近年來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，但隨之而來(lái)的水污染問(wèn)題亟待解決。我國(guó)污水排放總量維持在較高水平，地表水、地下水均受到了不同程度的污染，治污形勢(shì)嚴(yán)峻。因此，保護(hù)水資源、治理水體污染、改善水環(huán)境是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展過(guò)程中的重要舉措。此外，社會(huì)的發(fā)展，人口的增長(zhǎng)，污水處理量也成倍增長(zhǎng)。污水處理的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格，污水處理廠的成本也在增加。污水處理廠被用來(lái)收集和處理污水，處理污水使其中的有機(jī)污染物以及氮、磷等達(dá)標(biāo)排放。污水處理能夠消減對(duì)水環(huán)境的污染；同時(shí)，處理達(dá)標(biāo)的再生水被用于灌溉種植、城市清理，能夠促進(jìn)水資源的循環(huán)利用。因此，興建城市污水處理廠，提高污水處理能力已經(jīng)成為改善城市生態(tài)環(huán)境、緩解水資源短缺的必然選擇。

污水處理最終目標(biāo)就是使各項(xiàng)出水水質(zhì)如固體懸浮物濃度、氨氮濃度、化學(xué)需氧量、生化需氧量等指標(biāo)能夠達(dá)標(biāo)。污水處理過(guò)程中控制溶解氧以及硝態(tài)氮濃度時(shí)所消耗能量巨大使得各污水處理廠在追求降低能耗保證水質(zhì)的同時(shí)其運(yùn)行成本也在不斷增加。因此，在保證各項(xiàng)出水參數(shù)達(dá)標(biāo)的前提下，如何有效降低污水處理過(guò)程中的成本消耗，對(duì)污水處理過(guò)程實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明目的：針對(duì)背景技術(shù)中指出的問(wèn)題，本發(fā)明提出提供了一種基于知識(shí)遷移型約束MOEA/D的污水處理過(guò)程協(xié)同優(yōu)化控制方法，并將其應(yīng)用于污水處理過(guò)程對(duì)溶解氧濃度和硝態(tài)氮濃度進(jìn)行尋優(yōu)，以達(dá)到提升出水水質(zhì)和降低能耗的目的。通過(guò)控制器對(duì)第五分區(qū)溶解氧濃度SO,5、第二分區(qū)硝態(tài)氮濃度SNO,2的最優(yōu)值進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤控制。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種基于知識(shí)遷移型約束MOEA/D的污水處理過(guò)程協(xié)同優(yōu)化控制方法，包括如下步驟：

步驟1：采集污水處理過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，有助于監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、分析性能并進(jìn)行優(yōu)化。相關(guān)數(shù)據(jù)包括硝態(tài)氮濃度(SNO,2)、溶解氧濃度(SO,5)、溶解氧轉(zhuǎn)換系數(shù)(KLa,)、內(nèi)回流量(Qa)、運(yùn)行能耗(EC，包括泵送能耗和曝氣能耗)以及出水水質(zhì)(EQ)等數(shù)據(jù)；

步驟2：采用T?S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)時(shí)采集的污水處理參數(shù)建立總能耗和出水水質(zhì)的出水指標(biāo)軟測(cè)量模型，并將其作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，以預(yù)測(cè)系統(tǒng)的總能耗和出水水質(zhì)；在初次建模之后的控制周期，將基于已有的特征數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)指標(biāo)，建立模型來(lái)描述新的處理過(guò)程，可以使用遷移學(xué)習(xí)的方法，將已有模型的知識(shí)遷移到新的模型中，從而加速新模型的建立和訓(xùn)練過(guò)程；

 步驟3：通過(guò)自適應(yīng)約束多目標(biāo)進(jìn)化方法處理出水水質(zhì)約束；

步驟4：利用知識(shí)遷移策略自主生成本次優(yōu)化過(guò)程的初始種群。在第一次優(yōu)化時(shí)采用隨機(jī)初始化種群，在之后新一輪的優(yōu)化過(guò)程中，利用先前優(yōu)化周期的有用知識(shí)信息來(lái)這可以通過(guò)計(jì)算Pareto解之間的相似性指標(biāo)，并選擇與當(dāng)前問(wèn)題相關(guān)性較高的一部分Pareto解作為初始種群來(lái)實(shí)現(xiàn)加速新一輪優(yōu)化過(guò)程。相似性較高的解通常具有更好的啟發(fā)信息，可以幫助加速優(yōu)化過(guò)程。這種方法可以減少隨機(jī)初始化種群所需的時(shí)間與資源，提高優(yōu)化效率。

步驟5：基于密度估計(jì)的動(dòng)態(tài)鄰域MOEA/D算法，該算法通過(guò)利用角度進(jìn)化狀態(tài)判斷機(jī)制、距離密度估計(jì)策略、動(dòng)態(tài)鄰域策略和懲罰因子動(dòng)態(tài)調(diào)整策略來(lái)改進(jìn)原始MOEA/D，利用改進(jìn)后的多目標(biāo)算法對(duì)能耗和出水水質(zhì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到帕累托解集，對(duì)溶解氧濃度和硝態(tài)氮濃度的設(shè)定值進(jìn)行尋優(yōu)。

步驟6：通過(guò)采用模糊隸屬函數(shù)方法設(shè)計(jì)決策出每組解的最優(yōu)解決方案，并獲得硝態(tài)氮SNO,2和溶解氧SO,5濃度的優(yōu)化設(shè)定值，達(dá)到出水總能耗EC和出水水質(zhì)EQ之間的最佳平衡；

步驟7：將得到硝態(tài)氮濃度、溶解氧濃度的優(yōu)化解作為模糊邏輯控制器的跟蹤設(shè)定值，利用模糊邏輯控制器輸出溶解氧轉(zhuǎn)換系數(shù)、內(nèi)回流量的實(shí)時(shí)控制值，控制污水處理過(guò)程中硝態(tài)氮濃度、溶解氧濃度；

步驟8：利用已有的特征數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)指標(biāo)，結(jié)合新處理過(guò)程的特點(diǎn)，調(diào)整處理控制周期。通過(guò)監(jiān)測(cè)出水的COD值，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題，并根據(jù)COD值的變化來(lái)調(diào)整處理控制周期，以保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定。根據(jù)已有處理過(guò)程的監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)，設(shè)置監(jiān)測(cè)指標(biāo)閾值，檢測(cè)水質(zhì)指標(biāo)的COD濃度，當(dāng)新處理過(guò)程的監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)COD值持續(xù)上升或者超過(guò)閾值，需要縮短處理控制周期；如果COD值持續(xù)下降或者穩(wěn)定在較低水平，可以考慮延長(zhǎng)處理控制周期。

優(yōu)點(diǎn)：本方案針對(duì)固定周期的優(yōu)化控制策略以及傳統(tǒng)MOEA/D算法進(jìn)行改進(jìn)，提出協(xié)同優(yōu)化控制方法、動(dòng)態(tài)鄰域調(diào)整的MOEA/D以及知識(shí)遷移策略，并將其應(yīng)用于污水處理過(guò)程對(duì)溶解氧濃度和硝態(tài)氮濃度的設(shè)定值進(jìn)行尋優(yōu)，完成了對(duì)SNO,2和SO,5濃度優(yōu)化設(shè)定值的高性能精確控制。該方法能夠有效提高污水處理過(guò)程的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，在出水指標(biāo)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)污水處理過(guò)程的節(jié)能降耗。