浓度和水温,动态调整泵的曝气量,确保水质参数始终保持在设定的理想范围内,智能保障了鱼稻共生系统的整体净化效率。
[0129] 优先的,作为一种可实施方案;所述数据处理单元与所述水质监测单元连接,接收并处理水质监测数据,具体包括如下操作步骤;
[0130] S21、数据预处理模块对所述水质监测单元监测到的水质监测数据进行滤波和归一化处理;
[0131] S22、特征提取模块从预处理后的水质监测数据中提取水质参数的特征值;
[0132] S23、异常检测模块识别水质参数的特征值并标记水质参数中的异常信息。
[0133] 分析上述技术方案可知,数据预处理模块对所述水质监测单元监测到的水质监测数据进行滤波和归一化处理;数据预处理模块通过滤波处理,有效去除水质监测数据中的噪声和异常值,确保数据的纯净性。特征提取模块从预处理后的水质监测数据中提取水质参数的特征值;通过特征提取模块,从预处理后的数据中提取关键信息,捕捉水质变化的主要特征和趋势。异常检测模块识别水质参数的特征值并标记水质参数中的异常信息;采用先进的异常检测算法,基于提取的水质特征值,对水质参数进行实时分析,能够准确、及时地识别出异常情况。当水质参数超出预设的正常范围时,系统能够及时标记并预警,确保系统能够迅速响应并采取相应的控制措施,保障鱼稻共生系统的稳定运行和生态环境的健康。
[0134] 优先的,作为一种可实施方案;所述异常检测模块43采用基于滑动窗口的统计分析方法,包括:
[0135] 设定滑动窗口的大小;
[0136] 在每个时间窗口内计算水质参数的均值和标准差;
[0137] 判断当前监测数据是否超出均值加减两倍标准差的范围,若超出则标记为异常。
[0138] 综上所述,本发明提供的上述一种用于鱼稻共生系统的高效水资源循环净化智控系统及方法,通过部署多种传感器,系统能够连续、实时地获取水质数据,避免了传统人工采样的滞后性和不全面性。然而,本发明实施例则通过模糊逻辑控制算法,系统能够根据实时的溶解氧浓度和水温等参数,动态调整泵的曝气量,确保水质参数始终保持在设定的理想范围内,智能保障了鱼稻共生系统的整体净化效率。
[0139] 最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;本领域的普通技术人员可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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