Применение интеллектуальных методов обработки данных приобретает всё большее значение в мониторинге водных ресурсов, как для анализа состояния системы, так и для оценки происходящих в ней процессов [1-2]. Это инструмент для разработки прогнозов и многовариантных сценариев отклика системы на изменения входных параметров и управленческие решения [3].

В данном исследовании описано применение методов нечеткой логики для решения задачи управления процессом дозирования хлора при обеззараживании питьевой воды. В ходе работы применялась методика решения задач, состоящая в представлении знаний об объекте управления в виде правил и в обработке этой информации при помощи методов теории нечетких множеств [4]. Для реализации системы нечеткого вывода использован пакет MatLab с пакетом нечеткого моделирования Fuzzy Logic Toolbox.

В задачи исследования входит внедрение системы нечеткого вывода в устройство дозирования хлорагента на станциях водоподготовки. Функции принадлежности, построенные в ходе работы, представляют собой нечеткую базу знаний, которая хранит информацию о правилах управления подачей хлора в процессе обеззараживания.

На основании экспертных данных о основных технологических параметрах хлорирования воды построены функции принадлежности нечетких множеств (Рис.1).

Рис. 1. Функция принадлежности входной переменной «Концентрация остаточного хлора»

Главным преимуществом нечеткого подхода является формирование числа правил управления в зависимости от числа и значений входных переменных регулятора. Графическое представление правил нечеткого вывода представлено на рисунке 2.

Рис.2. Графическое представление правил нечеткого вывода

Для вывода используется алгоритм Мамдани, который позволит получать значения дозы хлора при разных входных значениях переменных. В качестве входных переменных были выбраны концентрация остаточного хлора, скорость изменения остаточного хлора и концентрация хлороформа. Доза хлора при обеззараживании питьевой воды зависит от 3 входных параметров, зависимость которых можно представить в трехмерном виде. При использовании нечетких правил ввода данных качества питьевой воды построена трехмерная модель (рис. 3), показывающая зависимость лингвистических переменных (две входных переменные и целевая выходная, оставшиеся приравниваются к нулю) [2].

Рис. 3. Поверхности вывода: зависимость коэффициента дозы хлора от содержания остаточного хлора и скорости его изменения

Предложенная методология позволит стабилизировать подачу хлора, увеличить эффективность технологического процесса, а позволит избежать перехлорирования питьевой воды и обеспечить более безопасное водопотребление. Таким образом, применение систем с нечеткой логикой сокращает до минимума возможность образования хлорорганических соединений и связанного с ними канцерогенного риска для здоровья населения.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-35-00489.

Список литературы:

1. Кику П.Ф. Информационно-аналитическое моделирование медико-экологических процессов здоровья населения//Профилактическая и клиническая медицина. 2005. № 1. С. 36-43.  
2. Бахмацкая А. И., Плуготаренко Н. К. Анализ экологической безопасности процессов хлорирования воды//Экология промышленного производства. 2016. № 2 (94). С. 52-56. 
3. Ермолаева С. В., Журавлев В. М., Смагин А. А., Липатова С. В. Система поддержки принятия решений для оценки воздействия факторов среды на здоровье населения на основе моделирования // Экология человека, -2016, -3,-С 9-17
4. Беседин П.В., Андрущак С.В., Козлов В.К. Методы нечеткой логики в задачах управления дозированием шлама // Цемент и его применение,- 2014, - 6,  С 74-77