北京工业大学工程博士，【优博风采】 第21期 2020年北京工业大学优秀博士学位论文获得者：张璐

为了加强高层次创新人才的培养，全面提高研究生教育特别是博士生教育质量，本栏目将陆续推出行业优秀博士学位论文及北京工业大学优秀博士学位论文，介绍学术成果，展示我校博士风采北京工业大学工程博士，激励北工大研究生潜心研究，努力奋进，不断创新，为学校“双一流”建设作出自己的贡献！

本期专访人物——控制科学与工程学科博士研究生 张璐。

#1

基本信息

论文中文题目：城市污水处理过程智能多目标优化控制

论文英文题目： Multi- For

所获奖励名称：2020年北京工业大学优秀博士学位论文

作      者：张璐

指导教师：韩红桂教授

培养院系：信息学部

学      科：控制科学与工程

研究体会：没有随随便便的成功，要脚踏实地，勇往直前。

#2

研究背景与意义

研究 · 背景

随着我国城镇化进程的加快，我国水资源危机更加突出，人均水资源只有2200立方米，在世界上名列第121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一；同时在职研究生，我国地下水资源水质不断恶化。水资源匮乏和水环境污染问题已成为制约我国经济和社会发展的主要障碍。城市污水作为稳定的淡水资源，其循环利用可有效缓解水资源危机。因此，实施城市污水处理已成为我国水资源综合利用的重要环节。

为了进一步提升城市污水处理运行效率，2015年国务院颁布的《水污染防治行动计划》中指出要攻关研发前瞻技术，整合科技资源，加快研发生活污水低成本高标准处理技术。虽然我国政府已高度重视水污染治理和城市污水循环利用问题，但是，我国城市污水处理厂运行状态依然不容乐观，其主要体现在：出水水质易超标和运行成本过高。因此，如何通过分析城市污水处理运行过程动态特性，设计优化控制技术，降低其运行成本是当前城市污水处理厂面临的又一个挑战性难题。

研究 · 意义

城市污水处理过程主要采用活性污泥法生物处理技术，迄今已有90余年历史。活性污泥法生物处理技术主要是以活性污泥为主体，在人工充氧条件下，培养驯化微生物种群，利用活性污泥吸附和氧化有机物，实现污水净化。城市污水处理是一个具有强非线性、动态不确定性和强耦合特性的操作过程。若缺少有效的优化控制策略，城市污水处理过程将难以获得满意的运行效果，易出现出水水质不达标、操作能耗过高的问题，影响处理过程稳定运行。因此，如何设计城市污水处理过程优化控制策略，实现处理过程高效稳定运行是当前城市污水处理厂面临的挑战性难题。力争通过研究城市污水处理过程优化控制理论与技术，改善处理过程运行效果，提升污水处理行业竞争力。

#3

主要研究内容与创新点

城市污水处理是降低环境污染、提高水资源循环利用效率、促进社会和谐发展的重要途径，已成为我国水资源综合利用的重要环节。然而上海mba，我国城市污水处理厂运行面临着极大挑战，运行成本居高不下和出水水质超标严重问题尤其严重。因此，如何设计城市污水处理优化运行策略，保证水质达标排放和降低运行成本是亟待解决的问题。

为了解决上述难题，本文在深入分析城市污水处理运行机理的基础上，构建基于自适应核函数的综合运行指标模型、设计多冲突运行目标动态优化方法、研究城市污水处理过程智能优化控制方法和多指标协同优化控制方法。论文主要创新工作和创新点如下：

(1) 城市污水处理过程综合运行指标模型设计

论文设计了一种基于自适应核函数的综合运行指标模型。首先，基于城市污水处理过程运行机理分析和主元分析法挖掘出水水质和操作能耗的关键特征变量；其次，设计基于自适应核函数的综合运行指标模型，描述出水水质和操作能耗与输入变量间的非线性关系；最后，分析综合运行指标模型的收敛性北京工业大学工程博士，【优博风采】 第21期 2020年北京工业大学优秀博士学位论文获得者：张璐，保证其适用性。

(2) 多冲突运行目标动态优化算法研究

论文研究了一种自学习动态多目标粒子群优化算法。首先，设计一组基于切比雪夫距离的性能指标，获取进化过程中非支配解的状态；其次，基于性能指标研究基于自学习的种群规模调整机制和外部档案库更新机制，实现进化过程中种群规模和档案库中非支配解的自适应更新；最后，分析种群规模固定阶段和自适应调整阶段优化解的可行性，保证自学习动态多目标粒子群优化算法的有效性。

(3) 城市污水处理过程智能优化控制设计

论文提出了一种城市污水处理过程智能优化控制策略。首先，分析城市污水处理过程运行特点，构建优化目标函数；其次，设计一种动态多目标粒子群优化算法，完成优化目标函数的实时优化；最后，设计一种自适应模糊神经网络控制器，实现溶解氧和硝态氮优化设定值的实时跟踪控制。

(4) 城市污水处理过程多指标协同优化控制研究

论文提出了一种城市污水处理过程分层优化控制策略。首先，基于不同的操作时间尺度建立分层的优化目标函数，实现不同时间尺度运行指标动态特性的准确获取；其次博士后，设计一种基于动态多目标粒子群的协同优化算法，对分层优化目标函数进行优化；然后，研究一种模型预测控制策略，实现不同控制变量优化设定值的快速跟踪控制；最后，分析城市污水处理过程分层优化控制策略的稳定性和收敛性，保证分层优化控制策略的有效性。

#4

代表性创新成果

专著：

HAN , ZHANG Lu, QIAO . A swarm . , 2018: 77-92.

期刊论文：

HAN , ZHANG Lu, HOU Ying, QIAO . model based on a self- . IEEE on and , 2015, 27(2): 402-415. Paper

HAN , ZHANG Lu, WU , QIAO . An -order for self- fuzzy . IEEE on , 2019, 49(1): 14-26. Paper

HAN , ZHANG Lu, QIAO . Data-based for . IEEE , 2018, 6: 1498-1512. Paper

HAN , ZHANG Lu, LIU , QIAO . of fuzzy for . Soft , 2018, 67: 467-478. Paper

韩红桂, 张璐, 乔俊飞. 基于多目标粒子群算法的污水处理智能优化控制. 化工学报, 2017, 68(4): 212-219.

韩红桂, 张璐, 乔俊飞. 一种基于自适应回归核函数的污水处理能耗模型. 化工学报, 2016, 67(3): 947-953.

张璐, 张嘉成, 韩红桂, 乔俊飞. 基于模糊神经网络的污水处理生化除磷过程控制. 化工学报, 2020, 71(3): 1217-1225.

国内发明专利：

韩红桂, 张璐, 乔俊飞. 一种基于多梯度下降的污水处理过程优化控制方法. (ZL 2.2)

韩红桂, 张璐, 卢薇, 乔俊飞. 一种基于自适应回归核函数的污水处理过程能耗预测方法. (ZL 2.0）

韩红桂, 张璐, 乔俊飞. 一种污水处理过程多目标实时优化控制方法. (ZL 2.8）

韩红桂, 张璐, 武淑君, 乔俊飞. 基于动态多目标粒子群算法的城市污水处理过程优化控制方法. (ZL 2.5)

北京工业大学工程博士，北京工业大学某博士毕业论文致谢部分

致谢

兴尽悲来，识盈虚之有数。原本，是想当一辈子兵的。9岁离开家乡小山村北京工业大学工程博士，北京工业大学某博士毕业论文致谢部分，去练武术:12岁时开始跟着老爸下小煤窑挖煤博士后，17岁高中毕业:19岁再次高考500多分上了专科，而后专升本学习地质工程，研究生期间在塔山煤矿一年多，学习采矿工程，博士期间在新疆的一年里感受了阿勒泰壮丽的四季。做什么都比别人慢一些，18年研二时才有了第一台电脑，写了5次入党申请才入党，申请了两次才有了读博的机会。

还好高中毕业后没有让父母有太多的负担，寒暑假都是在打工，上海电子厂的车床工，焦作化工厂建筑工地绑钢筋，邯郸高速公路铺沥青，晋城煤矿上扛炸药，鄂尔多斯红庆河煤矿干掘进，学校里的面食馆、饺子店、各种炒菜，提桶清理桌子。感谢博士期间国家和导师的资助，没有党的好政策，我一个农村孩子是没有机会完成博士期间学习的。民族复兴，责任在我，我将怀揣国家、母校、恩师和父母的期待踏上新征程勇敢前行，不辜负我们这代人肩上的使命与担当。

首先最需要感谢的是我的导师 教授，老师在我求学处境最为窘迫的时候接纳了我，在我身上用心倾力极大。因我愚笨，无知还倔强，学习不得其法，老师常不胜其烦的耐心与我长谈整晚。当我看不下去文献时候，老师说:“研究现状的总结是研究的关键”:借论语中“吾尝终日不食，终夜不寝，以思，无益，不如学也。”来激励我。老师常与我讲学习能学到点子上，做事知道问题的关键在哪里博士，把小事做好，我也可以做大事。老师以认真严谨的科研态度、强烈的责任心、敏锐清晰的逻辑思考方式以及自律的工作风格不断感染着我，使我时刻审视自己的态度，为我在科研过程中指明了方向，教会我如何去洞察发现并解决问题。老师作为我的人生导师,让我看到生活的智慧和通透:“遇事不要给后面退，做事不要拖，广结善缘，做时间的朋友……。”记得在新疆施工现场，老师手把手教我做素描，如何与人沟通:记得每次写完英文论文老师都会逐句逐字批改:记得刚入学我没钱吃饭，也是老师资助我的生活费……往事在目。从本论文的选题、整体逻辑，到内容的撰写，老师都给予了我耐心的指导，倾注了极大心血。在我的成长之路中，老师不论从工作上还是做人方面都为我树立了良好的榜样，对我的人生观和价值观产生了积极的影响，成为我宝贵的人生财富。

同样要感谢课题组老师，给予了我无私的帮助和耐心的指导，很多建议使我在科研过程遇到瓶颈时醍醐灌顶,在生活上的关心更是倍感温暖。感谢XX老师提供的各种机会和帮助。感谢XXX教授、研究员在学业上的各种帮助和鼓励，让我看到文人风骨和拼搏精神，论文开题、中期等阶段，两位老师都提供了宝贵的意见和指导，感谢两位老师在模型计算过程中提供的计算资源。

感谢XX师兄对系统所作的工作，感谢XX师兄和XX师弟在系统安装期间

的指导。感谢XX师弟在阿勒泰的陪伴，我们一起取芯，做素描，一起帮牧民找羊，去哈萨克族牧民家中做客，骑马，登高望远，指画山河。感谢XX师弟，在新疆接替我继续艰苦的项目现场工作。感谢黄流师弟，在现场数据整理中出力良多。

感谢XX等师兄师弟师姐师妹们的陪伴。

感谢中铁工程装备集团公司XX教授级高工，老师在开题等过程中对本文提出的各种意见让我受益良多。感谢中铁装备荆留杰、杨晨、丁彭彪和刘豪杰在工程现场所提供的帮助和大力支持。感谢北京玖瑞科技技术总监和马志浩工程师在系统优化和安装中给予的帮助，系统安装和后期的维护倾注了马工大量的心血，马工谦逊尽责，我们在工地一起同吃同住了几个月，每次下隧道都是浑身湿透、饥肠辘辘，至今常忆我们两个每天去项目时，开越野车在阿勒泰的草原上纵横驰奔。感谢中铁十八局的 经理在项目上提供生活照顾和工作配合。感谢项目部 TBM司机 ，在项目上的一年里，他们细致的现场教学使我能独立操作TBM掘进、换步，对TBM有了更深的理解。

感谢我的专科室友杨洋博士，对我博士论文写作心态的指导。感谢我的本科室友张岩，使我考研时可以不去食堂打工,我读研时还送给我人生中第一部手机，现在唯一的两条裤子有一条还是他的。感谢研究生期间一直以来对我的鼓励和支持。感谢博士期间等在职研究生，遇见诸位，实乃幸事。

感谢女友XX，一道光照进我的生命，让本该孤独终老的我，在27岁也能拥有一场甜甜的初恋，这些年的相互扶持让我们都成长甚多，感谢对我的偏爱、宠爱与支持，愿我们相濡以沫，将足迹踏遍这颗星球。感谢女友的父母，对我无微不至的照顾。

感恩我的研究生导师XX教授。

感谢我平凡而伟大的父母,老爸一辈子都在不折不挠的奋斗,老妈坚韧温和，为家庭付出了一切，父母给了我一个温暖而又坚固的家，我取得的每一点进步都离不开父母的辛苦付出。以后的日子多多陪伴父母，帮老妈做饭洗碗做家务。

感谢先行者,是本文所引用的各项研究成果和导师、读博以来的各位老师们、父母家人们共同塑造了这篇文章。

最后，感谢参与我论文评审和毕业答辩的各位专家学者，在此谨向您们表示衷心的谢意。

我最怜君中宵舞北京工业大学工程博士，道“男儿到死心如铁”。

2025年3月17日于平乐园

原文：