申请日2019.02.19
公开(公告)日2019.06.11
IPC分类号G06Q10/06; G06Q50/26; C02F9/14; C02F11/12
摘要
提供一种污水处理厂的系统复杂性度量方法和装置，所述系统复杂性度量方法包括：构建污水处理厂的组合系统的第一拓扑图，所述组合系统包括多个独立的子系统，每个子系统分别用于完成污水处理厂的一个预定功能;获取第一拓扑图的组成要素;基于获取的第一拓扑图的组成要素，确定用于衡量所述组合系统的结构复杂程度的复杂性度量指标。采用本发明示例性实施例的污水处理厂的系统复杂性度量方法和装置，能够根据不同子系统之间的独立性和耦合性，提出了基于组合系统拓扑结构的复杂性的评价指标。
权利要求书
1.一种污水处理厂的系统复杂性度量方法，其特征在于，包括：
构建污水处理厂的组合系统的第一拓扑图，所述组合系统包括多个独立的子系统，每个子系统分别用于完成污水处理厂的一个预定功能;
获取第一拓扑图的组成要素;
基于获取的第一拓扑图的组成要素，确定用于衡量所述组合系统的结构复杂程度的复杂性度量指标。
2.如权利要求1所述的系统复杂性度量方法，其特征在于，构建污水处理厂的组合系统的第一拓扑图的步骤包括：
针对每个子系统，将该子系统用于完成该子系统的预定功能所使用的所有处理单元作为节点，按照完成该子系统的预定功能的执行处理顺序，生成子系统拓扑图;
根据所有子系统拓扑图，构建组合系统的第一拓扑图。
3.如权利要求2所述的系统复杂性度量方法，其特征在于，所述组成要素包括第一拓扑结构图中的节点和边，
其中，每个节点为组合系统中包含的所有处理单元，通过边将存在先后执行处理顺序的两个节点进行连接，以表示通过边连接的两个处理单元之间存在联系。
4.如权利要求3所述的系统复杂性度量方法，其特征在于，所述复杂性度量指标包括以下项中的至少一项：共用节点数、共用节点占比、共用节点比例度、共用边数、共用边占比、共用边比例度、共用通路的个数、共用通路的长度、复合环的个数、复合环的长度。
5.如权利要求4所述的系统复杂性度量方法，其特征在于，针对每个子系统分别构建对应的子系统节点集，每个子系统节点集中包括节点的名称，
其中，通过以下方式确定共用节点数：
确定所有子系统节点集中具有相同名称的节点的数量，将所述数量确定为共用节点数。
6.如权利要求5所述的系统复杂性度量方法，其特征在于，共用节点占比包括节点子集占比和节点总集占比，
其中，通过以下方式确定节点子集占比：
针对每个子系统拓扑图，将共用节点数与该子系统拓扑图中包括的所有节点的总数的比值，确定为节点子集占比，
通过以下方式确定节点总集占比：
将共用节点数与第一拓扑图中包括的所有节点的总数的比值，确定为节点总集占比。
7.如权利要求6所述的系统复杂性度量方法，其特征在于，共用节点比例度根据每个子系统拓扑图中包括的所有节点的总数以及节点总集占比来确定。
8.如权利要求7所述的系统复杂性度量方法，其特征在于，通过以下方式确定所述多个子系统中的第一子系统和第二子系统的共用节点比例度：
当第一子系统对应的第一子系统拓扑图中包括的所有节点的第一总数不大于第二子系统对应的第二子系统拓扑图中包括的所有节点的第二总数时，将第一总数同第二总数的比值与节点总集占比的乘积确定为共用节点比例度，
当第一总数大于第二总数时，将第二总数同第一总数的比值与节点总集占比的乘积确定为共用节点比例度。
9.如权利要求4所述的系统复杂性度量方法，其特征在于，针对每个子系统分别构建对应的子系统边集，通过以下方式确定共用边数：
针对每个共用节点，从各子系统边集中搜索以该共用节点为起点的所有边，分别获得多个边集合，将所述多个边集合的交集确定为该共用节点的共用边集;
将所有共用边集中包含的元素的个数确定为共用边数。
10.如权利要求9所述的系统复杂性度量方法，其特征在于，共用边占比包括边子集占比和边总集占比，
其中，通过以下方式确定边子集占比：
针对每个子系统拓扑图，将共用边数与该子系统拓扑图中包括的所有边的总数的比值，确定为边子集占比，
通过以下方式确定边总集占比：将共用边数与第一拓扑图中包括的所有边的总数的比值，确定为边总集占比。
11.如权利要求10所述的系统复杂性度量方法，其特征在于，共用边比例度根据每个子系统拓扑图中包括的所有边的总数以及边总集占比来确定。
12.如权利要求11所述的系统复杂性度量方法，其特征在于，通过以下方式确定所述多个子系统中的第一子系统和第二子系统的共用边比例度：
当第一子系统对应的第一子系统拓扑图中包括的所有边的第三总数不大于第二子系统对应的第二子系统拓扑图中包括的所有边的第四总数时，将第三总数同第四总数的比值与边总集占比的乘积确定为共用边比例度，
当第三总数大于第四总数时，将第四总数同第三总数的比值与边总集占比的乘积确定为共用边比例度。
13.如权利要求4所述的系统复杂性度量方法，其特征在于，通过以下方式确定共用通路的个数：
利用第一拓扑图中的所有共用边，形成第二拓扑图;
将第二拓扑图中形成连通的至少两个共用边确定为一个共用通路，以统计第二拓扑图中的共用通路的个数，
其中，通过以下方式确定任一共用通路的长度：
将所述任一共用通路中包括的共用边的个数，确定为所述任一共用通路的长度。
14.如权利要求4所述的系统复杂性度量方法，其特征在于，通过以下方式确定复合环的个数和长度：
搜索第一拓扑图中的所有环;
针对搜索到的任一环，判断所述任一环包括的所有边中是否同时存在共用边和非共用边，如果满足同时存在共用边和非共用边，则确定所述任一环为复合环;
根据针对所有环的判断结果，确定第一拓扑图中的复合环的个数;
将每个复合环中包含的边的个数，分别确定为每个复合环的长度。
15.一种污水处理厂的系统复杂性度量装置，其特征在于，包括：
第一拓扑图构建单元，构建污水处理厂的组合系统的第一拓扑图，所述组合系统包括多个独立的子系统，每个子系统分别用于完成污水 处理厂的一个预定功能;
组成要素获取单元，获取第一拓扑图的组成要素;
指标确定单元，基于获取的第一拓扑图的组成要素，确定用于衡量所述组合系统的结构复杂程度的复杂性度量指标。
16.如权利要求15所述的系统复杂性度量装置，其特征在于，第一拓扑图构建单元针对每个子系统，将该子系统用于完成该子系统的预定功能所使用的所有处理单元作为节点，按照完成该子系统的预定功能的执行处理顺序，生成子系统拓扑图，根据所有子系统拓扑图，构建组合系统的第一拓扑图。
17.如权利要求16所述的系统复杂性度量装置，其特征在于，所述组成要素包括第一拓扑结构图中的节点和边，
其中，每个节点为组合系统中包含的所有处理单元，通过边将存在先后执行处理顺序的两个节点进行连接，以表示通过边连接的两个处理单元之间存在联系。
18.如权利要求17所述的系统复杂性度量装置，其特征在于，所述复杂性度量指标包括以下项中的至少一项：共用节点数、共用节点占比、共用节点比例度、共用边数、共用边占比、共用边比例度、共用通路的个数、共用通路的长度、复合环的个数、复合环的长度。
19.如权利要求18所述的系统复杂性度量装置，其特征在于，组成要素获取单元针对每个子系统分别构建对应的子系统节点集，每个子系统节点集中包括节点的名称，
其中，指标确定单元通过以下方式确定共用节点数：
确定所有子系统节点集中具有相同名称的节点的数量，将所述数量确定为共用节点数。
20.如权利要求19所述的系统复杂性度量装置，其特征在于，共用节点占比包括节点子集占比和节点总集占比，
其中，指标确定单元通过以下方式确定节点子集占比：
针对每个子系统拓扑图，将共用节点数与该子系统拓扑图中包括的所有节点的总数的比值，确定为节点子集占比，
指标确定单元通过以下方式确定节点总集占比：将共用节点数与第一拓扑图中包括的所有节点的总数的比值，确定为节点总集占比。
21.如权利要求20所述的系统复杂性度量装置，其特征在于，共用节点比例度根据每个子系统拓扑图中包括的所有节点的总数以及节点总集占比来确定。
22.如权利要求21所述的系统复杂性度量装置，其特征在于，指标确定单元通过以下方式确定所述多个子系统中的第一子系统和第二子系统的共用节点比例度：
当第一子系统对应的第一子系统拓扑图中包括的所有节点的第一总数不大于第二子系统对应的第二子系统拓扑图中包括的所有节点的第二总数时，将第一总数同第二总数的比值与节点总集占比的乘积确定为共用节点比例度，
当第一总数大于第二总数时，将第二总数同第一总数的比值与节点总集占比的乘积确定为共用节点比例度。
23.如权利要求18所述的系统复杂性度量装置，其特征在于，组成要素获取单元针对每个子系统分别构建对应的子系统边集，指标确定单元通过以下方式确定共用边数：
针对每个共用节点，从各子系统边集中搜索以该共用节点为起点的所有边，分别获得多个边集合，将所述多个边集合的交集确定为该共用节点的共用边集;
将所有共用边集中包含的元素的个数确定为共用边数。
24.如权利要求23所述的系统复杂性度量装置，其特征在于，共用边占比包括边子集占比和边总集占比，
其中，指标确定单元通过以下方式确定边子集占比：
针对每个子系统拓扑图，将共用边数与该子系统拓扑图中包括的所有边的总数的比值，确定为边子集占比，
通过以下方式确定边总集占比：将共用边数与第一拓扑图中包括的所有边的总数的比值，确定为边总集占比。
25.如权利要求24所述的系统复杂性度量装置，其特征在于，共用边比例度根据每个子系统拓扑图中包括的所有边的总数以及边总集占比来确定。
26.如权利要求25所述的系统复杂性度量装置，其特征在于，指标确定单元通过以下方式确定所述多个子系统中的第一子系统和第二子系统的共用边比例度：
当第一子系统对应的第一子系统拓扑图中包括的所有边的第三总数不大于第二子系统对应的第二子系统拓扑图中包括的所有边的第四总数时，将第三总数同第四总数的比值与边总集占比的乘积确定为共用边比例度，
当第三总数大于第四总数时，将第四总数同第三总数的比值与边总集占比的乘积确定为共用边比例度。
27.如权利要求18所述的系统复杂性度量装置，其特征在于，指标确定单元通过以下方式确定共用通路的个数：
利用第一拓扑图中的所有共用边，形成第二拓扑图;
将第二拓扑图中形成连通的至少两个共用边确定为一个共用通路，以统计第二拓扑图中的共用通路的个数，
其中，指标确定单元通过以下方式确定任一共用通路的长度：
将所述任一共用通路中包括的共用边的个数，确定为所述任一共用通路的长度。
28.如权利要求18所述的系统复杂性度量装置，其特征在于，指标确定单元通过以下方式确定复合环的个数和长度：
搜索第一拓扑图中的所有环;
针对搜索到的任一环，判断所述任一环包括的所有边中是否同时存在共用边和非共用边，如果满足同时存在共用边和非共用边，则确定所述任一环为复合环;
根据针对所有环的判断结果，确定第一拓扑图中的复合环的个数;
将每个复合环中包含的边的个数，分别确定为每个复合环的长度。
29.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1至14中任意一项所述的污水处理厂的系统复杂性度量方法。
30.一种计算装置，其特征在于，所述计算装置包括：
处理器;
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至14中任意一项所述的污水处理厂的系统复杂性度量方法。
说明书
污水处理厂的系统复杂性度量方法和装置
技术领域
本发明总体说来涉及污水处理技术领域，更具体地讲，涉及一种污水处理厂的系统复杂性度量方法和装置。
背景技术
污水处理是一个在物理、化学和生物的复杂作用下，通过过滤、吸附、沉淀、氧化和还原等过程，实现多种有机污染物和无机污染物的转化和去除，从而达到净化废水的目的。
为了保证污水处理过程的顺利进行，污水处理厂不仅要设置多阶段密切关联的工艺流程，还要配置多种辅助系统与配套设施。大中型污水处理厂的占地规模庞大，厂区内运行的系统除工艺流程系统以外，还包括供配电系统、鼓风曝气系统、监测控制系统、暖通空调系统和消防报警系统等。这些系统又可以进一步划分为范围更小的子系统，例如，工艺流程系统可分解为污水处理子系统和污泥处理子系统。由于污水处理过程的复杂性，污水处理厂的多个系统和同一系统内部的多个子系统之间都表现出紧密耦合的特点。例如，污泥处理子系统并不是简单地位于污水处理子系统之后运行，而是污泥处理子系统在污水处理子系统的初沉池和终沉池处都会接收排出的污泥，且一部分污泥又作为回流污泥返回到污水处理子系统的曝气池中，以维持污水生化反应过程的连续运行。
目前，存在从社会、经济、环境和技术等方面来对污水处理厂的工程建设方案进行较为全面和客观的描述和评价的各种方法，但在各污水处理厂加强信息化能力建设、依托智慧水务系统提高自身运营与维护水平的大背景下，所用处理单元越来越多，系统日益复杂，关于污水处理厂原有的描述和评价方法无法满足新的需求，因此，针对污水处理厂需要一些新的度量指标和评价方法。
发明内容
本发明的示例性实施例的目的在于提供一种污水处理厂的系统复杂性度量方法和装置，以克服上述至少一个缺陷。
根据本发明示例性实施例的一方面，提供一种污水处理厂的系统复杂性度量方法，包括：构建污水处理厂的组合系统的第一拓扑图，所述组合系统包括多个独立的子系统，每个子系统分别用于完成污水处理厂的一个预定功能;获取第一拓扑图的组成要素;基于获取的第一拓扑图的组成要素，确定用于衡量所述组合系统的结构复杂程度的复杂性度量指标。
可选地，构建污水处理厂的组合系统的第一拓扑图的步骤可包括：针对每个子系统，将该子系统用于完成该子系统的预定功能所使用的所有处理单元作为节点，按照完成该子系统的预定功能的执行处理顺序，生成子系统拓扑图;根据所有子系统拓扑图，构建组合系统的第一拓扑图。
可选地，所述组成要素可包括第一拓扑结构图中的节点和边，其中，每个节点为组合系统中包含的所有处理单元，通过边将存在先后执行处理顺序的两个节点进行连接，以表示通过边连接的两个处理单元之间存在联系。
可选地，所述复杂性度量指标可包括以下项中的至少一项：共用节点数、共用节点占比、共用节点比例度、共用边数、共用边占比、共用边比例度、共用通路的个数、共用通路的长度、复合环的个数、复合环的长度。
可选地，针对每个子系统可分别构建对应的子系统节点集，每个子系统节点集中包括节点的名称，其中，可通过以下方式确定共用节点数：确定所有子系统节点集中具有相同名称的节点的数量，将所述数量确定为共用节点数。
可选地，共用节点占比可包括节点子集占比和节点总集占比，其中，可通过以下方式确定节点子集占比：针对每个子系统拓扑图，将共用节点数与该子系统拓扑图中包括的所有节点的总数的比值，确定为节点子集占比，可通过以下方式确定节点总集占比：将共用节点数与第一拓扑图中包括的所有节点的总数的比值，确定为节点总集占比。
可选地，共用节点比例度可根据每个子系统拓扑图中包括的所有节点的总数以及节点总集占比来确定。
可选地，可通过以下方式确定所述多个子系统中的第一子系统和第二子系统的共用节点比例度：当第一子系统对应的第一子系统拓扑图中包括的所有节点的第一总数不大于第二子系统对应的第二子系统拓扑图中包括的所有节点的第二总数时，将第一总数同第二总数的比值与节点总集占比的乘积确定为共用节点比例度，当第一总数大于第二总数时，将第二总数同第一总数的比值与节点总集占比的乘积确定为共用节点比例度。
可选地，针对每个子系统可分别构建对应的子系统边集，可通过以下方式确定共用边数：针对每个共用节点，从各子系统边集中搜索以该共用节点为起点的所有边，分别获得多个边集合，将所述多个边集合的交集确定为该共用节点的共用边集;将所有共用边集中包含的元素的个数确定为共用边数。
可选地，共用边占比可包括边子集占比和边总集占比，其中，可通过以下方式确定边子集占比：针对每个子系统拓扑图，将共用边数与该子系统拓扑图中包括的所有边的总数的比值，确定为边子集占比，可通过以下方式确定边总集占比：将共用边数与第一拓扑图中包括的所有边的总数的比值，确定为边总集占比。
可选地，共用边比例度可根据每个子系统拓扑图中包括的所有边的总数以及边总集占比来确定。
可选地，可通过以下方式确定所述多个子系统中的第一子系统和第二子系统的共用边比例度：当第一子系统对应的第一子系统拓扑图中包括的所有边的第三总数不大于第二子系统对应的第二子系统拓扑图中包括的所有边的第四总数时，将第三总数同第四总数的比值与边总集占比的乘积确定为共用边比例度，当第三总数大于第四总数时，将第四总数同第三总数的比值与边总集占比的乘积确定为共用边比例度。
可选地，可通过以下方式确定共用通路的个数：利用第一拓扑图中的所有共用边，形成第二拓扑图;将第二拓扑图中形成连通的至少两个共用边确定为一个共用通路，以统计第二拓扑图中的共用通路的个数，其中，可通过以下方式确定任一共用通路的长度：将所述任一共用通路中包括的共用边的个数，确定为所述任一共用通路的长度。
可选地，可通过以下方式确定复合环的个数和长度：搜索第一拓扑图中的所有环;针对搜索到的任一环，判断所述任一环包括的所有边中是否同时存在共用边和非共用边，如果满足同时存在共用边和非共用边，则确定所述任一环为复合环;根据针对所有环的判断结果，确定第一拓扑图中的复合环的个数;将每个复合环中包含的边的个数，分别确定为每个复合环的长度。
在另一总体方面，提供一种污水处理厂的系统复杂性度量装置，包括：第一拓扑图构建单元，构建污水处理厂的组合系统的第一拓扑图，所述组合系统包括多个独立的子系统，每个子系统分别用于完成污水处理厂的一个预定功能;组成要素获取单元，获取第一拓扑图的组成要素;指标确定单元，基于获取的第一拓扑图的组成要素，确定用于衡量所述组合系统的结构复杂程度的复杂性度量指标。
可选地，第一拓扑图构建单元可针对每个子系统，将该子系统用于完成该子系统的预定功能所使用的所有处理单元作为节点，按照完成该子系统的预定功能的执行处理顺序，生成子系统拓扑图，根据所有子系统拓扑图，构建组合系统的第一拓扑图。
可选地，所述组成要素可包括第一拓扑结构图中的节点和边，其中，每个节点为组合系统中包含的所有处理单元，通过边将存在先后执行处理顺序的两个节点进行连接，以表示通过边连接的两个处理单元之间存在联系。
可选地，所述复杂性度量指标可包括以下项中的至少一项：共用节点数、共用节点占比、共用节点比例度、共用边数、共用边占比、共用边比例度、共用通路的个数、共用通路的长度、复合环的个数、复合环的长度。
可选地，组成要素获取单元可针对每个子系统分别构建对应的子系统节点集，每个子系统节点集中可包括节点的名称，其中，指标确定单元可通过以下方式确定共用节点数：确定所有子系统节点集中具有相同名称的节点的数量，将所述数量确定为共用节点数。
可选地，共用节点占比可包括节点子集占比和节点总集占比，其中，指标确定单元可通过以下方式确定节点子集占比：针对每个子系统拓扑图，将共用节点数与该子系统拓扑图中包括的所有节点的总数的比值，确定为节点子集占比，指标确定单元可通过以下方式确定节点总集占比：将共用节点数与第一拓扑图中包括的所有节点的总数的比值，确定为节点总集占比。
可选地，共用节点比例度可根据每个子系统拓扑图中包括的所有节点的总数以及节点总集占比来确定。
可选地，指标确定单元可通过以下方式确定所述多个子系统中的第一子系统和第二子系统的共用节点比例度：当第一子系统对应的第一子系统拓扑图中包括的所有节点的第一总数不大于第二子系统对应的第二子系统拓扑图中包括的所有节点的第二总数时，将第一总数同第二总数的比值与节点总集占比的乘积确定为共用节点比例度，当第一总数大于第二总数时，将第二总数同第一总数的比值与节点总集占比的乘积确定为共用节点比例度。
可选地，组成要素获取单元可针对每个子系统分别构建对应的子系统边集，指标确定单元可通过以下方式确定共用边数：针对每个共用节点，从各子系统边集中搜索以该共用节点为起点的所有边，分别获得多个边集合，将所述多个边集合的交集确定为该共用节点的共用边集;将所有共用边集中包含的元素的个数确定为共用边数。
可选地，共用边占比可包括边子集占比和边总集占比，其中，指标确定单元可通过以下方式确定边子集占比：针对每个子系统拓扑图，将共用边数与该子系统拓扑图中包括的所有边的总数的比值，确定为边子集占比，指标确定单元可通过以下方式确定边总集占比：将共用边数与第一拓扑图中包括的所有边的总数的比值，确定为边总集占比。
可选地，共用边比例度可根据每个子系统拓扑图中包括的所有边的总数以及边总集占比来确定。
可选地，指标确定单元可通过以下方式确定所述多个子系统中的第一子系统和第二子系统的共用边比例度：当第一子系统对应的第一子系统拓扑图中包括的所有边的第三总数不大于第二子系统对应的第二子系统拓扑图中包括的所有边的第四总数时，将第三总数同第四总数的比值与边总集占比的乘积确定为共用边比例度，当第三总数大于第四总数时，将第四总数同第三总数的比值与边总集占比的乘积确定为共用边比例度。
可选地，指标确定单元可通过以下方式确定共用通路的个数：利用第一拓扑图中的所有共用边，形成第二拓扑图;将第二拓扑图中形成连通的至少两个共用边确定为一个共用通路，以统计第二拓扑图中的共用通路的个数，其中，指标确定单元可通过以下方式确定任一共用通路的长度：将所述任一共用通路中包括的共用边的个数，确定为所述任一共用通路的长度。
可选地，指标确定单元可通过以下方式确定复合环的个数和长度：搜索第一拓扑图中的所有环;针对搜索到的任一环，判断所述任一环包括的所有边中是否同时存在共用边和非共用边，如果满足同时存在共用边和非共用边，则确定所述任一环为复合环;根据针对所有环的判断结果，确定第一拓扑图中的复合环的个数;将每个复合环中包含的边的个数，分别确定为每个复合环的长度。
在另一总体方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序在被处理器执行时实现上述的污水处理厂的系统复杂性度量方法。
在另一总体方面，提供一种计算装置，所述计算装置包括：处理器;存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的污水处理厂的系统复杂性度量方法。
采用本发明示例性实施例的污水处理厂的系统复杂性度量方法和装置，能够根据不同子系统之间的独立性和耦合性，提出了基于系统拓扑结构的复杂性的评价指标。
