1基于深度卷積神經網絡的污水環境判定系統檢測規范本標準規定污水類種類智能識別系統的術語和定義、系統組成架構、系統設備要求、系統性能要求、通用要求、環境污水等級、識別速度的確定、系統驗收、系統運行維護保養。適用范圍為：企業污水排放口，江河等水質監控站判定污水所處的等級。2規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB6920-1986《水質pH值得測定玻璃電極法》GB11901-1989《水質懸浮物得測定重量法》GB11903-1989《水質色度得測定》GB18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》CJJ60-2011《城鎮污水處理廠運行、運維及安全技術規程》CJ/T51-2004《城市污水水質檢驗方法標準》CJ/T221-2005《城市污水處理廠污泥檢驗方法》CJ/T252-2011《城鎮排水水質水量在線監測系統技術要求》HJ493-2009《水質采樣樣品得保存和管理技術規定》HI495-2009《水質采樣方案設計技術規定》HJ/T91-2002《地表水和污水監測技術規范》HJ212-2017《污染物在線監控（監測）系統數據傳輸標準》HJ/T356-2007《水污染源在線系統數據有效性判別技術規范》HJ/T355-2007《水污染源在線系統運行于考核技術規范》HJ/T353-2007《水污染源在線測試系統安裝技術規范》3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1污水等級Sewagegrade污水等級分為清澈、輕度污染、中度污染、嚴重污染等四個等級。3.2污水等級識別速度Sewagegraderecognitionspeed計算機視覺識別污水等級所需要的時間。3.32污水等級識別準確率Sewagegraderecognitionaccuracyrate污水等級識別準確率是正確識別的總數除于需要識別的總數3.4污水等級識別區域Sewagegradeidentificationarea污水等級識別區域，指在規定的區域內監控污水，并在在此區域識別污水的等級。3.5污水排放廠Sewagedisposalplant從事經營重金屬、微量元素、化工企業等對環境有害的廠家。3.6污水排放口Sewageoutlet排放污水的地方。3.7環境檢查部門EnvironmentalInspectionDepartment監督和管理工廠對環境的污染程度3.8環境污水等級識別管理系統Environmentalsewagegradeidentificationmanagementsystem環境污水等級識別管理系統是通過視頻監控提取圖像，智能分析服務器群、管理平臺對等級進行評定、信息展示平臺。3.9視頻監控VideoSurveillance視頻監控就是通過攝像頭硬件結合軟件取視頻流并展示的過程。3.10智能分析服務器IntelligentAnalysisServer對采集過來的物體圖像進行建模，分析，比對，從而識別出該物體種類的服務器設備。4系統組成架構環境污水等級識別管理系統應包括環境等級識別子系統、平臺管理子系統。環境污水等級智能識別管理系統組成構架見圖1。圖1環境污水等級智能識別管理系統組成架構圖4.1環境污水識別等級系統3系統，應是通過攝像頭圖像采集技術，物體識別技術，計算機技術等，對前端采集到的圖像進行分析，并分析出污水的等級的智能化識別系統。系統主要主要由前端圖像采集部分攝像頭，局域網及互聯網和智能分析服務器群和數據庫服務器等組成。圖2環境污水識別等級系統組成架構圖4.2平臺管理子系統平臺管理子系統，應通過計算機軟件技術，數據加密技術、網絡通信技術等計算機技術，對環境污水等級的相關信息進行匯總、展示。系統主要由前端的攝像頭，WEB服務器，數據庫服務器，及電腦、手機等相關客戶端。圖3平臺管理子系統組成架構圖5系統設備要求5.1蔬菜種類智能識別管理系統要求a）識別污水等級準確率率：污水等級識別率不應小于97%；b）識別等級時間：識別等級時間<200毫秒；c）識別最小像素：640*480像素；d）可實現產品信息，銷售數據，分類匯總等多項功能；e）全面兼容國內主流廠商IP-Camera，而且通過設備廠商提供穩定的SDK，可以兼容幾乎所有前端接入設備；f）操作系統：主要架構基于WINDOWS操作平臺，各模塊可獨立運行并與現有系統完美結合；g）數據庫兼容性：可以兼容多種數據庫，包括SQLServer、MYSQL、Oracle等，多數平臺只能支持一種數據庫；h）對操作系統平臺的兼容能力：兼容PC、服務器和小型機上的各類操作系統。4i）系統應提供數據查詢、統計及生成報表等功能。j）系統應支持用戶權限配置管理,不同級別的用戶可設定不同操作權限k）應具有對采集的原始數據進行存儲備份和對采集的數據實現斷點續傳的功能。由于傳輸網絡故障等因素，采集的數據未能及時上傳，待傳輸網絡恢復正常后應能實現歷史數據的斷點續傳；5.2環境污水等級識別管理系統的設備要求a）設備電源供電長時間待電，能耗低；b）攝像頭應支持根據環境亮度自動調節參數、自動補光同步，夜間增強技術；c）全視角數字顯示，清晰，明亮；d）網絡連接支持有線網絡、WIFI網絡；e）管理系統操作簡單、易懂；f）應配置穩定可靠且性價比高的設備，確保系統全天候、24小時的正常運行；g）設備面板上的商標、名稱、型號、文字說明等應清晰準確，易于辨識；h）設備應具有產品合格證，并能提供型式檢驗報告；i）設備應配套說明書，說明書應包括下列文件：使用說明書，安裝說明書，維護說明書，其他有關說明資料。6系統性能要求6.1環境污水識別等級智能管理系統環境適應性應符合以下要求：a）攝像頭等室外設備的工作溫度應為-30℃~70℃;b）智能分析服務器、管理計算機等室內機房設備的工作溫度應為0℃~50℃;c）環境污水識別等級管理系統設備的相對濕度應為50%~90%。6.2環境污水識別等級管理系統供電、防雷接地設計要求應符合國家現行標準《安全防范工程技術規范》GB50348中3.9節防雷與接地設計的有關規定。6.3環境污水識別等級管理系統機房防火要求應符合國家現行標準《電子信息系統機房設計規范》GB50174中6.3節防火與疏散的有關規定。6.4蔬菜種類智能識別管理系統識別準確率應符合表1的要求。表1蔬菜種類智能識別管理系統數據準確率6.5蔬菜種類智能識別管理系統響應時間應符合表2的要求。表2蔬菜種類智能識別管理系統響應時間統56.6環境污水識別等級管理系統圖像應采用JPEG、JPG格式，圖像完整度、清晰度應能滿足人工對環境污水等級判定的要求。環境污水識別等級管理系統圖像分辨率應符合表3的要求。表3環境污水識別等級管理系統圖像分辨率6.7環境污水識別等級管理系統自動存儲能力應滿足以下要求a）環境污水識別等級管理系統服務器數據信息存儲時間不應少于1年；b）環境污水識別等級管理系統圖片存儲時間不應少于90天。7通用要求7.1環境污水等級根據環境監管局的要求分類。7.2環境污水等級識別應確定等級的程序，科學確定污水的等級，并對其進行驗證。7.3環境污水等級的確定和驗證應有記錄，記錄內容宜包括種類名稱、來源信息等基本信息，環境污水等級確定和驗證的方法，判定標準，試驗情況，相關數據和分析過程以及結論等信息。8環境污水等級準確率的確定8.1環境污水等級準確率的確定的基本程序包括確定方案、設計試驗方法、方案實施、結果分析、確定環境污水等級準確率的確定驗證六個步驟（參見附錄A)。8.2實施方案：根據污水的生物特征去識別到具體得種類，通過環境污水圖像預處理增加網絡的魯棒性應對負責的場景可以準確的識別環境污水等級。8.3結果分析：將訓練好的模型移植到對應得系統或者實物進行測試，輸出結果判斷屬于哪種環境污水等級。9識別污水等級速度的確定9.1保證污水等級的響應速度。9.2實施方案：將污水數據圖像導入神經網絡結構中進行訓練，以達到快速識別等級的效果。10系統驗收10.1系統驗收10.1.1蔬菜種類智能識別管理系統驗收除符合本標準規定外，尚應按國家現行標準《安全防范工程技術規范》GB50348中第8章安全防范工程驗收的有關規定。10.1.2蔬菜種類智能識別管理系統系統檢驗項目、檢驗方法及指標要求應符合表4的規定。表4系統檢驗項目、檢驗方法及指標要求612般項目345678910.1.3環境污水識別等級管理系統建設后，應按表4系統檢驗項目、檢驗方法及指標要求對系統進行合格判定，若有一項檢驗項目無法滿足指標要求，則判定系統不合格。10.1.4環境污水識別等級管理系統驗收不合格時，應整改后重新驗收。11系統運行維護保養11.1管理要求a)污水排放廠廠家應取得行業主管部門認可的合法有效的經營資質證明。b)環境監控管理者應建立巡查制度、人員管理制度、安全規范等管理制度。制度應明確責任人、主要工作程序和崗位職責。c)環境監控管理者應對污水排放廠管理者進行相關培訓，培訓內容應包括經營的相關法律、法規、政策、管理制度、安全規范、消防知識、誠信經營、收費管理、糾紛處理、應急預案等。11.2日常維護保養a)每三個月對環境污水識別等級管理系統進行設備保養和線路檢護，保持良好的運行狀態。7b)每三個月對硬件設施進行維護清理，對各種設施要定期監測。c)應每月檢查各部件間的通信接頭是否連接牢固，發現松動立即加固或重新連接，并做防護處理。d)應每月對服務器或電腦客戶端要及時檢查線路是否正常，軟件連接是否正常，不要輕易安裝不相關的軟件。e)應每月檢查服務器、管理計算機系統軟件運行狀況，并清理系統中的垃圾文件。8（資料性附錄）識別準確率和速率的基本程序A.1步驟本附錄給出了污水等級識別準確率和速率的基本程序涵蓋了六個步驟，每個步驟又有不同的要素（參加表A.1）,相關步驟在用于確定污水等級的準確率時，可根據實際情況進行調整。表A.1污水等級準確率和速率確定步驟1234試驗法應根據試驗的結果和數據經計算得出環境污水識別等5確定環境污水識別等應根據上一步驟的結論，結合污水等級的性質，以及污水i在生物特征，可能遇到6（1）可使用留樣污水通過長期穩定性試驗進行驗證，也可在實際貯存、運輸等條A.2確定方案A.2.1確定方案是污水等級的基礎，宜從多個方案中優選出適于實施的方案，并應盡可能祥實。A.2.2確定方案的步驟包括：明確污水等級確定的目的；論證現有的依據和資料等研究基礎；多角度設計方案；方案優選和明確污水等級確定的具體方法。a)對現有的技術方案1進行全面評估：人工識別污水等級或者根據傳感器分析污水等級，b)對現有的技術方案2進行全面評估：通過顏色紋理形狀等特征識別污水等級；c)通過以上現有的技術綜合分析得到相應方案的缺點，并提出對應的解決方案。A.3設計試驗方法應在充分分析蔬菜的生物特性，對蔬菜的種類特性等基礎上，確定實驗室檢測對象等試驗內容。9A.4方案實施A.4.1數據預處理及增強：數據預處理的方法要結合實際情況提高污水等級的識別率，主要采用圖像旋轉、加椒鹽噪聲、調節亮度和飽和度、圖像模糊、直方圖均衡化等方法A.4.2深層卷積神經網絡的訓練；查閱了大量的卷積神經網絡的資料和做了大量的比對實驗設計出來的，識別準確率高并識別速度快，A.4.3a)b)c)A.4.4網絡訓練策略；關注準確率：設計深度網絡結構可以很好提取污水的特征，但這個過程會損失一些速度；關注速度：設計輕量級的網絡結構但準確率會有所下載但一般都不會多最多幾個百分點。兼容準確率和速度：通過大量的數據并且結合場景設計一個合理速度和準確不下降的的網絡結構，通過訓練測試實現，網絡損失函數收斂時，將訓練得到的模型在驗證集上進行測試，對于識別錯誤的結果進行分析，根據錯誤的圖像的類型在輔助訓練集中找到一些對應類型的圖像添