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龙图腾网获悉南京邮电大学申请的专利一种水厂加矾过程串级控制方法及系统获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN120831903B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-25发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202511344274.7，技术领域涉及：G05B11/42；该发明授权一种水厂加矾过程串级控制方法及系统是由王冬生;赵文博;于水;王传壮设计研发完成，并于2025-09-19向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种水厂加矾过程串级控制方法及系统在说明书摘要公布了：本发明公开了一种水厂加矾过程串级控制方法及系统，包括：获取自来水厂的预处理后的运行数据；根据预处理后的运行数据，基于预训练好的LSTM‑Transformer预测模型，得到当前时刻的明矾投加量预测值、出水浊度预测值和沉降速度预测值；基于SAM算法对矾花图像进行分割，采用OpenCV提取特征，计算沉降速度；基于前馈‑反馈复合控制，前馈控制通过监测原水水质的变化，来及时对加矾量进行调整，串级控制的主回路通过MPC预测出水浊度计算得到沉降速度的最优设定值，副回路通过沉降速度计算明矾投加量，前馈控制与串级控制分权求和，计算出最终明矾投加量。本发明能够提供更精确的调控明矾的投加量。

本发明授权一种水厂加矾过程串级控制方法及系统在权利要求书中公布了：1.一种水厂加矾过程串级控制方法，其特征在于，包括： 获取自来水厂的原始运行数据和矾花图像；并对原始运行数据和矾花图像进行预处理； 利用LSTM-Transformer网络预测模型构建前馈加矾量预测模型；将预处理后的原始运行数据作为输入数据，利用预训练好的前馈加矾量预测模型，得到当前时刻的前馈加矾量预测值； 利用SAM算法将预处理后的矾花图像分割出矾花的形态，并生成掩码列表；采用OpenCV轮廓检测算法基于掩码列表逐层提取分割区域的边界坐标，计算出矾花的几何特征和物理参数，并根据几何特征和物理参数计算沉降速度； 利用LSTM-Transformer网络预测模型构建出水浊度预测模型和沉降速度预测模型；出水浊度预测模型的输入为MPC控制器计算的沉降速度设定值，输出为出水浊度预测值；沉降速度预测模型的输入为沉淀池进水量，输出为沉降速度预测值； 根据出水浊度预测值，由主回路的MPC控制器计算沉降速度的最优设定值，根据沉降速度的最优设定值与沉降速度预测值的偏差，副回路使用PID控制器控制明矾投加量； 由副回路的PID控制器输出的明矾投加量加上前馈加矾量预测值，生成最终的加矾量； 所述几何特征和物理参数的计算方法如下： 采用格林公式将二维平面闭合区域的面积积分转化为边界线积分，公式为： ； 其中，为单个矾花的面积，表示第个轮廓边界点的像素坐标，为轮廓点总数；对每个分割区域进行像素面积累加，最终获得混凝体总面积 通过链式近似法将连续边界离散化为水平、垂直或对角线方向的线段组合，逐段累加段长度： 其中，为每个分割区域的长度，为离散化连续边界线段的数量； 对每个分割区域均进行长度累加，最终获得总长度 将非规则形状的混凝体等效为同面积圆形，建立几何简化模型，公式为： 其中，为轮廓的实际面积，为单个矾花的等效直径，单位与像素尺寸一致； 通过边缘追踪算法识别二值图像中的闭合轮廓，每一个闭合轮廓被视为一个单独的矾花个体，矾花数量记为 物理参数和沉降速度的计算方法如下： 动力粘度：采用VFT方程计算： 其中，为预指数因子，均为常数，为水温； 通过非线性调整公式计算絮体颗粒的等效密度 其中，为絮体的等效直径； 采用面积-周长比法推导力学半径： ； 其中，为混凝体总面积，为混凝体总长度，为混凝体数量； 沉降速度计算方法如下： ； 其中，为流体的密度，为重力加速度； MPC控制器的目标函数为： ； 其中，是第步预测的出水浊度输出，是第步设定值，是控制变量权重，是操纵变量权重，是第步的控制输入增量，为预测视野，为控制视野，为MPC控制器的目标函数，是时间步索引； MPC控制器利用序列最小二乘规划算法求解最优控制序列，提取首值作为副回路的沉降速度的最优设定值。

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