受控在線多向相關測試項目分級監測方法及系統的製作方法

2023-05-28 11:37:16 1

專利名稱：受控在線多向相關測試項目分級監測方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及城市河流、水庫、湖泊雨汙混流管網水流汙染治理的領域，更具體地 說，涉及一種可用於城市河流、水庫、湖泊等地表水的雨汙混流管網水流分質排放中的受控 在線多向相關測試項目分級監測方法。
背景技術：
城市雨汙混流管網水流分質排放是一種防止城市汙水汙染城市河流、水庫、湖泊 的有效方法。當該管網水流水質符合城市河流、水庫、湖泊的管理和功能標準時，將其排放 入河流、水庫、湖泊，否則將其排入汙水處理工廠，為此首先需要在管網的各排放口進行水 質的在線監測，獲得水流的當前水質項目測試數值。目前，限定城市河流、水庫、湖泊的管理和功能標準的水質項目有二十四項。其中 不乏有如總磷、BOD等需要在特定條件下進行化學反應或需要五天時間生物培養後測試才 能取得數值的項目。這樣就給在線監測造成很大困難。對於河流、水庫、湖泊來說，要控制 的二十四項功能標準中的絕大多數項目，還只能在排放水域取樣後送往監測站的試驗室進 行測試；由於這個過程耗時長，所得的測試結果對於分質排放已經失去意義，不可能根據這 個測試結果進行按水質狀態管理排放。利用物理方法提高儀器的測試速度，使個別項目(例如COD、氨氮)可以在5分鐘 內得到測試結果，但要解決大部分項目的快速測定還不是短時期內能做到的；對每一個項 目均進行監測十分耗時、成本高，不利於實際應用。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的無法對控制水質的所有項目都進 行在線監測，從而也無法進行實時控制的問題，提供一種可用於地表水管網的水流分質排 放中的受控在線多向相關測試項目分級監測方法及系統。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是提供一種受控在線多向相關測試項 目分級監測方法，用於地表水管網的水流分質排放中，包括以下步驟A 通過在線測試項 目的多向相關概率選擇，確定監測項目，該步驟包括以下步驟Al 根據水質監測項目的超標率，將所述管網的水質原始監測數據的項目分類為 高超標率項目和低超標率項目；A2 判斷各所述高超標率項目與其他所述高超標率項目之間的相關性，得出與多 個所述高超標率項目存在良好相關性的多向相關高超標率項目；A3 利用條件概率，得出各所述多向相關高超標率項目不超標條件下，其他所述高 超標率項目也不超標的不超標概率，根據所述不超標概率得到重要項目；A4 在所述重要項目中，選擇在其不超標時，其他所述高超標率項目達到100%不 超標的個數最多或次多的一個或多個所述重要項目，組成在線監測項目。在本發明的所述步驟A4中，以兩個或多個所述重要項目為一組，計算該組重要項目同時不超標時，其餘各所述高超標率項目也不超標的概率，選擇能使所述高超標率項目 達到100%不超標的個數最多的重要項目組合，為首選監測項目，並選擇排在次多的另一組 所述重要項目組合為第二受選監測項目，依此類推，得到反映總體水質的重要項目組合作 為在線監測項目。在本發明的所述的方法中，所述低超標率項目是該地表水管網水域水流水質項目 中超標率 90%可信度相關時，將該高超標率項目確定為多向相關高超標率項目。在本發明的所述步驟A3中，包括以下步驟A3-1 分別判斷確定各所述多向相關高超標率項目100%不超標時，其它高超標 率項目的不超標次數和不超標概率；A3-2 選出當所述某一多向相關項目100%不超標時，能使三個或三個以上所述 高超標率項目的不超標概率也達到100%的多向相關高超標率項目；S3-3:在選出的所述多向相關高超標率項目中，剔除必須在特定條件下進行化學 反應或需要進行長時間生物培養，無法進行在線監測的項目；把剔除後餘下的多向相關高 超標率項目為所述重要項目。本發明的所述方法還包括步驟B 分級監測步驟，包括以下步驟Bl 在所述在線監測項目中增加電導率為監測項目；B2 根據測試速度和多向相關程度，將所述在線監測項目分為若干優先級；B3:根據上一優先級的在線監測項目的監測結果，發送啟動或停止下一優先級的 在線監測項目監測的控制信號，控制下一優先級的監測設備啟動或停止。在本發明所述步驟B2中，測試速度快、多向相關程度高並可通過埋入流域水道的 方式取樣測試的在線監測項目具有較高的優先級；而測試速度慢、多向相關程度低並需要 從流域水道中抽取水樣測試的在線監測項目具有較低的優先級。在本發明的所述步驟B3包括以下步驟B3-1 當同一優先級的在線監測項目的所有監測結果均符合標準時，啟動下一優 先級監測設備對下一優先級的在線監測項目進行監測；B3-2:當同一優先級的任一在線監測項目的監測結果不符合標準時，停止或不啟 動下一優先級監測設備。本發明的步驟B3還包括以下步驟B3-3 當任何一優先級的任一在線監測項目的監測結果不符合標準時，停止除了 最高優先級的監測以外的所有優先級的在線監測項目的監測。本發明還一種受控在線多向相關測試項目分級監測系統，包括數據接收模塊，用於接入原始監測數據；超標率對比分類模塊，用於將所述原始監測數據與國標比較，根據水質監測項目 的超標率，將所述原始監測數據的項目分類為高超標率項目和低超標率項目；
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相關性分析模塊，用於判斷所述高超標率項目與其他高超標率項目之間的相關 性，得出與多個所述高超標率項目存在良好相關性的多向相關高超標率項目；條件概率分析模塊，用於根據所述多向相關高超標率項目不超標條件下，其他所 述高超標率項目也不超標的不超標概率得到重要項目；在線監測項目選擇模塊，用於選擇在其不超標時，其他所述高超標率項目達到 100%不超標的個數最多或次多的一個或多個所述重要項目，組成在線監測項目；分級模塊，用於根據測試速度和多向相關程度，將所述在線監測項目分為若干優 先級；監測控制模塊，用於按照所述優先級，根據上一優先級的在線監測項目的監測結 果，發送啟動或停止下一優先級的在線監測項目監測的控制信號，控制下一優先級的監測 設備啟動或停止。實施本發明具有以下有益效果使用本發明得出的在線監測項目進行受控在線分 級監測後，即可直接或間接地確保其餘各水質項目都能處在監控的狀態(包括需要特定條 件化學反應和長時間生物培養而不能進行在線監測的項目)；可即時地把水質狀態的變化 轉化為雨汙混流管網水流分質排放的執行指令，具有監測合理、快速、成本低的優點。進一 步的，還可即時地將水質變化信息傳送到管理部門，作為後續的水質原始監測數據。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是應用於本發明的原始監測數據的數據表的示意圖；圖2是本發明的受控在線多向相關測試項目分級監測方法的超標率的示意圖；圖3是本發明的受控在線多向相關測試項目分級監測方法的相關性係數關係的 示意圖；圖4是本發明的受控在線多向相關測試項目分級監測方法的三級監測系統的分 級監測的流程示意圖；圖5是本發明的受控在線多向相關測試項目分級系統的示意框圖。
具體實施例方式如圖1所示，是本發明的受控在線多向相關測試項目分級監測方法的實施例，可 用於城市河流、水庫、湖泊等地表水管網的水流分質排放中。該方法首先通過在線測試項目 的多向相關概率選擇，確定在線監測項目；然後，根據確定的在線監測項目進行分級監測， 實現對地表水管網的水流分質排放控制。在通過在線測試項目的多向相關概率選擇確定在線監測項目時，執行以下步驟Sl 根據水質監測項目的超標率，將管網所在區域水流近年的水質原始監測數據 中的各項目分類為高超標率項目和低超標率項目。該區域的水質近年原始監測數據如圖1所示，其中，所列同一組(同一行)的監測 數據應該是同一取樣點同一取樣時間所取水樣測試的二十四個項目的原始數據，其取樣每 年應不少於十組，且分布於不同季節，總組數η應大於二十，以獲得該區域較為全面的水質 監測數據。
通過以上監測的原始數據與國標GB3838_2002(當然可以根據需要選用其他標 準)規定比較，得到各項目的超標率，其中一個例子如圖2所示。將水質項目中超標率 ^ 10%的水質項目作為低超標率項目；而其他水質項目作為高超標率項目，進行重點考慮 監測對象。當然，超標率的設定範圍不一定為 90%可信度相關時，將該高超標 率項目確定為多向相關高超標率項目。如圖3所示，是對η組監測的原始水質數據採用一元回歸計算進行，所得到的相關 係數列表。圖中的i = l、2、3......m。當某一項目與其他的高超標率項目間的m-1個相
關係數中有> 3個相關係數的可信度達到> 90%時，將該項目確定為多向相關高超標率項 目。S3:利用條件概率，分別地、對應時段地計算，得出各多向相關高超標率項目不超 標條件下，其他所述高超標率項目也不超標的不超標概率，根據不超標概率得到重要項目。 首先，分別判斷確定各多向相關高超標率項目100%不超標時，其它高超標率項目的不超標 次數和不超標概率；然後，選出當某一多向相關項目100%不超標時，能使三個或三個以上 高超標率項目的不超標概率也達到100%或有明顯提高的多向相關高超標率項目；然後， 在選出的多向相關高超標率項目中，剔除必須在特定條件下進行化學反應或需要進行長時 間生物培養，無法進行在線監測的項目；把剔除後餘下的多向相關高超標率項目確定為重 要項目。其中，有明顯提高是指某高超標率項目從原來的不超標率提高到80%以上，或有成 倍的提高。S4 在上述的重要項目中，選擇在其不超標時，其他高超標率項目達到100%不超 標的個數最多或次多的一個或多個重要項目，組成在線監測項目。具體的，以兩個或多個 重要項目為一組，計算該組重要項目組合同時不超標時，其餘各高超標率項目也不超標的 概率，選擇能使高超標率項目達到100%不超標的個數最多的重要項目組合，為首選監測項 目，並選擇排在次多的另一組重要項目組合為第二受選監測項目，依此類推，得到反映總體 水質的重要項目組合作為在線監測項目。這樣就能直接或間接確保有最多的水質項目處於 監控狀態。S5:在首選監測項目和第二受選監測項目等之外，還在在線監測項目中增加電導 率為監測項目。雖然電導率不屬於國標規定的水質監測和管理標準項目，但是電導率能很 快地較綜合地反映水質的汙染狀況，可大幅提高在線監測的效率、能更及時迅速地反映水 質的總體變化。S6 根據測試速度和多向相關程度，將上述確定的在線監測項目分為若干優先級。 將測試速度快、多向相關程度高(即較能綜合反映水質狀態)、並可通過埋入流域水道的方 式取樣測試的在線監測項目(如電導率、PH值等)定為具有較高的優先級(如一級監測項 目)；而測試速度慢(即監測過程耗時較長)、多向相關程度低、測試儀器昂貴、並需要從流 域水道中抽取水樣測試的在線監測項目(如氨氮、COD等)定為具有較低的優先級(如二
7級監測項目)；依此類推，定義更低的優先級(如三級、四級等監測項目)。進一步的，對於較高優先級的在線監測項目的測試頻率可以設定較高，例如每隔 3-10秒測試一次；而對於較低優先級的在線監測項目的測試頻率可以設定較低，例如每隔 5分鐘或更長時間測試一次等。進一步的，為了確保穩定可靠，以3-5次的監測結果的平均值作為監測結果輸出。另外，監測設備的取樣方式可以根據該設備的監測方法進行配置，例如對於主要 依靠物理方法並且不要求對樣品進行嚴格處理的，採用埋入流域水道的方式取樣測試；對 於需要對樣品進行處理或需要進行化學反應的採用按需從水道中抽取水樣的方式進行取 樣。可以理解的，採用埋入流域水道的方式取樣的測試項目具有較高的優先級；而對於按需 從水道中抽取水樣的方式進行取樣的測試項目具有較低的優先級。S7:根據上一優先級的在線監測項目的監測結果，發送啟動或停止下一優先級的 在線監測項目的監測的控制信號，控制下一優先級的監測設備啟動或停止。當同一優先級 的所有在線監測項目的監測結果均符合標準時，啟動下一優先級監測設備對下一優先級的 在線監測項目進行監測。而當同一優先級的任一在線監測項目的監測結果不符合標準時， 停止或不啟動下一優先級監測設備。進一步的，當任何一優先級的任一在線監測項目的監測結果不符合標準時，停止 除了最高優先級的監測以外的所有優先級的在線監測項目的監測。如圖4所示，是三級監測系統的分級監測的流程示意圖。首先，令一級監測項目定 時、高頻度地連續進行監測；並且，為了確保穩定可靠，以3-5次監測結果的平均值作為監 測結果輸出；然後將每一在線監測項目的監測結果，如電導率、PH值等，與國標水質監測管 理標準比較；在任一個監測結果不符合標準時，關閉或不啟動二級、三級監測。在所有監測結果均符合標準時，啟動低頻度工作的二級監測，對二級監測諸項目 進行監測，如COD、氨氮等；在任一個監測結果不符合標準時，關閉或不啟動三級監測。在所有二級監測結果均符合標準時，啟動更低頻度工作的三級監測，對三級在線 監測項目進行監測。如圖5所示，是本發明的執行以上方法的受控在線多向相關測試項目分級監測系 統，包括數據接收模塊11、超標率對比分類模塊12、相關性分析模塊13、條件概率分析模塊 14、在線監測項目選擇模塊15、分級模塊16、監測控制模塊17。該數據接收模塊11用於接入需要監測區域的水質近年原始監測數據，並將數據 發送至超標率對比分類模塊12。該超標率對比分類模塊12將接收到的近年原始監測數據與國標比較，得到各項 目的超標率，並根據超標率將原始監測數據的項目分類為高超標率項目和低超標率項目。 並將分類後的高超標率項目和低超標率項目信息發送至相關性分析模塊13。該相關性分析模塊13判斷各高超標率項目與其他高超標率項目之間的相關性， 例如按照排列組合原則對高超標率項目進行一元回歸計算，分別確定其擬合最佳的相關性 方程和相關性係數，當某高超標率項目和三個以上其他水質項目存在有> 90%可信度相關 時，將該高超標率項目確定為多向相關高超標率項目。然後，將得到的多向相關高超標率項 目發送至條件概率分析模塊14。該條件概率分析模塊14，根據多向相關高超標率項目不超標條件下，其他高超標率項目也不超標的不超標概率得到重要項目。將得到的重要項目發送至在線監測項目選擇 模塊15。該在線監測項目選擇模塊15選擇在其不超標時，其他高超標率項目達到100%不 超標的個數最多或次多的一個或多個重要項目，組成在線監測項目。將得到的在線監測項 目發送至分級模塊16。該分級模塊16根據測試速度和多向相關程度，將在線監測項目分為若干優先級。 由監測控制模塊17，按照優先級，根據上一優先級的在線監測項目的監測結果，發送啟動 或停止下一優先級的在線監測項目監測的控制信號，控制下一優先級的監測設備啟動或停止。
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權利要求
一種受控在線多向相關測試項目分級監測方法，用於地表水管網的水流分質排放中，其特徵在於，包括以下步驟A通過在線測試項目的多向相關概率選擇，確定監測項目，該步驟包括以下步驟A1根據水質監測項目的超標率，將所述管網的水質原始監測數據的項目分類為高超標率項目和低超標率項目；A2判斷各所述高超標率項目與其他所述高超標率項目之間的相關性，得出與多個所述高超標率項目存在良好相關性的多向相關高超標率項目；A3利用條件概率，得出各所述多向相關高超標率項目不超標條件下，其他所述高超標率項目也不超標的不超標概率，根據所述不超標概率得到重要項目；A4在所述重要項目中，選擇在其不超標時，其他所述高超標率項目達到100％不超標的個數最多或次多的一個或多個所述重要項目，組成在線監測項目。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述步驟A4中，以兩個或多個所述重要 項目為一組，計算該組重要項目同時不超標時，其餘各所述高超標率項目也不超標的概率， 選擇能使所述高超標率項目達到100%不超標的個數最多的重要項目組合，為首選監測項 目，並選擇排在次多的另一組所述重要項目組合為第二受選監測項目，依此類推，得到反映 總體水質的重要項目組合作為在線監測項目。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述低超標率項目是該地表水管網水域 水流水質項目中超標率< 10%的水質項目；其他水質項目為所述高超標率項目。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述步驟A2包括以下步驟A2-1 按照排列組合原則對所述高超標率項目進行一元回歸計算，分別確定其擬合最 佳的相關性方程和相關性係數；A2-2 在所述相關性方程和相關性係數中，當某高超標率項目和三個以上其他水質項 目存在有>90%可信度相關時，將該高超標率項目確定為多向相關高超標率項目。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述步驟A3中，包括以下步驟A3-1 分別判斷確定各所述多向相關高超標率項目100%不超標時，其它高超標率項 目的不超標次數和不超標概率；A3-2:選出當所述某一多向相關項目100%不超標時，能使三個或三個以上所述高超 標率項目的不超標概率也達到100%的多向相關高超標率項目；S3-3 在選出的所述多向相關高超標率項目中，剔除必須在特定條件下進行化學反應 或需要進行長時間生物培養，無法進行在線監測的項目；把剔除後餘下的多向相關高超標 率項目為所述重要項目。
6.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括步驟B分級監測步驟，包 括以下步驟Bl 在所述在線監測項目中增加電導率為監測項目； B2 根據測試速度和多向相關程度，將所述在線監測項目分為若干優先級； B3 根據上一優先級的在線監測項目的監測結果，發送啟動或停止下一優先級的在線 監測項目監測的控制信號，控制下一優先級的監測設備啟動或停止。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，在所述步驟B2中，測試速度快、多向相關 程度高並可通過埋入流域水道的方式取樣測試的在線監測項目具有較高的優先級；而測試2速度慢、多向相關程度低並需要從流域水道中抽取水樣測試的在線監測項目具有較低的優 先級。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，在所述步驟B3包括以下步驟B3-1 當同一優先級的在線監測項目的所有監測結果均符合標準時，啟動下一優先級 監測設備對下一優先級的在線監測項目進行監測；B3-2:當同一優先級的任一在線監測項目的監測結果不符合標準時，停止或不啟動下 一優先級監測設備。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述步驟B3還包括以下步驟B3-3 當任何一優先級的任一在線監測項目的監測結果不符合標準時，停止除了最高 優先級的監測以外的所有優先級的在線監測項目的監測。
10.一種受控在線多向相關測試項目分級監測系統，其特徵在於，包括 數據接收模塊，用於接入原始監測數據；超標率對比分類模塊，用於將所述原始監測數據與國標比較，根據水質監測項目的超 標率，將所述原始監測數據的項目分類為高超標率項目和低超標率項目；相關性分析模塊，用於判斷所述高超標率項目與其他高超標率項目之間的相關性，得 出與多個所述高超標率項目存在良好相關性的多向相關高超標率項目；條件概率分析模塊，用於根據所述多向相關高超標率項目不超標條件下，其他所述高 超標率項目也不超標的不超標概率得到重要項目；在線監測項目選擇模塊，用於選擇在其不超標時，其他所述高超標率項目達到100%不 超標的個數最多或次多的一個或多個所述重要項目，組成在線監測項目；分級模塊，用於根據測試速度和多向相關程度，將所述在線監測項目分為若干優先級；監測控制模塊，用於按照所述優先級，根據上一優先級的在線監測項目的監測結果，發 送啟動或停止下一優先級的在線監測項目監測的控制信號，控制下一優先級的監測設備啟 動或停止。
全文摘要
本發明涉及受控在線多向相關測試項目分級監測方法，可用於城市河流、水庫、湖泊等地表水管網的水流分質排放中。該方法首先通過在線測試項目的多向相關概率選擇，確定在線監測項目；然後，根據確定的在線監測項目進行分級監測，實現對地表水管網的水流分質排放控制。使用本發明得出的在線監測項目進行受控在線分級監測後，即可直接或間接地確保其餘各水質項目都能處在監控的狀態(包括需要特定條件化學反應和長時間生物培養而不能進行在線監測的項目)；具有監測合理、快速、成本低的優點；提供了可即時把水質狀態的變化轉化為管網水流分質排放的執行指令的可能性和基礎，還可即時地將水質變化信息傳送到管理部門，作為後續的水質原始監測數據。
文檔編號G01N21/80GK101949914SQ20091011035
公開日2011年1月19日 申請日期2009年10月28日 優先權日2009年10月28日
發明者朱聞博, 林萬新, 林萬泉, 歐陽俊傑, 章應霖, 胡本雄 申請人:深圳市蘭德瑪水環境工程科技有限公司