论文信息

Jingbo Zhao / Hongwei Xia / Yang Li 等 6 人

AQUA - Water Infrastructure Ecosystems and Society

论文解读

AI 辅助整理
方法
六参数实时传感、SPC、规则决策支持与九种监督学习模型对比。
发现
随机森林与LightGBM分类准确率达99.5%,温度、pH和硬度影响最大。
机会点
可将该框架迁移至农业锅炉或灌溉水质监测,并引入长期工业数据验证与边缘部署。

论文摘要

摘要 锅炉水质直接影响工业蒸汽发生系统的效率、可靠性和使用寿命,监测不足会导致结垢、腐蚀、传热效率下降和非计划停机。本研究提出了一种基于物联网(IoT)的智能锅炉水质连续监测与预警框架,集成了实时传感、统计过程控制(SPC)、基于规则的决策支持和机器学习。系统连续监测六项关键参数:pH值、电导率、氯离子浓度、硬度、溶解氧和温度。SPC执行实时过程监控,基于规则的决策支持系统根据预设运行限值生成纠正建议。为验证该框架,采用代表性运行场景对九种监督机器学习模型进行了评估;随机森林和LightGBM取得了最高的分类性能,在10折交叉验证下准确率达99.5%。相关性分析显示,电导率与硬度(r = 0.73)、电导率与氯离子(r = 0.70)、硬度与氯离子(r = 0.72)之间存在强正相关关系。特征重要性分析表明,温度(31.9%)、pH值(27.9%)和硬度(18.1%)是最具影响力的变量。该框架能够实现连续监测、快速识别锅炉异常工况并及时提供运行决策支持,展示了进一步利用长期工业锅炉数据进行验证的概念验证能力。

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AQUA - Water Infrastructure Ecosystems and Society
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