基于边缘计算的多级滤层脱氮设备故障预警方法及系统与流程

本申请涉及污水处理设备智能运维，尤其涉及一种基于边缘计算的多级滤层脱氮设备故障预警方法及系统。

背景技术：

1、多级滤层脱氮设备广泛应用于污水深度处理和再生水回用场景，其通常通过多级滤料截留、生物膜反硝化、碳源调控及反洗恢复等过程，实现对硝态氮、总氮等污染物的进一步去除。随着出水水质标准提高，脱氮设备需要在进水负荷波动、低温运行、碳源变化和滤层老化等复杂条件下保持稳定运行，因此对设备运行状态进行及时监测和故障预警具有重要意义。

2、现有多级滤层脱氮设备的运行监测通常依赖出水水质、流量、压差、溶解氧、氧化还原电位、阀泵状态等在线数据，并通过固定阈值、人工经验规则或集中式监控平台判断设备是否异常。部分技术进一步采用数据分析模型对历史运行数据进行异常识别，以辅助发现滤层堵塞、碳源不足、反洗异常或仪表失准等运行问题。

3、然而，现有技术多以设备整体或出水端指标作为报警依据，难以准确定位异常滤层及故障传导路径；固定阈值难以适应进水负荷和工艺状态变化，容易产生误报或漏报；集中式分析对通信链路依赖较强，难以满足现场快速预警需求；同时，现有模型缺少对滤层结构关系、介质流动关系和脱氮反应机理的联合约束，难以区分真实工艺故障、传感器漂移和短时扰动，导致故障预警的及时性、准确性和可解释性不足。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供了一种基于边缘计算的多级滤层脱氮设备故障预警方法及系统，以解决现有技术存在的故障定位不准、误报漏报率高、现场预警滞后的问题。

2、本申请实施例的第一方面，提供了一种基于边缘计算的多级滤层脱氮设备故障预警方法，包括：获取多级滤层脱氮设备在运行过程中的多源运行数据，并在边缘计算节点对多源运行数据进行时序对齐、数据可信度评估和窗口化处理，生成滤层运行状态数据；根据多级滤层脱氮设备的滤层结构关系、介质流动关系和脱氮反应关系，在边缘计算节点构建滤层状态图谱，并将滤层运行状态数据映射至滤层状态图谱中的滤层节点和关联边；基于滤层状态图谱，对各滤层节点进行水力状态、脱氮转化状态、运行调控状态和监测可信状态的联合表征，生成滤层状态表征；根据滤层状态表征和对应滤层节点的基线状态，计算表征滤层运行偏离程度的机理残差，并基于机理残差在滤层状态图谱中的空间分布和时序变化，生成故障演化表征；将故障演化表征输入部署于边缘计算节点的故障预警模型，确定故障位置、故障类型和故障风险等级，生成多级滤层脱氮设备故障预警结果。

3、本申请实施例的第二方面，提供了一种基于边缘计算的多级滤层脱氮设备故障预警系统，包括：获取模块，用于获取多级滤层脱氮设备在运行过程中的多源运行数据，并在边缘计算节点对多源运行数据进行时序对齐、数据可信度评估和窗口化处理，生成滤层运行状态数据；构建模块，用于根据多级滤层脱氮设备的滤层结构关系、介质流动关系和脱氮反应关系，在边缘计算节点构建滤层状态图谱，并将滤层运行状态数据映射至滤层状态图谱中的滤层节点和关联边；表征模块，用于基于滤层状态图谱，对各滤层节点进行水力状态、脱氮转化状态、运行调控状态和监测可信状态的联合表征，生成滤层状态表征；计算模块，用于根据滤层状态表征和对应滤层节点的基线状态，计算表征滤层运行偏离程度的机理残差，并基于机理残差在滤层状态图谱中的空间分布和时序变化，生成故障演化表征；生成模块，用于将故障演化表征输入部署于边缘计算节点的故障预警模型，确定故障位置、故障类型和故障风险等级，生成多级滤层脱氮设备故障预警结果。

4、本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

5、通过获取多级滤层脱氮设备在运行过程中的多源运行数据，并在边缘计算节点对多源运行数据进行时序对齐、数据可信度评估和窗口化处理，生成滤层运行状态数据；根据多级滤层脱氮设备的滤层结构关系、介质流动关系和脱氮反应关系，在边缘计算节点构建滤层状态图谱，并将滤层运行状态数据映射至滤层状态图谱中的滤层节点和关联边；基于滤层状态图谱，对各滤层节点进行水力状态、脱氮转化状态、运行调控状态和监测可信状态的联合表征，生成滤层状态表征；根据滤层状态表征和对应滤层节点的基线状态，计算表征滤层运行偏离程度的机理残差，并基于机理残差在滤层状态图谱中的空间分布和时序变化，生成故障演化表征；将故障演化表征输入部署于边缘计算节点的故障预警模型，确定故障位置、故障类型和故障风险等级，生成多级滤层脱氮设备故障预警结果。本申请能够提高故障定位准确性、降低误报漏报率、缩短现场预警时延。

1.一种基于边缘计算的多级滤层脱氮设备故障预警方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取多级滤层脱氮设备在运行过程中的多源运行数据，并在边缘计算节点对多源运行数据进行时序对齐、数据可信度评估和窗口化处理，生成滤层运行状态数据，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据多级滤层脱氮设备的滤层结构关系、介质流动关系和脱氮反应关系，在边缘计算节点构建滤层状态图谱，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将滤层运行状态数据映射至滤层状态图谱中的滤层节点和关联边，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于滤层状态图谱，对各滤层节点进行水力状态、脱氮转化状态、运行调控状态和监测可信状态的联合表征，生成滤层状态表征，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述按照滤层状态图谱中的层级传导关系，对各节点联合状态进行图结构聚合，生成滤层状态表征，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据滤层状态表征和对应滤层节点的基线状态，计算表征滤层运行偏离程度的机理残差，并基于机理残差在滤层状态图谱中的空间分布和时序变化，生成故障演化表征，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述按照滤层状态图谱中的层级传导关系，对各滤层节点的机理残差进行空间关联分析，生成残差分布表征，包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将故障演化表征输入部署于边缘计算节点的故障预警模型，确定故障位置、故障类型和故障风险等级，生成多级滤层脱氮设备故障预警结果，包括：

10.一种基于边缘计算的多级滤层脱氮设备故障预警系统，其特征在于，包括：