摘要
本文提出了一种用于水分配网络中基于模型的余氯浓度软传感器的简化观测器组合成方法及面向边界的实现框架。针对通过非线性水力动力学和氯传输-反应动力学描述的基准网络，在可行的运行点附近构建了局部离散时间线性近似模型。基于这些近似模型，设计了一组全阶Luenberger型观测器，用于估算无法直接测量的氯浓度变量。观测器参数通过一种元启发式多准则调整方法确定，该方法同时考虑离散时间极点配置要求与估算性能目标。本文的一个核心贡献是一种能够消除冗余目标运行区域的观测器组构建算法。该算法通过逐个执行非线性稳态计算、局部线性化、观测器参数调整以及运行点验证，动态生成每个观测器的运行区域，从而适应性地覆盖标准化输入域。所构建的观测器组与基于目标区域重叠度和可测量输出收敛性的切换机制相结合。该方案在Node-RED边缘运行环境中实现，多个观测器可并行工作，而切换机制则负责选择能提供最佳估算结果的活跃观测器。利用MATLAB R2025b对水分配网络进行的仿真所产生的确定性遥测数据被输入到Node-RED实例中，从而能够对数据采集、估算、切换、单流遥测仲裁以及运行时自适应功能进行重复性评估。计算实验和边缘运行环境实验均证明了所提出的带切换功能的软传感器在实时监测水分配网络中的氯浓度方面的可行性。
