化工学报 ›› 2019, Vol. 70 ›› Issue (9): 3465-3472.DOI: 10.11949/0438-1157.20190122
廉小亲1,2(),王俐伟1,2,安飒1,2,魏伟1,2(
),刘载文1,2
收稿日期:
2018-02-18
修回日期:
2018-05-16
出版日期:
2019-09-05
发布日期:
2019-09-05
通讯作者:
魏伟
作者简介:
廉小亲(1967—),女,博士,教授,基金资助:
Xiaoqin LIAN1,2(),Liwei WANG1,2,Sa AN1,2,Wei WEI1,2(
),Zaiwen LIU1,2
Received:
2018-02-18
Revised:
2018-05-16
Online:
2019-09-05
Published:
2019-09-05
Contact:
Wei WEI
摘要:
污水处理是一个复杂的非线性过程,化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)是评价污水处理效果的关键指标之一。COD的传统测量方法耗时长、成本高,基于传统神经网络的软测量方法提高了COD参数的测量速度但精度较差。针对这些问题,设计一种结合自组织特征映射 (self-organizing map, SOM)和径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络的COD参数软测量方法。该方法利用SOM网络聚类数据样本,根据所得聚类结果确定RBF网络的隐层节点数及节点的数据中心,综合提高RBF网络的收敛速度和拟合精度。利用污水处理厂部分水样数据建立COD软测量模型,模型仿真和硬件在线测试结果表明,相对于传统的BP、RBF等网络,基于SOM-RBF神经网络的COD软测量方法测量时间短、预测精度较高,具有较为广阔的应用前景。
中图分类号:
廉小亲, 王俐伟, 安飒, 魏伟, 刘载文. 基于SOM-RBF神经网络的COD软测量方法[J]. 化工学报, 2019, 70(9): 3465-3472.
Xiaoqin LIAN, Liwei WANG, Sa AN, Wei WEI, Zaiwen LIU. On soft sensor of chemical oxygen demand by SOM-RBF neural network[J]. CIESC Journal, 2019, 70(9): 3465-3472.
模型输入 | 模型输出 | |||
---|---|---|---|---|
氧化还原电 位(ORP)/mV | 浊度(SS)/ NTU | 流量(Q in)/ (m3·h) | 溶解氧(DO)/ (mg·L-1) | 出水化学需氧量 (COD)/(mg·L-1) |
-68.00 | 65.00 | 1544.00 | 3.64 | 80.50 |
-56.00 | 105.44 | 2001.00 | 3.67 | 63.40 |
-56.00 | 115.00 | 2423.00 | 3.43 | 59.80 |
-90.00 | 120.40 | 2358.00 | 3.86 | 56.10 |
-71.00 | 65.00 | 1742.00 | 3.83 | 63.40 |
-81.00 | 105.44 | 1883.00 | 4.79 | 43.90 |
-93.00 | 115.00 | 2293.00 | 3.32 | 43.90 |
-91.00 | 120.39 | 1915.00 | 3.40 | 87.00 |
-84.00 | 137.22 | 1907.00 | 3.85 | 34.20 |
-59.00 | 138.00 | 1914.00 | 3.43 | 53.70 |
表1 部分实测数据
Table 1 Part of measured data
模型输入 | 模型输出 | |||
---|---|---|---|---|
氧化还原电 位(ORP)/mV | 浊度(SS)/ NTU | 流量(Q in)/ (m3·h) | 溶解氧(DO)/ (mg·L-1) | 出水化学需氧量 (COD)/(mg·L-1) |
-68.00 | 65.00 | 1544.00 | 3.64 | 80.50 |
-56.00 | 105.44 | 2001.00 | 3.67 | 63.40 |
-56.00 | 115.00 | 2423.00 | 3.43 | 59.80 |
-90.00 | 120.40 | 2358.00 | 3.86 | 56.10 |
-71.00 | 65.00 | 1742.00 | 3.83 | 63.40 |
-81.00 | 105.44 | 1883.00 | 4.79 | 43.90 |
-93.00 | 115.00 | 2293.00 | 3.32 | 43.90 |
-91.00 | 120.39 | 1915.00 | 3.40 | 87.00 |
-84.00 | 137.22 | 1907.00 | 3.85 | 34.20 |
-59.00 | 138.00 | 1914.00 | 3.43 | 53.70 |
算法 | 训练时间/s | 训练误差绝对值平均/(mg·L-1) | 测试误差绝对值平均/(mg·L-1) | 均方误差 | 训练相对误差/% |
---|---|---|---|---|---|
BP | 93.32 | 1.15 | 1.23 | 2.10 | 12 |
RBF | 8.62 | 0.78 | 0.89 | 1.97 | 10 |
K-means-RBF | 5.30 | — | 0.52 | 0.55 | — |
SOM-RBF | 5.35 | 0.27 | 0.36 | 0.23 | 3 |
表2 四种模型预测结果对比
Table 2 Comparison of prediction results of four models
算法 | 训练时间/s | 训练误差绝对值平均/(mg·L-1) | 测试误差绝对值平均/(mg·L-1) | 均方误差 | 训练相对误差/% |
---|---|---|---|---|---|
BP | 93.32 | 1.15 | 1.23 | 2.10 | 12 |
RBF | 8.62 | 0.78 | 0.89 | 1.97 | 10 |
K-means-RBF | 5.30 | — | 0.52 | 0.55 | — |
SOM-RBF | 5.35 | 0.27 | 0.36 | 0.23 | 3 |
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