本发明涉及环境工程和智能化基础设施管理，尤其涉及一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统。
背景技术：
1、由于城市扩张迅速，越来越多的非透水面如道路、建筑和其他基础设施取代了原有的土地，减少了地表的自然吸水能力，加剧了城市排水系统面临的压力。在暴雨发生时，这些非透水表面迅速集水，加速水流向城市排水系统的汇聚，使得系统超负荷运行，难以有效分流或储存这些额外的水量。
2、传统的城市排水系统在设计和功能上常常无法有效应对快速变化的环境条件和日益增加的城市化压力。特别是在极端气候事件，如强降雨期间，现有的基础设施往往显示出其局限性。这些系统主要依靠重力流和既定的水道设计来管理城市排水，但在遭遇超出设计标准的降雨量时，排水系统常常无力处理突增的地面径流。这不仅增加了洪水泛滥的风险，同时也导致大量未经处理的污染物直接排入河流、湖泊等接收水体，对环境和公共健康构成严重威胁。
3、此外，现有的城市排水系统大多数缺乏足够的实时监控设备，使得在紧急情况下无法实时了解系统运行状态和具体需求。缺乏这些信息的排水系统难以作出快速反应，无法及时调整其处理策略来应对快速变化的环境条件和突发的水质问题。例如，在暴雨期间，如果不能及时识别排水系统的瓶颈区域，可能就无法有效分配资源以防止洪水泛滥。
4、此外，现有系统通常也缺乏自动响应机制。在发生降雨或洪水事件时，系统管理员需要手动调整泵站运行和水闸门操作，这不仅反应慢，而且增加了操作过程中的人为错误可能性。这种依赖于人工操作的方式在突发事件发生时可能导致关键决策的延迟，进一步加剧了因排水系统不足而引发的问题。
5、综上所述，传统城市排水系统在设计和操作上存在多项不足，难以有效应对现代城市环境中的挑战。因此，为了保护城市安全和环境健康，迫切需要对现有的城市排水系统进行改进和升级。通过整合现代技术，如实时数据监测、自动调节控制和更高效的水流管理策略，可以极大地提升城市排水系统的性能和应对突发环境事件的能力。
6、为了解决上述问题，本发明提出一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提出一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统以解决背景技术中所提出的问题：
2、传统城市排水系统在设计和操作上存在多项不足，难以有效应对现代城市环境中的挑战。
3、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
4、一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统，包括：排口处理模块、传感器网络和控制系统；
5、所述排口处理模块包括物理过滤单元、化学处理单元和生物处理单元，分别将排口内部划分为包括物理过滤区、化学处理区和生物处理区；
6、所述传感器网络包括智能传感网络和视频监控系统；
7、所述智能传感网络基于水质传感器和物理传感器采集相应的参数，并通过无线网络实时传输至中心监控系统；
8、所述视频监控系统基于高清摄像头进行实时视频监控，并通过中心监控系统进行远程诊断和维护；
9、所述控制系统用于根据传感器数据自动调整水处理设备的运行；
10、所述控制系统包括智能控制单元和远程操作界面；
11、所述智能控制单元根据实时数据和预测模型自动调整化学剂投放和生物处理单元的活性，优化处理效果和能源使用效率；
12、所述远程操作界面用于支持多平台访问，允许用户从任何地点监控系统状态，进行参数调整和系统优化。
13、优选地，所述物理过滤单元中设置有自动清洁粗滤系统和多层细滤系统；
14、所述自动清洁粗滤系统中基于安装的机械臂，根据预设的时间或污染物的积累程度自动清洁滤网；
15、所述多层细滤系统包括若干个不同孔径的滤网，具备倒流清洗功能，根据传感器检测到的颗粒物浓度自动调节清洗频率。
16、优选地，所述多层细滤系统还具备倒流清洗功能。
17、优选地，所述排口处理模块中，各单元采用垂直堆叠的方式进行相应的处理。
18、优选地，所述水质传感器采集化学需氧量cod、氨氮、ph值、溶解氧、硫化物和浊度数据；所述物理传感器采集水位和流速数据。
19、优选地，所述智能控制单元基于bi-lstm网络和改进对抗生成网络，所述bi-lstm网络由前向lstm与后向lstm组合而成，每个lstm由遗忘门、输入门和输出门进行学习，基于输入特征序列生成依赖序列xt，并融入注意力机制，所述注意力机制具体如下：
20、
21、其中，q1、q2和q3为注意力机制第一参数矩阵、第二参数矩阵和第三参数矩阵；t,τ∈n为输入特征数量；t为向量的转置；
22、bi-lstm网络的输出由前向lstm与后向lstm的输出结合得到，前向lstm记录各时刻正序的输出；反向lstm记录个时刻逆序的输出；具体如下：
23、h1,t＝f(xt,h1,t-1)
24、h2,t＝f(xt,h2,t-1)
25、ht＝contact(h1,t,h2,t)
26、其中，h1,t、h2,t分别为前向lstm和后向lstm的输出状态；f(·)为双向计算机制；xt为t时刻的输入数据特征；h1,t-1、h2,t-1分别为前向lstm和后向lstm的上一个隐藏状态；ht为bi-lstm的最终输出；
27、所述lstm网络中还使用改进生成器网络生成预测结果，使用判别器网络对生成器网络生成的预测结果进行判别；
28、所述改进生成对抗网络基于原始输入数据特征进行特征重构，生成重构特征进行训练预测，其损失函数l如下：
29、
30、其中，p为判别器；s为生成器；r为特征输出；y为重构生成的特征，x为输入特征；w为预测损失；|| ||1为l1范数；|| ||2为l2范数。
31、优选地，所述物理过滤单元包括壳体，所述壳体的上表面固定连接有汇流斗，所述自动清洁粗滤系统和多层细滤系统依次自上而下依次设置在汇流斗的下方；
32、所述自动清洁粗滤系统的内壁固定连接有沥水网，且机械臂位于自动清洁粗滤系统上方设置，用于异物清理。
33、所述自动清洁粗滤系统和多层细滤系统均固定在壳体的表面；
34、所述机械臂的一侧安装有用于对其驱动定位的第一传动轮组和第二传动轮组，所述机械臂包括平面坐标定位组件和位于其上安装的清理组件。
35、优选地，所述自动清洁粗滤系统包括固定在壳体内壁的第一撑架，所述第一撑架的内壁限位滑动有储存盒，所述沥水网位于储存盒的底部设置；
36、所述第一撑架的内壁贯穿安装有粗滤网，所述第一撑架的内壁固定连接有第一档水堰，且第一档水堰位于粗滤网和储存盒之间设置。
37、优选地，所述多层细滤系统包括固定连接在壳体内壁的第二撑架，所述第二撑架的内壁贯穿安装有多层细滤网，所述多层细滤系统还包括固定在壳体四角处的伸缩气缸，所述伸缩气缸的底端共同固定有储水盘，所述储水盘的内壁大于第二撑架的表面大小；
38、所述第二撑架的内壁固定连接有第二档水堰，所述第二撑架的一侧连通设置有排污管，所述第二档水堰位于排污管和多层细滤网之间设置。
39、优选地，所述平面坐标定位组件包括位于壳体内壁固定的两个主梁，两个主梁的两端分别固定有横轴，两个横轴的表面分别滑动有水平滑套，两个水平滑套的相对面共同固定有两个竖轴，所述清理组件滑动设置在两个竖轴的表面，两个水平滑套的上表面共同固定连接有护顶；
40、所述清理组件包括基座，所述基座的表面固定有配合竖轴滑动的垂直滑套，所述基座的表面贯穿固定有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的底端安装有电动控制的抓取夹具，所述基座的两侧对称设置有用于配合第一传动轮组和第二传动轮组两端固定的连接座；
41、所述第一传动轮组和第二传动轮组均包括步进电机，且步进电机的输出轴传动连接有传动皮带，其中第一传动轮组和第二传动轮组对应的所述传动皮带两端分别配合两个连接座固定接，所述传动皮带的表面贴合滑动有若干个支撑轮，若干个支撑轮设置在机械臂的表面。
42、与现有技术相比，本发明提供了一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统，具备以下有益效果：
43、本发明通过集成了先进的监测传感器和自动处理功能，能够实时监测水质变化并自动调节处理措施，优化城市排水系统的响应速度和处理效率。在传统排水系统常因快速环境变化和城市化压力无法有效处理大量地面径流问题的背景下，本发明的智慧排口系统不仅能够防止污染物直接排入接收水体，还通过其智能控制系统基于预测模型实时调整处理策略，以适应突发水质问题。此外，系统的自动化监测和自适应处理功能，大大提高了城市排水系统的环境适应能力和操作效率。
1.一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统，其特征在于，包括：排口处理模块(1)、传感器网络(2)和控制系统(3)；
2.根据权利要求1所述的一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统，其特征在于，所述物理过滤单元(11)中设置有自动清洁粗滤系统(5)和多层细滤系统(6)；
3.根据权利要求2所述的一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统，其特征在于，所述多层细滤系统(6)还具备倒流清洗功能。
4.根据权利要求1所述的一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统，其特征在于，所述排口处理模块(1)中，各单元采用垂直堆叠的方式进行相应的处理。
5.根据权利要求1所述的一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统，其特征在于，所述水质传感器采集化学需氧量cod、氨氮、ph值、溶解氧、硫化物和浊度数据；所述物理传感器采集水位和流速数据。
6.根据权利要求1所述的一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统，其特征在于，所述智能控制单元(31)基于bi-lstm网络和改进对抗生成网络，所述bi-lstm网络由前向lstm与后向lstm组合而成，每个lstm由遗忘门、输入门和输出门进行学习，基于输入特征序列生成依赖序列xt，并融入注意力机制，所述注意力机制具体如下：
7.根据权利要求2所述的一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统，其特征在于，所述物理过滤单元(11)包括壳体(10)，所述壳体(10)的上表面固定连接有汇流斗(101)，所述自动清洁粗滤系统(5)和多层细滤系统(6)依次自上而下依次设置在汇流斗(101)的下方；
8.根据权利要求7所述的一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统，其特征在于，所述自动清洁粗滤系统(5)包括固定在壳体(10)内壁的第一撑架(51)，所述第一撑架(51)的内壁限位滑动有储存盒(53)，所述沥水网(102)位于储存盒(53)的底部设置；
9.根据权利要求7所述的一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统，其特征在于，所述多层细滤系统(6)包括固定连接在壳体(10)内壁的第二撑架(61)，所述第二撑架(61)的内壁贯穿安装有多层细滤网(62)，所述多层细滤系统(6)还包括固定在壳体(10)四角处的伸缩气缸(64)，所述伸缩气缸(64)的底端共同固定有储水盘(65)，所述储水盘(65)的内壁大于第二撑架(61)的表面大小；
10.根据权利要求8所述的一种具有自动化监测和自适应处理功能的智慧排口系统，其特征在于，所述平面坐标定位组件(9)包括位于壳体(10)内壁固定的两个主梁(91)，两个主梁(91)的两端分别固定有横轴(92)，两个横轴(92)的表面分别滑动有水平滑套(93)，两个水平滑套(93)的相对面共同固定有两个竖轴(94)，所述清理组件(4)滑动设置在两个竖轴(94)的表面，两个水平滑套(93)的上表面共同固定连接有护顶(95)；
