[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

本發明公開了基于多源特征光譜的水體黑臭快速識別測定方法。利用三維熒光光譜解析水體腐殖酸、類蛋白、油類黑臭前體有機物濃度，利用紫外?可見吸收光譜解析獲得濁度、色度、硝酸鹽黑臭相關水質參數，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；結合溶解氧和水溫參數，通過大量城市不同類型水體測試與訓練，建立基于數據驅動的水體黑臭等級測量算法模型，實現水體黑臭等級快速識別測定。該方法克服了《城市黑臭水體整治工作指南》規定水體黑臭監測方法存在的“監測指標單一、有機物指標缺失、氨氮需采樣?離線測量”問題，并具有免試劑、無需樣品預處理、測量快速等特點，是快速有效的水體黑臭測量手段。

技術領域

本發明涉及資源與環境、城市環境保護技術領域，尤其涉及基于多源光譜特征的城市水體黑臭快速識別測定方法。

背景技術

黑臭水體是指呈現令人不悅的顏色和（或）散發令人不適氣味的水體。水體黑臭是有機污染的極端現象，當大量有機污染物進入水體，在好氧微生物的生化作用消耗大量氧氣，致使水體缺氧、厭氧細菌大量繁殖，有機物厭氧降解為氨氮、腐殖質、硫化氫、甲烷和硫醇等，導致水體變黑、變臭。由于不同黑臭水體成分不盡相同、成因復雜，迄今為止國內外尚無確定性的評價方法和標準，也無確定性的黑臭判定指標和監測方法。

常規黑臭監測方法分為以下三類：第一，感官體驗法，利用人體視覺、嗅覺感官以水體色度和臭味為指標，將水體劃分為無黑臭、微黑臭、黑臭及深度黑臭4個等級，該方法簡單直接，但受個人感器差異及主觀因素影響大。第二，污染物濃度限值法，選取透明度、溶解氧、氧化還原電位及氨氮4項指標，當任意指標濃度達到限值即判定為對應等級黑臭。所列指標中，除氨氮指標外，其它水質參數均有成熟的現場傳感儀器，因此該方法簡單易行、適合大面積普查，是《城市黑臭水體整治工作指南》指定水體黑臭監測方法，但由于“監測指標單一、氨氮的采樣-離線測量、有機物綜合指標缺失”也極大限制了該方法判別水體黑臭的準確度。第三，綜合指數評價法，通過全面監測水溫、溶解氧、化學需氧量、生物需氧量、總磷、總氮、氨氮及無機金屬離子，引入多因子加權指數評價水體黑臭等級。該方法全面綜合了水體致黑臭環境因子，能夠更為準確的評價水體黑臭程度，但需要動用專業實驗室分析設備，測量周期長、工作量大、成本高，難以滿足我國數量龐大的水體黑臭快速監測需求。

與常規地面監測手段相比，近年來，黑臭水體遙感監測技術受到廣泛關注。遙感手段依據水體色度指標識別黑臭水體，并能夠呈現黑臭水體的空間分布特征，具有動態、快速、大范圍監測等特點，但遙感影像光學特性有限，能夠監測“黑”而難以感知“臭”，局限性也很明顯。因此，為及時、快速、全面掌握水體黑臭發生、發展與演變過程，急需發展現場快速黑臭水體識別測定方法，為及時掌握黑臭水體清單及黑臭整治工作決策提供有效技術手段。

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供基于多源光譜特征的城市水體黑臭快速識別測定方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

基于多源光譜特征的城市水體黑臭快速識別測定方法，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。