[发明专利]一种基于活性污泥相差显微图像的SVI测量方法

说明书

一种基于活性污泥相差显微图像的SVI测量方法，涉及污水处理领域，该方法包括活性污泥显微图像采集、絮体和丝状菌图像分割、絮体和丝状菌特征提取、SVI计算。其中，污泥样本取自曝气池出口，相差显微镜和CCD图像采集系统获取污泥样本的相差显微图像。使用深度卷积网络DeepLabv3+方法构建絮体和丝状菌图像分割模型，实现絮体和丝状菌的分割。分别从絮体和丝状菌分割图像，提取絮体和丝状菌形态学特征参数。基于所提取的絮体和丝状菌特征参数和MLSS、DO、pH在线检测数据，采用偏最小二乘和随机配置网络方法相结合，构建SVI测量模型，实现SVI计算。本发明融合活性污泥图像形态特征参数信息，为活性污泥体积指数SVI检测提供一种在线、可靠的测量手段。

技术领域

本发明涉及一种污水处理测量控制方法，特别是涉及一种基于活性污泥相差显微图像的SVI测量方法。

背景技术

活性污泥法因为其经济、运行稳定的优点广泛应用于城市污水处理厂。活性污泥沉降性能直接决定污水处理厂出水水质和运行效率，尤其是污泥丝状菌膨胀故障工况严重危害污水处理厂的运行安全。污泥体积指数（SVI）是衡量污泥特性和沉降性能的重要指标，一般依赖于实验室离线化验获取，耗费大量人力和物力。因此，SVI在线测量是实现污水处理过程闭环控制和操作优化的前提，是提高污水出水水质、降低污水处理成本、提高处理效率的重要保证。

目前国内外已经有许多学者对污泥体积指数的测量进行了研究，北京工业大学韩红桂等人（CN 102494979A）提出了一种污泥沉降体积指数SVI软测量方法，通过构建自组织RBF神经网络模型，选择进水流量、BOD、COD、TN、曝气池溶解氧、pH作为自组织RBF神经网络输入，实现对SVI在线测量。随着显微镜技术和数字图像采集系统的普及，污水处理厂能够获取大量活性污泥微生物显微图像。活性污泥生物显微图像形态特征和污泥体积指数密切相关。上述方法没有考虑污泥显微图像形态学特征。

显微图像分析是评价污泥沉降性能的有力监测工具，本发明提出了一种基于活性污泥相差显微图像的SVI测量方法，本发明基于深度卷积网络DeepLabv3+方法构建絮体和丝状菌图像分割模型，实现絮体和丝状菌的分割和形态学特征参数提取，融合MLSS、DO、pH在线检测数据，采用偏最小二乘和随机配置网络方法相结合，构建SVI测量模型，实现SVI计算。本发明融合活性污泥图像形态特征参数信息和在线检测数据，为活性污泥体积指数SVI检测提供一种在线、可靠的测量手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于活性污泥相差显微图像的SVI测量方法，本发明用深度卷积网络DeepLabv3+方法构建絮体和丝状菌图像分割模型，实现絮体和丝状菌的分割。基于所提取的絮体和丝状菌特征参数和MLSS、DO、pH在线检测数据，采用偏最小二乘和随机配置网络方法相结合，构建SVI测量模型，实现SVI计算。融合活性污泥图像形态特征参数信息，为活性污泥体积指数SVI检测提供一种在线、可靠的测量手段。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于活性污泥相差显微图像的SVI测量方法，包括下述步骤：

[01]步骤1：采集图像：本实施例中，所述污水处理过程采用活性污泥法；活性污泥样本来源于某石化废水处理厂，污泥样本在实验室活性污泥装置培养，实验室活性污泥工艺装置持续运行，活性污泥微生物图像采集系统包括倒置光学显微镜，工业数码相机和图像采集软件，显微镜的物镜具有10倍，20倍和40倍的放大率，数字图像大小为1024×768像素；