Soft Sensor of the Key Effluent Index in the Municipal Wastewater Treatment Process Based on Transformer

计算机科学 软传感器 数据建模 非线性系统 变压器 水准点(测量) 时间序列 过程(计算) 数据挖掘 实时计算 工程类 机器学习 物理 大地测量学 量子力学 数据库 电压 地理 电气工程 操作系统
作者
Peng Chang,S. Zhang,Zichen Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (3): 4021-4028 被引量:10
标识
DOI:10.1109/tii.2023.3316179
摘要

Data-driven soft sensor methods have been widely used in municipal wastewater treatment processes to achieve efficient monitoring of effluent indicators. However, the complex biochemical reaction mechanisms in the wastewater treatment process lead to process data with strong nonlinear and time correlation characteristics, which causes the performance of the current state-of-the-art soft sensor techniques to be limited. Therefore, in this article, a novel Transformer network is introduced to construct a soft sensor model. The model structure utilizes a positional encoding mechanism combined with a multihead attention mechanism for the parallel processing of data, which can establish global interdependencies in the time series to fully extract the long-term time correlation of the time series data. Subsequently, the model is introduced with a residual connection module to successfully ensure the extraction capability of the model for nonlinear characteristics while also avoiding the problem of gradient disappearance and ensuring the performance of the model. Finally, the effectiveness and feasibility of the proposed method were verified on the benchmark simulation model.
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