【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水质检测领域，涉及一种多参数水质提升智能检测及控制系统。
技术介绍
1、水资源同人类的生存发展密切相关，对于生态、社会、经济等方面的可持续发展也具有重要的作用。水质监测是水环境保护工作的重要内容。传统的人工监测采样间隔时间久，数据分析汇总慢，难以实时显示当前水质的情况，因此难以及时有效地反映连续变化的水质参数，并且必须到实地去观测。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种多参数水质提升智能检测及控制系统。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种多参数水质提升智能检测及控制系统，包括多参数传感器、数据采集模块、综合评判模块、智能控制模块、继电器、多个药液泵；
4、所述多参数传感器用于实时采集多种水质特征参数；
5、所述数据采集模块用于将多参数传感器采集的数据汇总并进行预处理；
6、所述综合评判模块用于通过预处理后的水质特征参数，通过自动编码器模型标记重构误差超出阈值的数据，使用shap解释自编码器并计算被标记数据中各数据特征的重要性，确定最终的异常参数；
7、所述多个药液泵里分别装有处理不同水质问题的药液；
8、所述智能控制模块根据确定的异常参数类型，通过控制继电器开关打开对应的药液泵，从而对存在不同异常的水质进行处理。
9、进一步，所述多参数传感器包括腐蚀率传感器、电导率传感器、酸碱度传感器、orp传感器、浊度传感器。
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11、进一步，所述综合评判模块的计算步骤具体如下：第一步：训练自动编码器前要对物联网监测数据进行预处理，去掉空值。为了消除不同类型数据量纲的影响，将数据归一化处理如下式(1)。
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13、其中xnorm代表归一化结果，xi为当前归一化数值，xmin和xmax分别代表监测数据集中该指标的最小值和最大值。归一化处理后，数据分布在在[0，1]范围内。划分训练集和测试集，训练自动编码器。
14、第二步：训练结束后计算测试集数据的重建误差，重建误差为计算原数据x与自动编码器生成数据的x′的中每个数据特征的误差总和，标注重建误差超过阈值的数据，等待后续处理。计算方法如式(2)：
15、
16、其中xi为当前归一化数值，x′为xi与自动编码器对应的数据。
17、第三步：初始化重建误差最大的数据，生成新5维特征的数据z′，其中z′∈{0，1}m，例如(0，1，1，1，0)。z′中取1的数值表示该特征与需要解释的数据对应的特征相同，当其特征为0时，表示该特征没有被解释。将z′输入自动编码器，计算对应预测值。重复该步骤，计算权重如式(3)。
18、
19、其中m是所有特征的个数，|z′|是5维数据中值为1的元素个数。降低式(4)中的损失函数，计算式(5)中线性模型的系数即shapley value。
20、
21、
22、其中z是训练数据，g是解释模型，是被随机替换后的特征向量。为训练结果的平均值，x′是需要解释的值即z′中元素都为1，其中是shapley value。依次计算需要解释的异常数据中各项数据特征的shap值，对所有的shap值取绝对值后求平均值，即所有特征对模型输出的影响大小的平均值(取绝对值是因为shap值可能为正也可能为负)。这个值可以用来衡量每个特征对模型的影响大小，影响越大，平均shap值越大。
23、进一步，还包括处理器模块，用于对各模块进行管理和控制，设置参数阈值，通过通信模块与外部设备进行通信。
24、进一步，还包括无线通信模块，用于为数据采集模块和多参数传感器提供无线通信功能。
25、所述4g/5g模块用于通过4g/5g网络将传感器采集的水质的实时数据上传到数据采集模块，所述nb-iot模块用于利用物联网将传感器采集的水质的实时数据上传到数据采集模块。
26、进一步，所述药液泵内分别设有用于降低腐蚀率的缓蚀剂，用于降低电导率的离子交换剂，用于降低酸性的氢氧化钠、碳酸钠ph调整剂，用于降低碱性的硫酸、盐酸ph调整剂，增加或减少水中的orp可以控制水质的酸碱度，当orp过高时，则升高ph值，当orp过低时，则降低ph值。用于降低浊度的絮凝剂等。
27、进一步，所述药液泵里设有液位计，用于获取药液剩余量。
28、进一步，还包括电源保护模块和ac/dc电源模块，用于为各模块进行供电。
29、本专利技术的有益效果在于：监控水质，实现连续采样，并通过4g/5g网络对采集的水质的实时数据进行上传，之后根据传入数据进行数据异常检测，可以实时的了解到水质的状况，及时进行外理，提高了水质检测和处理的速度和效率，自动化处理节省了人力物力。
30、本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
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1.一种多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：包括多参数传感器、数据采集模块、综合评判模块、智能控制模块、继电器、多个药液泵；
2.根据权利要求1所述的多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：所述多参数传感器包括腐蚀率传感器、电导率传感器、酸碱度传感器、ORP传感器、浊度传感器。
3.根据权利要求1所述的多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：所述综合评判模块首先训练自动编码器模型，学习到一种确定性映射并将其转化成隐含层表达，在编码过程中创建的嵌入模型学习正常实例的特性；当数据集中不存在异常时，所有数据都能被完美重建；当数据集中某条数据重建误差大于设定的阈值时，对该数据进行标记；计算自动编码器输入的特征的SHAP值，当某特征的SHAP值大于所设阈值，则判定为该特征的数值存在异常。
4.根据权利要求3所述的多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：所述综合评判模块的计算步骤具体如下：
5.根据权利要求1所述的多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：还包括处理器模块，用于对各模块进行管理和控制，设置参数阈值
6.根据权利要求1所述的多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：还包括无线通信模块，用于为数据采集模块和多参数传感器提供无线通信功能。
7.根据权利要求6所述的多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：所述无线通信模块包括4G/5G模块和NB-IoT模块；
8.根据权利要求1所述的多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：所述药液泵内分别设有用于降低腐蚀率的缓蚀剂，用于降低电导率的离子交换剂，用于降低酸性的氢氧化钠、碳酸钠PH调整剂，用于降低碱性的硫酸、盐酸PH调整剂，增加或减少水中的ORP可以控制水质的酸碱度，当ORP过高时，则升高PH值，当ORP过低时，则降低PH值。用于降低浊度的絮凝剂等。
9.根据权利要求1所述的多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：所述药液泵里设有液位计，用于获取药液剩余量。
10.根据权利要求1所述的多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：还包括电源保护模块和AC/DC电源模块，用于为各模块进行供电。
...【技术特征摘要】
1.一种多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：包括多参数传感器、数据采集模块、综合评判模块、智能控制模块、继电器、多个药液泵；
2.根据权利要求1所述的多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：所述多参数传感器包括腐蚀率传感器、电导率传感器、酸碱度传感器、orp传感器、浊度传感器。
3.根据权利要求1所述的多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：所述综合评判模块首先训练自动编码器模型，学习到一种确定性映射并将其转化成隐含层表达，在编码过程中创建的嵌入模型学习正常实例的特性；当数据集中不存在异常时，所有数据都能被完美重建；当数据集中某条数据重建误差大于设定的阈值时，对该数据进行标记；计算自动编码器输入的特征的shap值，当某特征的shap值大于所设阈值，则判定为该特征的数值存在异常。
4.根据权利要求3所述的多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：所述综合评判模块的计算步骤具体如下：
5.根据权利要求1所述的多参数水质提升智能检测及控制系统，其特征在于：还包括处理器模块，用于对各模块进行管理和控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓天民，封丽，余洋，彭栎丹，张丹，张梦萍，丁元浩，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：
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