一种基于高光谱技术的水体黑臭程度测算方法技术

本发明专利技术属于水体黑臭程度测算技术领域，具体涉及一种基于高光谱技术的水体黑臭程度测算方法，包括如下步骤：S10：将高光谱设备安装于被测水体一侧，进而使高光谱设备拍摄被测水体；S20：获取该设备的高光谱数据进行处理，S30：通过高光谱设备拍摄的数据提取计算黑臭水体特征值T；S40：利用s1数据得出不同黑臭水体的平均光谱差异阈值为T1、T2；S50：利用s1的数据分别获取透明度、溶解氧、氨氮参数敏感波段的反射率，并计算该反射率的值；S60：对S50中得到的值进行预判断；S70：利用上述步骤得出的参数对被测水体的黑臭程度进行辨别；本发明专利技术能够通过程序快速对数据完成分析和计算，实现重度黑臭水体、轻度黑臭书体、一般水体的快速精细化判断。细化判断。细化判断。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高光谱技术的水体黑臭程度测算方法


[0001]本专利技术属于水体黑臭程度测算
，具体涉及一种基于高光谱技术的水体黑臭程度测算方法。

技术介绍

[0002]城市黑臭水体是指在城市建成区内出现颜色令人不悦或散发出不适气味的水体。这种水体的黑臭现象是一种生物化学现象，当水体遭受严重污染时，有机物的好氧分解速率大于复氧速率，导致水体缺氧，有机物降解不完全。在厌氧生物降解过程中，会生成发臭物质如硫化氢、氨、硫醇等，同时形成硫化铁、硫化锰等黑色物质，致使水体出现黑臭，这是一种严重的水污染现象，对地球的生态环境和人类的生活健康都有严重影响
[0003]为了控制和治理这种严重的水污染现象，国务院颁发了《水污染防治行动计划》。2015年9月住房部公布的《城市黑臭水体整治工作指南》明确规定了黑臭水体监测与评价方法。其中城市黑臭水体的评价指标包括透明度、溶解氧、氧化还原电位、氨氮，按照该评价指标可将水体的污染程度分为重度黑臭水体、轻度黑臭水体和非黑臭水体。
[0004]随着我国工农业的快速发展，城市建成区的水体黑臭程度日益加剧，且不同地点的水体黑臭程度存在差异。因此，如何快速、准确、并覆盖范围更广地识别黑臭水体，及时采取有效的管理措施，变得尤为重要。传统的检测方法主要依靠实地采样并带回实验室进行水质分析，最后根据相关标准来评估水体的黑臭程度。然而，这种方法耗时耗力，监测范围有限，不能及时反馈水体的黑臭情况，因此有待改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是：旨在提供一种基于高光谱技术的水体黑臭程度测算方法，通过连续探测的可见
‑
红外高光谱设备拍摄的被测水体的光谱数据结合python程序对数据完成了提取、计算，进而通过的黑臭水体光谱特征值对水体类型进行初步判断，再结合氨氮、透明度、溶解氧的三个参数值进一步辨别黑臭水体程度，进而实现重度黑臭水体、轻度黑臭水体和一般水体的快速且精确的判断。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种基于高光谱技术的水体黑臭程度测算方法，包括如下步骤：
[0008]S10：将高光谱设备安装于被测水体一侧，进而使高光谱设备连接拍摄被测水体；
[0009]S20：利用pycharm软件，获取该设备的高光谱数据进行处理，并将高光谱设备数据保存为csv数据格式；
[0010]S30：通过高光谱设备拍摄的数据提取计算黑臭水体特征值T；
[0011]S40：利用s1数据得出不同黑臭水体的平均光谱差异阈值为T1、T2；
[0012]S50：利用s1的数据分别获取透明度、溶解氧、氨氮参数敏感波段的反射率，并计算该反射率的值；
[0013]S60：对S50中得到的值进行预判断；对S60步骤预判断的数值包括：黑臭水体差异
阈值和透明度、溶解氧、氨氮参数敏感波段的反射率值；若黑臭水体差异阈值不满足判别条件，则返回S2；若S50中得到的参数小于零，则返回S2。
[0014]S70：利用上述步骤得出的参数对被测水体的黑臭程度进行辨别。
[0015]被测水体黑臭程度辨别方法：所述透明度、溶解氧、氨氮参数敏感波段的反射率值的判断值为：NH3N(8
‑
15)，透明度TURBIDITY(10
‑
21)，溶解氧D0(0.2
‑
20)，所述平均光谱差异阈值为T1、T2为[0.00165
‑
0.0025]。
[0016]S71：若被测水体平均光谱差异值大于等于T2，且S50构建的敏感波段中至少一个参数满足重度黑臭水体条件，则该水体是重度黑臭水体；当没有参数满足重度黑臭水体条件时：若至少一个参数满足轻度黑臭条件则为轻度黑臭水体，若没有参数满足轻度黑臭水体条件则为一般水体；
[0017]S72：若被测水体平均光谱差异值位于[T1
‑
T2)，且S50构建的敏感波段至少一个参数满足一般黑臭水体条件，即被测水体为轻度黑臭水体；当没有参数满足一般黑臭水体条件时：若多个参数满足重度黑臭水体条件则为黑臭水体，若只有一项参数满足重度黑臭水体条件则为轻度黑臭水体，若参数都不满足上述条件则为一般水体；
[0018]S73：若被测水体平均光谱差异值为小于T1，且S50构建的敏感波段至少一个参数满足一般水体条件即为一般水体；当没有参数满足一般水体条件时，则为轻度黑臭水体。
[0019]高光谱设备为CMOS成像仪，拍摄光照由led提供且灯光安装位置垂直向下，光源发射处高于高光谱设备，该设备采集焦距为20cm，光谱范围包含380nm
‑
960nm，分辨率为10
‑
25nm，输出步长为2。高光谱设备数据采集方式为指令采集，该设备的采集方向与竖直led光源成30
°
夹角，并与被测水体采集水面距离20cm。
[0020]根据步骤S30的黑臭水体特征值T的方法，首先选取特征波段，然后对被测水体选取相同波段计算被测水体的特征值T,将选取的特惠总能波段R1至R2数据进行求和归一化处理，然后得出黑臭水体特征值T，选取特征波段范围R1至R2为：520nm
‑
600nm(相关系数R2大于0.8)，公式如下：
[0021][0022][0023][0024]T＝MAX
t
‑
MIN
i
。
[0025]S50中的参数值计算方法：使用S20步骤的程序语言获取氨氮(NH3N)、溶解氧(D0)和透明度(TURBIDITY)的敏感波段作为自变量进行计算，计算模型公式为：
[0026][0027](a＝15.205，b＝0.38，c＝1.12)
[0028][0029](a＝
‑
670.86，b＝683.76
[0030][0031](a＝250.865，b＝1.476，c＝0.435)
[0032]当敏感波段的自变量为奇数波段时求取当前波段前后值的平均值为实际敏感波段带入公式进行计算。
[0033]本专利技术通过连续探测的可见
‑
红外高光谱设备拍摄的被测水体，利用测量的光谱数据结合python程序对数据完成了提取、计算，进而通过的黑臭水体光谱特征值对水体类型进行初步判断，再结合氨氮、透明度、溶解氧的三个参数值进一步辨别黑臭水体，进而实现重度黑臭水体、轻度黑臭水体和一般水体的快速且精确的判断。
附图说明
[0034]本专利技术可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。
[0035]图1为本专利技术一种基于高光谱技术的水体黑臭程度测算方法的流程示意图；。
具体实施方式
[0036]为了使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进一步说明。
[0037]如图1所示，本专利技术的一种基于高光谱技术的水体黑臭程度测算方法，包括以下步骤：
[0038]步骤10：使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高光谱技术的水体黑臭程度测算方法，其特征在于，包括如下步骤：S10：将高光谱设备安装于被测水体一侧，进而使高光谱设备连接拍摄被测水体；S20：利用pycharm软件，获取该设备的高光谱数据进行处理，并将高光谱设备数据保存为csv数据格式；S30：通过高光谱设备拍摄的数据提取计算黑臭水体特征值T；S40：利用s1数据得出不同黑臭水体的平均光谱差异阈值为T1、T2；S50：利用s1的数据分别获取透明度、溶解氧、氨氮参数敏感波段的反射率，并计算该反射率的值；S60：对S50中得到的值进行预判断；S70：利用上述步骤得出的参数对被测水体的黑臭程度进行辨别。2.根据权利要求1所述的一种基于高光谱技术的水体黑臭程度测算方法，其特征在于：被测水体黑臭程度辨别方法：S71：若被测水体平均光谱差异值大于等于T2，且S50构建的敏感波段中至少一个参数满足重度黑臭水体条件，则该水体是重度黑臭水体；当没有参数满足重度黑臭水体条件时：若至少一个参数满足轻度黑臭条件则为轻度黑臭水体，若没有参数满足轻度黑臭水体条件则为一般水体；S72：若被测水体平均光谱差异值位于[T1
‑
T2)，且S50构建的敏感波段至少一个参数满足一般黑臭水体条件，即被测水体为轻度黑臭水体；当没有参数满足一般黑臭水体条件时：若多个参数满足重度黑臭水体条件则为黑臭水体，若只有一项参数满足重度黑臭水体条件则为轻度黑臭水体，若参数都不满足上述条件则为一般水体；S73：若被测水体平均光谱差异值为小于T1，且S50构建的敏感波段至少一个参数满足一般水体条件即为一般水体；当没有参数满足一般水体条件时，则为轻度黑臭水体。3.根据权利要求2所述的一种基于高光谱技术的水体黑臭程度测算方法，其特征在于：所述透明度、溶解氧、氨氮参数敏感波段的反射率值的判断值为：NH3N(8
‑
15)，透明度TURBIDITY(10
‑
21)，溶解氧D0(0.2
‑
20)，所述平均光谱差异阈值为T1、T2为[0.00165
‑
0.0025]。4.根据权利要求3所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晖，付佳诚，封雷，黄晶，李国勇，万欣，王磊，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：