预测规则生成系统、预测系统、预测规则生成方法和预测方法技术方案

本发明专利技术生成高精度且可靠地对水处理后的水质进行预测的预测规则。预测规则生成系统(1)的计算机(10)具备：输入部(12)，其输入存在于进行水处理的活性污泥中的多种微生物各自的存在比例或存在于该活性污泥中的多种碱基序列各自的存在比例的时间序列数据、以及与构成该时间序列数据的各时刻的数据相对应的表示水处理后的水质的水质信息；主成分分析部(13)，其对所输入的时间序列数据进行主成分分析，计算出构成时间序列数据的各时刻的数据的主成分得分；以及，预测规则生成部(14)，其基于所计算出的主成分得分和所输入的表示水处理后的水质的水质信息，由多种微生物各自的存在比例或多种碱基序列各自的存在比例生成用于预测水处理后的水质的预测规则。

Prediction rule generation system, prediction system, prediction rule generation method and prediction method

The invention generates a high precision and reliable prediction rule for water quality after water treatment. The prediction rule generation system (1) of the computer (10) includes input section (12), the proportion of various microorganisms exist sequences exist in the input activated sludge for water treatment in the respective proportion or there exists in the activated sludge in the respective time sequence data and the corresponding form each time the time series data of water quality and water quality information said after processing; principal component analysis department (13), the principal component analysis of time series data input, calculate a score of each principal component time series data data; and generating rules (Department, forecast 14), which is based on principal component scores are calculated and the input information of water quality water treated by microorganisms, their existence proportion or more sequences of their existence than cases A prediction rule used to predict water quality after water treatment.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】预测规则生成系统、预测系统、预测规则生成方法和预测方法
本专利技术涉及生成用于预测水处理后的水质的预测规则的预测规则生成系统和预测规则生成方法、以及与它们相关的预测系统和预测方法。
技术介绍
期待化学、钢铁等重化工业等中的废水以充分降低了对人、环境生物的影响的状态排放到自然环境中。作为为此而进行的废水处理，进行使用复合微生物体系、即活性污泥的生物处理。通常，为了适当地进行废水处理，对处理后的废水进行水质监测。具体而言，通过测定处理后的废水的生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总有机碳(TOC)、总氮(TN)等水质数据等来进行水质监测。由于作为生物处理中重要管理指标的BOD通常需要5天左右的时间才能得到测定结果，因此有时基于其它水质数据以及温度、pH、溶解氧浓度(DO)等生物反应槽的运转参数来推测当天的BOD。此外，根据当前的废水状态来预测BOD、COD、TOC、TN等水质数据的未来值在管理上也很重要，也有时基于水质的时间序列数据、生物反应槽的运转参数的时间序列数据来进行BOD(生化需氧量)等的预测(参照专利文献1和2)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007-229550号公报专利文献2：日本特开2007-263723号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题但是，上述那样的使用水质、生物反应槽的运转参数的时间序列数据的预测并未考虑活性污泥中的微生物群落的状态而进行，有时不能以足够的精度来进行预测。在对多种多样的废水进行处理的情况下，预测变得特别困难。因此，对于处理后的水的状态的预测而言，要求提高预测精度。本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种可以生成高精度且可靠地进行水处理后的水质的预测的预测规则生成系统和预测规则生成方法、以及与它们相关的预测系统和预测方法。用于解决问题的方法为了达到上述目的，本专利技术的一实施方式的预测规则生成系统具备：输入单元，其输入：存在于进行水处理的活性污泥中的多种微生物各自的存在比例或存在于该活性污泥中的多种碱基序列各自的存在比例的时间序列数据(此后有时记作“微生物信息的时间序列数据”)、以及与构成该时间序列数据的各时刻的数据相对应的表示水处理后的水质的水质信息；主成分分析单元，其对输入单元所输入的时间序列数据进行主成分分析，计算出构成该时间序列数据的各时刻的数据的主成分得分；以及，预测规则生成单元，其基于主成分分析单元所计算出的构成时间序列数据的各时刻的数据的主成分得分和输入单元所输入的与构成该时间序列数据的各时刻的数据相对应的表示水处理后的水质的水质信息，由多种微生物各自的存在比例或多种碱基序列各自的存在比例生成用于预测水处理后的水质的预测规则。作为水处理后的水质，可以列举例如：处理后的水中的生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总有机碳(TOC)或总氮(TN)等。在本专利技术的一实施方式的预测规则生成系统中，基于存在于进行水处理的活性污泥中的微生物或碱基序列的存在比例的时间序列数据、和与构成该时间序列数据的各时刻的数据相对应的表示水处理后的水质的水质信息，来生成预测规则。因此，可以进行考虑了活性污泥中的微生物群落的状态的预测，与仅使用水质、生物反应槽的运转参数的时间序列数据的预测相比，可以更高精度地进行预测。此外，在本专利技术的一实施方式的预测规则生成系统中，进行主成分分析。通常，存在于活性污泥中的微生物种类数庞大。通过对微生物信息的时间序列数据进行主成分分析，可以在引入全部信息而不遗漏信息量的情况下以较少变量来表现微生物信息。通过如本专利技术的一实施方式那样进行主成分分析、减少预测规则的生成中所用的变量，从而可以可靠地进行预测规则的生成。即，根据本专利技术的一实施方式的预测规则生成系统，可以生成高精度且可靠地对水处理后的水质进行预测的预测规则。主成分分析单元可以进行使用相关矩阵的主成分分析。使用方差协方差矩阵的主成分分析主要反映多数种微生物的行为，与此相对，在如该构成这样进行使用相关矩阵的主成分分析的情况下，虽然需要比使用方差协方差矩阵时多的变量，但可以生成更好地反映少数种微生物(存在比例小的微生物)的行为的预测规则。有时少数种微生物的行为会影响水处理后的水质。因此，根据该构成，可以生成更高精度地进行预测的预测规则。预测规则生成单元可以通过进行机器学习来生成预测规则，所述机器学习将主成分分析单元所计算出的构成时间序列数据的各时刻的数据的主成分得分作为预测规则中的输入、将输入单元所输入的与构成该时间序列数据的各时刻的数据相对应的表示水处理后的水质的水质信息作为预测规则中的输出。根据该构成，可以可靠地生成预测规则。预测规则生成系统还可以进一步具备：读取单元，其从存在于活性污泥中的多种微生物读取基因的碱基序列；以及，数据生成单元，其基于读取单元所读取的基因的碱基序列生成时间序列数据并输入到输入单元。根据该构成，可以可靠地输入微生物或碱基序列的存在比例的时间序列数据，可以可靠地实施本专利技术的一实施方式。本专利技术的一实施方式的预测系统基于本专利技术的一实施方式的预测规则生成系统所生成的预测规则来预测水处理后的水质，该预测系统具备：输入单元，其输入作为预测对象的多种微生物各自的存在比例或作为预测对象的多种碱基序列各自的存在比例的数据；主成分分析单元，其基于预测规则生成系统所进行的主成分分析计算出输入单元所输入的预测对象的数据的主成分得分；以及，预测单元，其基于预测规则生成系统所生成的预测规则，由主成分分析单元所计算出的预测对象的数据的主成分得分预测水处理后的水质。根据本专利技术的一实施方式的预测系统，可以进行基于预测规则生成系统所生成的预测规的预测。但是，本专利技术除了可以如上述那样记载为预测规则生成系统和预测系统的专利技术以外，还可以如下述那样记载为预测规则生成方法和预测方法的专利技术。其是仅类型不同、但实质上相同的专利技术，发挥同样的作用和效果。即，本专利技术的一实施方式的预测规则生成方法为预测规则生成系统的操作方法，该预测规则生成方法包含：输入步骤，其输入存在于进行水处理的活性污泥中的多种微生物各自的存在比例或存在于该活性污泥中的多种碱基序列各自的存在比例的时间序列数据、以及与构成该时间序列数据的各时刻的数据相对应的表示水处理后的水质的水质信息；主成分分析步骤，其对输入步骤中输入的时间序列数据进行主成分分析，计算出构成该时间序列数据的各时刻的数据的主成分得分；以及，预测规则生成步骤，其基于主成分分析步骤中计算出的构成时间序列数据的各时刻的数据的主成分得分和输入步骤中输入的与构成该时间序列数据的各时刻的数据相对应的表示水处理后的水质的水质信息，由多种微生物各自的存在比例或多种碱基序列各自的存在比例生成用于预测水处理后的水质的预测规则。此外，本专利技术的一实施方式的预测方法为预测系统的操作方法，所述预测系统基于本专利技术的一实施方式的预测规则生成系统所生成的预测规则预测水处理后的水质，所述预测方法包含：输入步骤，其输入作为预测对象的多种微生物各自的存在比例或作为预测对象的多种碱基序列各自的存在比例的数据；主成分分析步骤，其基于预测规则生成系统所进行的主成分分析计算出输入步骤中输入的预测对象的数据的主成分得分；以及，预测步骤，其基于预测规则生成系统所生成的预测规则，由主成分分析步骤中计算出的预测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测规则生成系统，其具备：输入单元，其输入存在于进行水处理的活性污泥中的多种微生物各自的存在比例或存在于该活性污泥中的多种碱基序列各自的存在比例的时间序列数据、以及与构成该时间序列数据的各时刻的数据相对应的表示水处理后的水质的水质信息；主成分分析单元，其对所述输入单元所输入的时间序列数据进行主成分分析，计算出构成该时间序列数据的各时刻的数据的主成分得分；以及预测规则生成单元，其基于所述主成分分析单元所计算出的构成时间序列数据的各时刻的数据的主成分得分、和所述输入单元所输入的与构成该时间序列数据的各时刻的数据相对应的表示水处理后的水质的水质信息，由多种微生物各自的存在比例或多种碱基序列各自的存在比例生成用于预测水处理后的水质的预测规则。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.03 JP 2015-0769451.一种预测规则生成系统，其具备：输入单元，其输入存在于进行水处理的活性污泥中的多种微生物各自的存在比例或存在于该活性污泥中的多种碱基序列各自的存在比例的时间序列数据、以及与构成该时间序列数据的各时刻的数据相对应的表示水处理后的水质的水质信息；主成分分析单元，其对所述输入单元所输入的时间序列数据进行主成分分析，计算出构成该时间序列数据的各时刻的数据的主成分得分；以及预测规则生成单元，其基于所述主成分分析单元所计算出的构成时间序列数据的各时刻的数据的主成分得分、和所述输入单元所输入的与构成该时间序列数据的各时刻的数据相对应的表示水处理后的水质的水质信息，由多种微生物各自的存在比例或多种碱基序列各自的存在比例生成用于预测水处理后的水质的预测规则。2.根据权利要求1所述的预测规则生成系统，其中，所述主成分分析单元进行使用相关矩阵的主成分分析。3.根据权利要求1或2所述的预测规则生成系统，其中，所述预测规则生成单元通过进行机器学习生成所述预测规则，所述机器学习将所述主成分分析单元所计算出的构成时间序列数据的各时刻的数据的主成分得分作为所述预测规则中的输入、将所述输入单元所输入的与构成该时间序列数据的各时刻的数据相对应的表示水处理后的水质的水质信息作为所述预测规则中的输出。4.根据权利要求1～3中任一项所述的预测规则生成系统，其中，进一步具备：读取单元，其从存在于所述活性污泥中的多种微生物读取基因的碱基序列；以及数据生成单元，其基于所述读取单元所读取的基因的碱基序列生成所述时间序列数据并将其输入到输入单元。5.一种预测系统，其基于权利要求1～4中任一项所述的预测规则生成系统所生成的预测规则对水处理后的水质进行预测，所述预测系统具备：输入单元，其输入作为预测...

【专利技术属性】
技术研发人员：中园明子，冈崎文美，朝子弘之，
申请(专利权)人：住友化学株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP