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机器学习技术在饮用水处理和管理中的应用
化学机器视觉 陕西省 / 时间:2024-04-03 09:25:16

搜狐网4月1日讯:饮用水处理和管理是确保公共健康和可持续发展的关键领域。随着技术的进步,机器学习已经成为饮用水处理和管理系统中不可或缺的一部分。本文将从机器学习在饮用水源管理、处理过程、水分配和决策支持等方面的应用进行探讨,以展示其在保障饮用水安全和效率方面的潜力和价值。

机器学习在饮用水源水质评估和预测中的应用

饮用水源的水质评估和预测对于预警和控制污染至关重要。Bouamar等人在2007年的研究中,评估了基于多传感器的人工神经网络(ANN)和支持向量机(SVM)算法在动态水质监测中的潜力。这两种模型在识别不同类别水质方面都显示出了较高的准确率,其中SVM因其稳定性而更受青睐。

Wu等人提出了一种自适应频率分析方法,利用挪威四个城市饮用水质量数据集,为水质风险预警、管理和早期决策提供了科学依据。Liu等人则利用长短期记忆网络(LSTM)和深度神经网络(DNN)对时间序列数据进行预测,建立了能够预测未来六个月水质的模型。

Arnon等人使用SVM基于紫外线吸收数据预测污染事件,该方法在四个数据集中均显示出高检出率和低错误率。此外,微生物参数,尤其是大肠杆菌(E. coli),在水质评估中也受到越来越多的关注。

机器学习在饮用水处理过程中的应用

饮用水处理过程中,混凝剂和消毒剂的使用对水质有重要影响。SVM算法因其结构简单和鲁棒性强,在絮凝和消毒施工方案预测中得到了广泛应用。Wang等人提出了一种基于SVM模型的化学剂量预测控制方案,该方案在预测余留游离氯方面表现出比传统控制方法更高的效率。

机器学习在饮用水分配系统中的应用

饮用水分配系统的安全运行、故障监测和灾害预测对于保障供水至关重要。聚类分析在此领域中被用来识别水网之间的水质差异,以及评估运输过程中的水质变化。Tian等人使用聚类分析确定了混合水源对饮用水供应系统中铝残留物的贡献。

深度学习模型也被用来预测供水管道的潜在破裂位置,尽管存在一定的不确定性。Rayaroth等人提出了一种基于洗牌青蛙跳跃优化技术的随机决策树袋装分类器,用于在配水管网中以最少数量的传感器识别漏水情况。

机器学习在决策支持系统中的应用

准确的水生产能力预测对于区域发展和人口增长至关重要。Zhang等人建立了一个结合人工神经网络和遗传算法的混合统计模型,用于预测饮用水处理厂的性能。Cardoso等人提出了一种基于时间序列聚类的城市水资源管理自动监测框架,以识别不同时间段的用水需求。

Guo等人开发的门控循环单元网络成功预测了未来15分钟和24小时的需水量。Ghiassi等人采用动态人工神经网络(DAN2)和聚焦时间延迟神经网络(KNN)预测德黑兰的用水需求,其中DAN2在日、周、月模型中的预测准确率分别达到了96%、99%和98%。

机器学习技术在饮用水处理和管理系统中的应用展现了巨大的潜力。ANN和SVM作为两种主要的机器学习算法,在水质评估、处理过程优化、水分配和需求预测等方面发挥了重要作用。随着机器学习技术的不断发展,其在饮用水领域的应用将更加广泛和深入,为保障饮用水安全和效率提供更强大的支持。尽管存在实时数据收集和处理的挑战,但随着技术的进步,这些问题有望得到解决,从而更好地服务于公共健康和可持续发展。


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