关键词： 三维荧光光谱   水质检测   特征提取   分类识别   形态学   滑动窗   二维Gabor小波  

摘要： 城市供水系统的水质安全与居民健康和社会稳定息息相关,完善的水质污染检测与预警系统是保障城市供水安全工作的重要环节。三维荧光光谱检测技术因其具有的灵敏度高、选择性好、快速实时等特点,适用于对部分具有荧光反应有机物质的快速定性定量检测,在水质安全检测领域备受关注。然而,在水质有机污染物检测过程中,水环境的波动、污染物种类或浓度的变化等因素都会对检测结果造成一定的影响,针对这些问题,本文研究了基于三维荧光光谱的饮用水中有机污染物特征提取与分类方法。论文的主要工作和创新点如下:(1)针对饮用水中有机污染物浓度较低,三维荧光光谱有效信息少、数据维度高且易受干扰,难以实现有效预警的问题,研究了基于形态学灰度重建和交替三线性分解(ATLD)的饮用水中有机物三维荧光光谱异常检测方法。该方法利用交替三线性分解方法对正常饮用水样本三维荧光光谱进行分解,并利用形态学灰度重建的方法进行荧光特征峰定位,对其中的特征光谱区域数据进行加权放大,经过特征处理后的待测样本建立正常饮用水三线性模型,计算其与背景水质模型的残差平方和,结合阈值法对待测样本进行定性判别。该方法充分提取三维荧光光谱中的有机物形态学特征信息,实现对水中有机污染物的高效异常定性判别。(2)针对长期监测中背景水质波动对检测效果的影响问题,研究了基于滑动窗和动态阈值的饮用水中有机物异常检测优化方法,该方法通过不断更新背景水质模型的分解矩阵和残差空间,实现了对水质光谱趋势变化下的异常检测模型的适应性优化。首先针对多天采集的正常水质三维荧光光谱数据分析了水质背景波动的原因及其缓慢时变波动特征,然后利用交替三线性分解的方法对正常饮用水样本的三维荧光光谱进行特征提取并建立初始模型。对待测样本进行形态学灰度重建特征提取和信号放大并投影至背景水质模型,通过滑动窗的方式动态更新三线性分解模型和残差空间,从而动态更新判别阈值。实验结果表明,基于滑动窗的ATLD方法可以很好地解决长时间水质监测中的检出率下降问题。(3)针对饮用水水质有机物识别过程中,结构相近的有机污染物光谱特征具有高度相似性且特征峰重叠,现有光谱特征提取方法信息损失率高,识别正确率低的问题,研究了基于二维Gabor小波和SVM的饮用水特征有机污染物识别方法。首先采用二维Gabor小波结合分块统计量的方法对三维荧光光谱进行特征提取,然后通过支持向量机(SVM)多分类器进行特征有机污染物的分类与识别。通过与主成分分析法(PCA)进行实验对比,证明二维Gabor小波特征提取方法可以更有效地提取三维荧光光谱的特征,从而能提升饮用水特征污染物,特别是峰值接近或特征峰重叠的物质的识别正确率。全文面向饮用水水质有机物检测过程中的存在的各类问题,对基于三维荧光光谱的检测与识别方法进行了研究与优化改进。论文方法可以有效地提取三维荧光光谱数据的特征,提升了有机物检测的异常检出率和识别正确率,可用于在线水质应急检测系统,对保障城市供水系统安全有潜在应用价值。

关键词： 紫外-可见吸收光谱法   水质检测   改进鲸鱼优化算法   核极限学习机   集成学习方法  

摘要： 近年来由于我国经济与人口的高速增长产生了大量的工业污水与生活废水，乱排乱放现象造成大量水体的水质持续恶化，传统的水质检测方法已无法满足对水体进行实时在线监测的要求。紫外-可见吸收光谱法通过对标准水样的光谱数据进行分析建模以检测水质，该方法具有操作简便、检测速度快和无二次污染等优点。本文以硝酸根离子和亚硝酸根离子作为研究对象，为模拟实际地表水环境选取氯离子作为干扰对象，针对以上三种离子的光谱检测与建模优化进行了如下研究：　　1、设计水质光谱实验方案，制备以上三种离子的单组分标准液和多组分混合液，并分别对其进行连续光谱检测以获取实验数据;根据单组分吸收光谱分析了各离子吸光特性以及其相互之间存在的影响，之后根据多组分吸收光谱分析了后续建模过程中存在的干扰信息。　　2、通过分析水质光谱数据的噪声特点，基于小波变换对原始光谱数据进行分解重构以去除噪声，并通过对比实验确定了最优的小波基函数与分解层数;根据各离子吸光特性对多组分吸收光谱进行特征波段选取，之后采用主成分分析对特征波段进行降维处理，确定了模型最终的输入变量。　　3、通过分析优化算法中惯性权重对其寻优性能的影响，提出将鲸鱼优化算法(WOA)中的惯性权重在非线性递减的基础上引入随机因子进行动态调整的改进策略，通过对比分析不同优化算法对标准测试函数的寻优性能，验证了改进鲸鱼优化算法(IWOA)的优越性。　　4、在采用单一建模算法建立水质预测模型时，通过对比分析基于不同建模优化算法所得模型的性能指标，选取核极限学习机(KELM)作为最优的建模算法，并确定了基于IWOA-KELM所得模型即为最优的水质预测模型;为进一步提高所建模型的预测效果，基于集成学习方法通过一定的结合策略将多种单一算法模型进行融合，所得的新模型能够具有更优的预测性能。

关键词： 水质检测   重金属检测技术   应用分析  

摘要： 伴随着现代经济、科技的进步和发展,工业也取得了极大发展,随之带来了严重的环境水体污染问题,而在环境水体污染中最为显著地就是重金属污染.因此,对环境水体中重金属成分进行检测和分析是一项十分重要的工作.本文通过对相关文献研究以及结合自己多年工作经验的情况下,首先就当前水质重金属污染现状进行了剖析,然后对现今常见的重金属的检测技术作出了详细分析,以期更好地对环境水质中重金属进行测定.

关键词： 离子色谱条件   优化   水质检测  

摘要： 离子色谱条件优化是一种液相色谱分离与分析技术,在水质检测分析中进行合理应用,能够确保水质检测效果得以良好优化.通过应用离子色谱法进行的实质检测分析,在为水质检测提供便捷性的同时,也能够确保检测的高度准确性.本文就离子色谱在水质检测分析中的应用进行探讨,希望能够为水质检测分析工作提供一些可参考性意见.

关键词： 水质检测   Android   便携式  

摘要： 水资源关系到人类社会的发展和进步。当前,全世界各个国家都加强了对水质污染问题的关注。我国是人均水资源非常短缺的国家,各地的地表水,江河,湖泊,地下水水资源的安全形势己经十分严峻。尽管如此,近年来,我国水质污染事件仍在不断发生。为了应对日益严重的水质污染问题,加强对水污染企业的监督,我国在全国范围内都兴建了许多水质检测基站。但是地表水质检测基站,布局周期长,造价高,维护成昂贵,并且只分布在重要的江河湖泊。在一些支流,小型湖泊则需要快速灵活的水质检测系统。传统的便携式检测系统一次智能连接单个采样探头,更换采样探头过程复杂。检测控制器体积大,性能慢,功能单一,界面简单,缺少良好的人机交互界面。近年来,Android平台在各行各业都有了非常多的场景应用,例如智能家居、医疗、安防系统、金融行业等。但是目前,环保领域内Android移动终端的使用率还是比较少。本论文着重于设计一套基于Android手持终端的便携式水质检测分析系统。以手机、平板、等智能制动设备作为控制器的载体,使用USB连接采样探头,组成一套检测系统。本文介绍了便携式荧光法溶解氧探头的基本原理和基于Android系统的水质检测软件两个部分。文中实现了荧光法溶解氧探头的电路设计和算法实现。详细的描述了荧光法溶解氧的检测原理,以及如何从电路上实现由单片机控制蓝光光源,测量激发的荧光淬灭相位差,来计算出水中溶解氧含量的整个流程,并描述了具体的算法和数据处理的原理。同时设计并实现水质检测分析软件,该软件能够支持多种探头连接,获取全面的水质污染测量数据,能为水质检测和治理提供理论数据依据。水质检测分析软件基于Android平台,具备水质探头的搜索,添加,管理,采集等功能,能自动识别探头的类型,获取相应的参数。检测软件通过嵌入式数据库,实现对历史数据的存储,以图表的方式,显示出数据的变化趋势。同时水质检测分析软件也具备友好的用户界面和简洁的操作方式。本文中采用荧光法溶解氧探头与手持设备进行连接,最后进行整机系统测试,对数据进行分析,验证系统的可行性。

关键词： 激光诱导击穿光谱   定量分析   基线校正   偏最小二乘法   最小二乘支持向量机  

摘要： 近些年来,由于工业化和城市化水平的迅速发展,工业废水和生活污水的乱排导致水质污染越来越严重,污水中的各种盐类物质进入土壤经离子交换、转移等一系列化学反应,促进了土壤中的钙溶解性盐向水中转移,引起水中硬度升高。传统的水质硬度检测方法存在着测量时间长,无法实现在线监测、引入二次污染、操作复杂、检测范围窄等问题,针对目前的问题,本文使用激光诱导及穿光谱（Laser induced breakdown spectroscopy,简称LIBS）技术对水中复杂环境下的单一CaCl2溶液中Ca元素和混合溶液中Ca元素高精度定量分析方法进行研究。LIBS技术具有无需预处理样品、分析时间短、可多元素同时分析、对样品无二次污染、样品形态无限制等优点被广泛用于各类元素分析。本文搭建了基于液体射流进样方式下的LIBS在线检测平台,并结合数据预处理算法对定量分析结果进行优化。主要内容包括:（1）针对实验中连续背景干扰强,定量分析准确度偏低的问题。应用基线校正的数据处理方法对收集到的光谱校准后进行内标定量分析,定标曲线Ca II 393.366nm和Ca II 396.847nm的R2相较于基线校准前有了明显提高,分别从0.9498和0.9156提升到0.9752和0.9667,同时检测限也从30.68ppm和32.05ppm提升至27.99ppm和28.10ppm。（2）由于校准后内标法的检测精度不高,首先用偏最小二乘法进行定量分析,得到Ca元素拟合系数R2为0.9842,此时拟合系数仍然不高。在此基础上应用最小二乘支持向量机进行定量分析,最终得到的拟合系数R2从0.9752提升到0.9947,RMSEP从1.3031wt.%下降到0.2358wt.%,ARE从8.6592%下降到1.7487%。（3）水质分析环境比较复杂,为了模拟水质分析环境,实验配置了CaCl2和Mg（NO3）2混合,CaCl2和NaCl混合,CaCl2和Cu（NO3）2混合,CaCl2和Mg（NO3）2、NaCl、Cu（NO3）2混合的四种混合溶液,采用最小二乘支持向量机的定标模型进行定量分析,CaCl2和NaCl的混合溶液得到的拟合系数最高为0.9932,其RMSEC,RMSEP,ARE误差为0.5823wt.%,0.3347wt.%,2.1326%。本文基于最小二乘支持向量机算法对水中Ca离子定量分析精度进行提高,通过单一溶液和混合溶液中定量分析结果验证了LIBS用于水质检测的可行性和最小二乘支持向量机算法的准确性和可靠性,为LIBS技术水质检测方面的应用提供重要依据。

关键词： 农村饮水   安全   水质监测  

摘要： 现代化发展使得环境污染越来越严重,饮用水问题越来越受到社会关注.保证水质的安全就是保证了生命的底线.我国是一个农业大国,人口众多,经济快速发展使得局部富裕起来,但大部分地区经济还处于不发达状态.所以加强对农村饮水安全工程水质的检测就变得十分重要.

关键词： 某县   农村生活饮用水   水质检测结果  

摘要： 目的:探究某县农村生活饮用水水质检测情况.方法:某县是个乡镇农村,有代表性水源,采样在枯水期(3月～5月)与丰水期(7月～9月);采集并分别检测一次集中式供水出厂水与末梢水,采集与检测一次分散式供水农户家庭储水器中的水.根据生活饮用水标准检验方法的相关标准采集、保存与检测水样.结果:258份水样中合格率23.64％,其中,2016年126份水样,合格率25.40％;2017年132份水样,合格率21.97％;258份水样中,感官、一般化学、微生物学指标合格率分别为96.12％、6.05％、46.90％;集中式供水水质检合格率23.98％,与分散式供水的26.92％比较(P＞0.05);枯水期检测水样合格率31.20％,高于丰水期的17.60％(P＜0.05);出厂水水样检测合格率29％,与末梢水的20％比较(P＞0.05).结论:农村生活饮用水水质合格率不高,需强化饮用水的卫生指导与监督,确保饮用水的安全与卫生.

关键词： 水质检测   树莓派   传感器   数据采集   LoRa  

摘要： 随着社会经济的不断发展,水污染越来越严重,为了能够有效改善水环境,加强水资源的保护,论文设计了一个用于水质环境监测的水质检测仪,旨在快速高效地获取水质信息,为水质分析提供基本数据,有利于预防水质污染和提高水环境保护效率。论文使用树莓派单板机作为水质检测仪的核心控制器,通过树莓派控制多个水质传感器采集温度、PH、浊度等水质信息并存储在设备中,然后利用LoRa通信技术将这些水质数据发送到附近的LoRa基站,实现水质信息采集和传输的功能。同时,考虑到水质检测仪可扩展性的需求,论文还设计开发了检测仪基本信息配置的功能。论文的主要工作内容如下:(1)针对水污染严重的现象,分析国内外水质检测技术的发展现状,提出水质检测的需求,确定了水质检测仪的整体设计。(2)确定树莓派作为水质检测仪的主控制器,分析温度、浊度、PH三个水质检测传感器以及LoRa通信模块的原理和特点,完成水质检测仪的硬件连接。(3)根据水质检测仪的硬件设计及其使用环境的要求,分析水质检测仪的功能需求,针对这些功能,完成软件开发环境的搭建,实现了水质检测仪的配置、定时采集和存储、数据传输与查询的功能,并对这些功能进行了测试。经过测试,论文设计的水质检测仪基本实现了预期的功能,达到了水质检测的目的。