[發明專利]基于多源光譜特征的城市水體黑臭快速識別測定方法

在審

• 申請號: 201810932133.0
• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN109142296A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 殷高方;趙南京;董鳴;陳曉偉;甘婷婷;馬明俊;孟德碩;楊瑞芳;方麗;段靜波;陳敏;劉建國;劉文清
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/31
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.基于多源光譜特征的城市水體黑臭快速識別測定方法，其特征在于：包括以下步驟：

（1）利用三維熒光光譜解析獲得黑臭前體中水體腐殖酸、類蛋白、油類的濃度；利用紫外-可見吸收光譜解析獲得黑臭相關水質的濁度、色度、硝酸鹽參數值；利用熒光光譜與吸收光譜融合反演得到COD、BOD、TOC水質綜合指標，并集成溶解氧和水溫參數；

（2）對比感官體驗法水體發黑與發臭指標，通過聚類分析從上述指標中遴選致黑因子和致臭因子；

（3）通過不同類型水體測量，利用人工神經網絡分別建立致黑因子與發黑等級、致臭因子與發臭等級間的數據驅動模型，綜合水體發黑等級與發臭等級實現水體黑臭等級識別測定。

2.根據權利要求1所述的基于多源光譜特征的城市水體黑臭快速識別測定方法，其特征在于：步驟（1）中所述的利用三維熒光光譜解析獲得黑臭前體中水體腐殖酸、類蛋白、油類的濃度，具體方法如下：通過測量水體腐殖酸、類蛋白、油類三類有機物的三維熒光光譜，建立黑臭前體有機物的標準三維熒光光譜數據庫；利用頻譜局域度確定多組分有機物混疊熒光光譜的化學秩，基于標準三維熒光光譜數據庫，利用交替三線性和綜合相似度指數算法，解析獲得實際水體中水體腐殖酸、類蛋白、油類三類有機物的濃度。

3.根據權利要求1所述的基于多源光譜特征的城市水體黑臭快速識別測定方法，其特征在于：步驟（1）中所述的利用紫外-可見吸收光譜解析獲得黑臭相關水質的濁度、色度、硝酸鹽參數值，具體方法如下：基于懸浮物散射光強度和波長之間的關系，以Mie散射模型為基礎，對可見光譜區吸收譜進行擬合，分析水體濁度、懸浮顆粒物濃度信息；在240~380nm有機物特征吸收光譜區，首先利用Mie散射模型計算懸浮顆粒物消光光譜，做基線補償獲得有機物吸收光譜，再利用有機物吸收指紋譜，通過偏最小二乘回歸算法計算獲得有機物總量和水體色度信息；在200~240nm硝酸鹽特征吸收光譜區，利用懸浮顆粒物散射模型和有機物指紋譜計算出懸浮物消光光譜和有機物吸收光譜，作基線補償獲得硝酸鹽的吸收光譜，再通過線性回歸獲得水體硝酸鹽濃度。

4.根據權利要求1所述的基于多源光譜特征的城市水體黑臭快速識別測定方法，其特征在于：步驟（1）所述的利用熒光光譜與吸收光譜融合反演得到COD、BOD、TOC水質綜合指標，并集成溶解氧和水溫參數，具體方法如下：通過光譜強度與綜合指標間的線性相關性分析，提取相關性強的特征熒光光譜和吸收光譜區，建立水質綜合指標的標準融合光譜數據庫，基于標準融合光譜數據庫，利用非負加權最小二乘算法解析實測的水體融合光譜，獲得水體COD、BOD、TOC水質綜合指標濃度。

5.根據權利要求1所述的基于多源光譜特征的城市水體黑臭快速識別測定方法，其特征在于：步驟（3）所述的綜合水體發黑等級與發臭等級實現水體黑臭等級識別測定，具體方法如下：利用水體三維熒光光譜和吸收光譜獲得不同類型水體腐殖酸、類蛋白、油類三類有機物濃度，水體濁度、色度、硝酸鹽水質指標，以及COD、BOD、TOC水質綜合指標，結合溶解氧、溫度信息，遴選致黑、致臭的關鍵因子作為輸入量，以感觀體驗法得到的水體發黑等級、發臭等級為輸出量，利用BP人工神經網絡建立基于數據驅動的水體黑臭等級識別測定模型。