[發明專利]基于光譜特征的水質監測系統

在審

• 申請號: 202011346415.6
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112666103A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 姜繼平;羅美玉;洪夏瑋;鄭一;劉崇炫;曹建文
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: G01N21/33
• 分類號: G01N21/33;G01N21/64;G01N33/18
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 張彬彬

1.一種基于光譜特征的水質監測系統，其特征在于，所述基于光譜特征的水質監測系統包括：

光源，用于發出激發光；

第一單色器，設置于所述激發光的發射光路上，用于將所述激發光分離成單一波長的單色光；

紫外檢測器，用于檢測所述單色光透射過待測水體后的紫外-可見光信號；

第二單色器，設置于熒光的發射光路上，用于將所述熒光分離成單一波長的單色熒光；所述熒光通過所述單色光激發所述待測水體得到；

熒光檢測器，用于檢測所述單色熒光的熒光信號；

處理器，與所述第一單色器和所述第二單色器相連，用于調節所述第一單色器和所述第二單色器所分離的光的波長；

所述處理器，還與所述紫外檢測器和所述熒光檢測器相連，用于接收所述紫外-可見光信號和所述熒光信號，并對所述單色光的波長、所述單色熒光的波長、所述紫外-可見光信號和所述熒光信號進行處理，得到水質參數預測結果。

2.根據權利要求1所述的基于光譜特征的水質監測系統，其特征在于，所述基于光譜特征的水質監測系統還包括：

探頭，所述探頭底部設置有反射鏡片，用于將透射進所述待測水體的所述單色光反射至所述紫外檢測器。

3.根據權利要求1所述的基于光譜特征的水質監測系統，其特征在于，所述處理器，具體用于：

根據所述單色光的波長和所述紫外-可見光信號得到紫外光譜數據；

根據所述單色熒光的波長和所述熒光信號得到熒光光譜數據；

對所述紫外光譜數據和所述熒光光譜數據進行處理，得到所述水質參數預測結果。

4.根據權利要求3所述的基于光譜特征的水質監測系統，其特征在于，所述處理器，具體用于：

將所述紫外光譜數據和所述熒光光譜數據進行數據級融合預測或特征級融合預測，得到所述水質參數預測結果。

5.根據權利要求4所述的基于光譜特征的水質監測系統，其特征在于，所述處理器，具體用于：

將所述紫外光譜數據和所述熒光光譜數據進行融合，得到第一融合光譜數據；

將所述第一融合光譜數據進行特征提取得到第一融合光譜特征；

將所述第一融合光譜特征輸入到人工神經網絡模型中進行處理，得到所述水質參數預測結果。

6.根據權利要求4所述的基于光譜特征的水質監測系統，其特征在于，所述處理器，具體用于：

對所述紫外光譜數據和所述熒光光譜數據分別進行光譜特征提取，得到紫外光譜特征數據和熒光光譜特征數據；

將所述紫外光譜特征數據和所述熒光光譜特征數據進行融合得到第二融合光譜數據；

將所述第二融合光譜數據進行特征提取得到第二融合光譜特征；

將所述第二融合光譜特征輸入到人工神經網絡模型中進行處理，得到所述水質參數預測結果。

7.根據權利要求5所述的基于光譜特征的水質監測系統，其特征在于，對所述紫外光譜數據和所述熒光光譜數據進行融合的方法包括：

標準歸一化、最小最大歸一化及矢量歸一化其中至少一種。

8.根據權利要求5或6所述的基于光譜特征的水質監測系統，其特征在于，所述特征提取方法包括：

偏最小二乘算法以及其改進算法：聯合區間偏最小二乘、移動窗口偏最小二乘、蟻群算法-偏最小二乘等其中至少一種。

9.根據權利要求1所述的基于光譜特征的水質監測系統，其特征在于，所述水質參數包括化學需氧量、總有機碳、硝酸鹽氮、濁度、總磷、氨氮、亞硝酸鹽氮、溶解性有機碳、生化需氧量和色度。

10.根據權利要求1所述的基于光譜特征的水質監測系統，其特征在于，所述基于光譜特征的水質監測系統還包括：

顯示模塊，用于對所述水質參數結果進行顯示；

無線模塊，用于將所述水質參數結果進行無線傳輸。