利用光谱分析技术对海水溢油进行分类检测的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用光谱分析技术对海水溢油进行分类检测的装置和方法，属于多光谱测量技术领域，采用荧光光谱识别汽油和柴油，采用拉曼光谱识别原油、燃料油和轻质油，通过对荧光光谱和拉曼光谱进行平滑去噪、基线校正和峰值拾取，实现了特征峰位置和强度的准确拾取，解决了因特征峰位置估计不准确所导致的油品识别易出现错误的问题，提高了海水溢油分类的准确性。同时，本发明专利技术在海水溢油分类检测装置中设计自动环流平台、光学检测系统和自动控制单元，可以自动完成从海水取样、混合、溢油激发、光信号采集、光谱处理到溢油分类识别的全过程，不仅提高了溢油分类检测的速度和准确度，而且可对海水实现原位检测，解决了溢油溯源困难的问题。源困难的问题。源困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
利用光谱分析技术对海水溢油进行分类检测的装置和方法


[0001]本专利技术属于多光谱测量
，具体地说，是涉及一种利用光谱分析技术对海水溢油进行分类检测的装置和方法。

技术介绍

[0002]随着海上石油勘探、开采事业的兴起，海上石油泄漏和油船漏油事故屡有发生，使大量石油和各种类型的油制品流入海洋，对海洋环境造成了严重污染。由于开采原油和成品油监管往往属于不同的执法部门，在海水中出现油类污染物时，首先需要判断出溢油的类型，然后根据溢油类型确定相关的执法部门进行监督管理和溯源。因此，对海水溢油进行分类检测，对于某些执法部门来说是必须的。同时，对海水溢油进行快速、准确地分类，也有利于海上油污清除工作的高效开展。
[0003]现阶段，针对石油及其各种油制品的检测和分类，最常见的方法有液相色谱法和气相色谱法，这些方法需要对海水中的溢油进行取样后，送到实验室，利用实验室中的大型设备完成油品的分类检测工作，不仅耗费时间长，成本高，而且时效性差，导致后期追溯困难。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种利用光谱分析技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用光谱分析技术对海水溢油进行分类检测的方法，其特征在于，包括：采集含有溢油的海水的荧光光谱数据；对荧光光谱数据进行光谱平滑去噪声处理，得到平滑荧光光谱图；对所述平滑荧光光谱图进行基线校正，去除本地基线；对去除本地基线后的荧光光谱图进行峰值拾取，拾取出所有特征峰的光谱位置和强度；将拾取出的特征峰的光谱位置和强度，与汽油和柴油的荧光光谱图谱进行比对，识别出所述溢油是否为汽油或柴油；在所述溢油不是汽油和柴油时，采集所述含有溢油的海水的拉曼光谱数据；对拉曼光谱数据进行光谱平滑去噪声处理，得到平滑拉曼光谱图；对所述平滑拉曼光谱图进行基线校正，去除本地基线；对去除本地基线后的拉曼光谱图进行峰值拾取，拾取出所有特征峰的光谱位置和强度；将拾取出的特征峰的光谱位置和强度，与原油及成品油多环芳烃种类特征的拉曼光谱图谱进行比对，识别出溢油中所含的多环芳烃种类；根据溢油中所含的多环芳烃种类及各类多环芳烃的含量占比，识别出溢油的类型。2.根据权利要求1所述的利用光谱分析技术对海水溢油进行分类检测的方法，其特征在于，在采集所述含有溢油的海水的拉曼光谱数据的过程中，包括：分别利用波长为785nm和830nm的激光照射含有溢油的海水，以激发出785nm所属拉曼光信号和830nm所属拉曼光信号；采集所述785nm所属拉曼光信号和830nm所属拉曼光信号，分别形成785nm所属拉曼特征光谱和830nm所属拉曼特征光谱；对所述785nm所属拉曼特征光谱和830nm所属拉曼特征光谱做差分，得到消除荧光后的拉曼光谱数据。3.根据权利要求1所述的利用光谱分析技术对海水溢油进行分类检测的方法，其特征在于，在对拉曼光谱数据和荧光光谱数据进行平滑去噪声处理时，采用Savitzky
‑
Golay多项式平滑算法，通过加权平均进行光谱去噪。4.根据权利要求3所述的利用光谱分析技术对海水溢油进行分类检测的方法，其特征在于，所述基线校正包括：将原始光谱数据P[n]与通过Savitzky
‑
Golay多项式平滑处理后的光谱数据E[n]中的每个点进行对比分析，即，对P[n
i
]与E[n
i
]作对比，取两者的较小值组合生成baseline曲线B[n]；将原始光谱数据与生成的baseline数据做差值，并采用梯形法求积分，形成新的矩阵C[n];寻找同时满足条件C[n
i
‑1]< C[n
i
‑2]、C[n
i
‑1]< C[n
i
]的点n
i
‑1，提取B[n
i
‑1]生成最小基线B
min
[n]；将原始光谱数据P[n]与B
min
[n]做差值，得到基线校正后的光谱数据D[n]。5.根据权利要求1所述的利用光谱分析技术对海水溢油进行分类检测的方法，其特征在于，在对拉曼光谱图和荧光光谱图进行峰值拾取的过程中，采用以下特征峰拾取过程：
将经过去噪和基线校正后的光谱数据表示为D[n]={n1, n2, n3,
…
,n
z
};将光谱数据中每5个相邻数据点组成一组数据，记为A
k
{n
i
‑2, n
i
‑1, n
i
, n
i+1
, n
i+2
}，其中，n
i
表示光谱坐标为i处的光强度；对每一组数据中的5个数据点进行升序排序；若相邻的三组数据A
k
‑1、A
k
、A
k+1
中，A
k
‑1的光谱坐标升序，A
k
的光谱坐标乱序，A
k+1
的光谱坐标降序，则将A
k
位置判定为特征峰位置。6.根据权利要求1所述的利用光谱分析技术对海水溢油进行分类检测的方法，其特征在于，所述根据溢油中所含的多环芳烃种类及各类多环芳烃的含量占比，识别出溢油类型的过程中，包括：提取多环芳烃中萘、菲、蒽、荧蒽、芘五种物质所对应的特征峰的峰高；计算所述五种物质的峰高之和，形成总峰高；计算萘、菲两种物质所对应的特征峰的峰高之和相对所述总峰高的占比；若萘、菲两种物质的占比高于20%，则判定为轻质油；若萘、菲两种物质的占比在10%~20%之间，则判定为燃料油；若萘、菲两种物质的占比低于10%，则判定为原油。7.根据权利要求1至6中任一项所述的利用光谱分析技术对海水溢油进行分类检测的方法，其特征在于，在识别出溢油类型后，执行溢油浓度检测过程，包括：若所述溢油为汽油或柴油，则提取荧光光谱图中的所有特征峰强度；若所述溢油不是汽油和柴油，则提取拉曼光谱图中的所有特征峰强度；利用以下多元线性回归模型，计算溢油浓度：y=b0+b1x1+ b2x2+
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马海宽，元光，刘岩，张颖颖，张述伟，曹煊，吴宁，孔祥峰，史倩，王昭玉，马然，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：