水质COD检测用光谱法的水体环境浊度解算方法

针对紫外-可见光谱法水质COD检测中光谱的变化能够反映水体环境不同浊度这一情况,通过实验方法分析了福尔马肼浊度液对邻苯二甲酸氢钾标准液的紫外-可见吸收光谱影响,引入并改进了多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)方法以消除光散射影响所导致的基线平移和偏移。研究结果表明,改进了的多元散射校正方法,不仅可以解算紫外-可见光水质COD检测时的水体环境之浊度,获得了有别于传统光谱法进行水体或水质浊度测量的技术及方法,而且还为水体环境中浊度测量提供了一种新途径。     

一种紫外-可见光谱检测水质COD预测模型优化方法

针对紫外-可见光谱法检测水质COD预测模型的精度低和收敛速度慢等问题,研究了一种基于粒子群算法联合最小二乘支持向量机(PSO_LSSVM)的水质检测COD预测模型优化方法,并引入主元分析(PCA)算法对模型输入光谱数据进行降维预处理,借以提高模型的收敛速度.结果表明,利用粒子群(PSO)算法收敛速度快和全局优化能力,优化了最小二乘支持向量机(LSSVM)模型的惩罚因子和核函数参数,避免了人为选择参数的盲目性,克服了传统LSSVM预测模型的精度较低、稳健性较差等缺点.通过以收敛时间、预测平均相对误差(MRE)和均方根误差(RMSE)为评价标准进行评估,输入样本经过PCA降维预处理的PSO_LSSVM模型的预测能力和输入样本未经过降维预处理的LSSVM模型与PSO_LSSVM模型进行了比较分析,输入样本经过PCA降维预处理的PSO_LSSVM模型预测效果最优,且此算法使用C语言实现,易于移植,这为紫外-可见光谱水质COD在线、实时性检测奠定了基础.     

基于稀疏表达的水体遥感反射率高光谱重构及其应用

高光谱重构技术可以有效地突破多光谱卫星传感器波段设置的限制,获得更多更有效的地物光谱信息.本研究基于稀疏表达方法提出了一种针对水体遥感反射率的高光谱重构算法,以太湖、杭州湾的原位水体光谱数据为数据源,在5种常用水色传感器(Sentinel-2A MSI、MERIS、MODIS Aqua、GOCI以及ⅦRS)上进行了高光谱重构实验,最后将该算法应用于GOCI数据,进行了算法适用性验证.结果表明:(1)基于稀疏表达的高光谱重构算法可以在不利用实测光谱数据的情况下实现高光谱重构,光谱重构精度高于多元回归光谱重构算法;(2)基于稀疏表达的高光谱重构算法在5种水色传感器上都取得了较好的效果,平均相对误差均在10%以下,均方根误差均在0.005 sr-1以下;(3)相比于原始GOCI多光谱数据,经稀疏表达高光谱重构后的GOCI数据在叶绿素a浓度和总悬浮物浓度估算精度上有不同程度提升.其中对叶绿素a浓度估算而言,平均相对误差从80.6%减少至51.5%,均方根误差从12.175μg·L~(-1)减少至7.125μg·L~(-1);对悬浮物浓度估算而言,平均相对误差从19.1%减少至18.8%,均方根误差从29.048 mg·L~(-1)减少至28.596 mg·L~(-1).     

基于ZYNQ图像处理研制便携式水质检测系统

综合光电检测技术和光谱分析技术中的紫外-可见吸收光谱法,研制多参数便携式地表水水质检测系统,能够现场快速检测出磷酸盐、亚硝酸盐、化学需氧量(COD)和NH₃-N水质参数。对水体中吸收特征波长在可见光部分的物质,使用摄像头采集其可见光谱,并对其可见光谱图像的灰度图进行卷积神经网络建模,吸收特征波长在紫外波段的物质,通过光电检测技术测其浓度值,将建立的卷积神经网络模型移植到ZYNQ中,结合紫外光电传感器,将被检测物质的浓度值通过LCD显示出来,以此实现水质检测仪的便携性。结果表明：所得卷积神经网络预测值为样本溶液在8种浓度值输出类型中的倾向值,准确率最高为100%,最低为40%。COD浓度值的最高误差为10%,证实该检测系统具有很好的实用价值。     

基于稀疏表达的水体遥感反射率高光谱重构及其应用

高光谱重构技术可以有效的突破多光谱卫星传感器波段设置的限制,获得更多更有效的地物光谱信息。本研究基于稀疏表达方法提出了一种针对水体遥感反射率的高光谱重构算法,以太湖、杭州湾的原位水体光谱数据为数据源,在5种常用水色传感器(Sentinel-2A MSI、MERIS、MODIS Aqua、GOCI以及VIIRS)上进行了高光谱重构实验,最后将该算法应用于GOCI数据,进行了算法适用性验证。结果表明:(1)基于稀疏表达的高光谱重构算法可以在不利用实测光谱数据的情况下实现高光谱重构,光谱重构精度高于多元回归光谱重构算法;(2)基于稀疏表达的高光谱重构算法在5种水色传感器上都取得了较好的效果,平均相对误差均在10%以下,均方根误差均在0.005sr-1以下;(3)相比于原始GOCI多光谱数据,经稀疏表达高光谱重构后的GOCI数据在叶绿素a浓度和总悬浮物浓度估算精度上有不同程度提升。其中对叶绿素a浓度估算而言,平均相对误差从80.6%减少至51.5%,均方根误差从12.175μg·L-1减少至7.125μg·L-1;对悬浮物浓度估算而言,平均相对误差从19.1%减少至18.8%,均方根误差从29.048 mg·L-1减少至28.596 mg·L-1。     

胃蛋白酶与对磺酸基杯芳烃相互作用研究

采用荧光光谱法和紫外可见分光光度法研究了胃蛋白酶与对磺酸基杯芳烃和对磺酸基杯芳烃相互作用时光谱性质的变化,发现两种对磺酸基杯芳烃对胃蛋白酶的荧光均有猝灭作用,并根据Stern—Volmer方程及紫外-可见吸收光谱得出猝灭机理均为静态猝灭。根据反应的热力学参数得出对磺酸基杯芳烃对胃蛋白酶的作用力均属于静电作用力,并依据Forster无辐射能量转移理论得出荧光给体（胃蛋白酶）-受体（对磺酸基杯芳烃）间的距离r。用同步荧光光谱技术考察了两种对磺酸基杯芳烃对胃蛋白酶构象的影响。     

查干湖富营养化状况高光谱遥感评价研究

通过分析查干湖水体水质参数与其高光谱反射特征之间的响应关系,采用单波段与波段比值等算法分别建立了湖水水质的高光谱定量反演模型;同时结合修正营养状态指数(TSIM)模型,针对水质参数的实验室数据和高光谱模型模拟数据,对查干湖富营养化程度进行了监测和评价,并进行了验证.结果表明:1)利用高光谱监测模型对湖泊富营养化状况进行监测和评价,能够获取较为准确的评价结果;2)单项指数评价法由于只针对一个指标进行评价,不适合用来进行水体富营养化评价,采用修正营养状态指数TSIM(AVE)方法,可以对查干湖水体富营养化程度进行正确的评价.评价结果显示,查干湖水体处于富营养化状态,需要采取措施防止进一步恶化.     

遥感技术在湖泊水质监测中的应用

环境污染遥感监测技术具有监测范围广、速度快、成本低,且便于进行长期的动态监测等优点,是实现宏观、快速、连续、动态地监测环境污染的有效方法,已成为湖泊环境动态变化监测的重要技术手段.湖泊水质遥感监测是基于经验、统计分析或水质参数的光谱特征,选择遥感波段数据与地面实测水质参数数据进行数学分析,建立水质参数反演模型实现的.在运用遥感技术对湖泊进行水质监测的方法中有传统方法和神经网络模型.与传统方法相比,神经网络模型有较强的水质识别的容错性,水质状况识别的可信度.今后,神经网络模型、高光谱遥感技术以及RS与GIS、GPS的结合运用等将是遥感技术在此领域中的发展方向.     

水质紫外吸光度监测仪器及其应用

根据国家水质监测的标准来看,紫外吸光度的检测需要依靠纯粹的物力手段,并且在该种测试当中能够保障水质不会遭受二次污染,确保了监测的安全可靠性。文章主要研究了在水质监测当中所应用的紫外线习惯度监测的相关仪器以及该类仪器在监测中的应用。笔者将从紫外吸光度的适宜角度出发,深入分析了紫外吸光度应该会用到的仪器。期待通过对紫外吸光度的了解,找出在该方面监测中在线监测仪器的具体应用,帮助水质监测人员顺利完成监测工作。     

基于无人机遥感的水质监测研究综述

与传统的卫星遥感和有人机遥感相比,无人机遥感具有高时空分辨率、云下低空飞行、高机动性等优势,可解决传统水质监测工作中存在的问题。无人机遥感水质监测可及时地掌握水文情况,达到实时监测水质的高效性效果,为水质监测评价提供了新的机遇与途径。无人机遥感反演方法已经逐渐成为内陆水体水质监测评价的重要技术手段,可以反映水质在时空上更为全面的分布变化情况。该文回顾了无人机遥感的特点,阐述了无人机遥感水质监测原理、监测对象、监测方法以及无人机遥感水质监测研究进展与影响水质监测精度的因素。在此基础上对无人机水质遥感监测进行展望,提出了无人机高光谱遥感技术有望成为研究大时空尺度水域富营养化现象的重点和方向,并能在高带宽下搭载的数传模块得到多种水质参数浓度的空间反演分布图。     

极端嗜盐菌Halomonas elogata的分离鉴定及其降解偶氮染料活性兰BRF的条件优化研究

从新疆地区土壤中经驯化、分离纯化得到一株极端嗜盐菌,并对其形态特征、生理生化特性及16S rDNA同源性进行了检索比较,鉴定该菌株为伸长盐单胞菌(Halomonas elogata);其次,考察了不同因素对菌株降解偶氮染料--活性兰BRF的影响,比较了不同盐度条件下的降解率,并在30℃、5%盐度生长条件下采用单因素实验考察了该菌接菌量、染料初始浓度、初始pH等因素对活性兰BRF72h降解率的影响,采用正交试验L9(33)获得适宜的降解条件;最后,通过紫外-可见吸收光谱分析了降解产物.结果表明,该菌株耐盐范围为0～32%,最适生长盐度为5%～20%;在盐度为3%～25%条件下该菌株对活性兰BRF的降解率随着盐度的升高先升后降,5%盐度下的降解效果最佳;在30℃、5%盐度下适宜降解条件为:染料浓度100mg·L-1,pH=7,接菌量5%,72h的降解率为88.62%.紫外-可见光谱结果显示,降解产物的光谱与活性兰BRF的明显不同,可见光区的吸收峰消失,正己烷萃取液无紫外吸收,二氯甲烷萃取液出现两个紫外吸收峰,推测为芳胺类及杂环类等极性化合物;质谱分析证实,降解产物合苯甲基二胺、2,6-氨基苯酚等极性化合物.     

基于改进遗传算法的河流水污染源反演方法

针对河流水污染应急响应过程中污染源排放历史迟知、未知的问题,结合多种群遗传算法和自适应遗传算法,利用一维河流水质模型和水质监测数据,研究建立了基于改进遗传算法的河流水污染定量源反演方法,实现了对河流污染源排放历史的识别与重构.将该方法应用于美国特拉基河流的3个不同流量下的示踪剂实验中,对示踪剂排放历史进行定量源反演分析.结果表明：IGA算法对高、中、低不同流量下的3次示踪剂实验均可以很好的重构和识别示踪剂排放历史,对于实际河流水污染源反演分析的误差均在可接受范围内.IGA算法在河流水污染源反演分析中具有一定的可靠性和稳定性,可为河流水污染精准溯源与治理提供科学的技术支撑.     

不同地域的阳光光谱分布特性

目的研究阳光的光谱能量分布特性。方法对高原、西北沙漠、热带海洋等3个地域200~800 nm波段的阳光进行光谱测量,分析不同地区、不同天气状况、不同扫描速度下的阳光光谱能量分布特性。结果高原地区阳光光谱中的紫外-可见波段的辐照强度明显比西北沙漠和热带海洋地区高,多云时200~800 nm波段的辐射总量与晴天相比降低1/4,200~400 nm的紫外波段的辐射总量仅为晴天时的54%。光谱测量仪的扫描速度对光谱测定结果基本无影响。结论研究获得的阳光紫外截止点、340 nm处的辐照强度、不同波段的辐照量,可为实验室光源暴露试验中的光源选择、光谱能量控制提供参考。     

参与感知在空气质量监测系统中的应用

目前我国空气质量改善任务严峻,如何获得细粒度的空气质量数据,是当前开展大气环境管理、科研的重要任务。随着传感器和智能终端的不断发展,催生了一种新的感知模式——参与感知。参与感知强调人在感知过程中的作用,利用智能手机,对环境中的状态信息进行自主或者交互式的采集和传输,并利用特定的方法对数据进行分析。阐述了参与感知的基本概念和已开展的相关工作;设计了基于参与感知的空气质量监测系统的体系架构,详细分析了感知层、数据处理层、数据传输层和数据应用层的基本结构;对参与感知应用过程中涉及的关键技术提出了解决方案,为构建参与感知应用环境提供了理论参考。     

山地丘陵地区简易垃圾填埋场周边壤中流污染特性

为探析山地丘陵地区简易垃圾填埋场周边壤中流污染特性,在四川省盐亭县云溪镇垃圾填埋场开展了约1年的水质跟踪监测.结果显示,即使停止服役近20年,简易填埋场依然会通过壤中流向周边环境释放污染.具体而言,简易填埋场下游壤中流污染程度显著高于上游对照组水平（p<0.05）,污染物以有机物和氮为主.化学需氧量（COD）随着季节变化,在144.23~360.57 mg·L^-1.紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱分析均指示水质呈高度腐殖化.采用GC-MS进一步识别壤中流有机物类别,发现其中存在57种难降解的痕量有机物,而具有致癌性、生殖毒性及美国环保局 EPA 优先控制的污染物达15种.填埋场下游壤中流总氮为20.61~290.25 mg·L^-1,且以有机氮为主（54.24%）,硝态氮次之（33.28%）,亚硝氮和氨氮仅占12.48%.可见,简易填埋场壤中流是一种低C/N废水,且具有难降解特性.对简易填埋场下游1 km以内地下水、地表水开展采样检测,发现它们的紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱特性与壤中流类似,指示污染具有同源性.此外,地下水COD为10.05~12.47 mg·L^-1,不满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）要求,地表水总氮为3.83~18.34 mg·L^-1,存在富营养化风险.研究结果明确了对山地丘陵地区简易填埋场壤中流修复的必要性,也为修复技术的制定提供了基础数据.     

水质总磷总氮在线自动监测技术的研究

通过优化国内外水质总氮总磷的手工和自动监测方法及设计参数,研究了基于紫外催化-过硫酸钾氧化分光光度法的在线监测技术,设计了紫外线加强氧化-消解反应器和20通道自动校准与自动进样集成控制系统。该技术与国家标准监测方法相比大大提高了总磷总氮氧化率和消解速度,实现了在较低温度和常压条件下水质总磷总氮的快速、安全和稳定的在线自动监测,具备了良好的市场推广应用前景。     

基于三维荧光光谱的鄱阳湖湿地水体有色可溶性有机物组成特征和来源

有色可溶性有机物(Chromophoric dissolved organic matter,CDOM)是水生生态系统的重要组成部分,在生物地球化学循环过程中起着重要的作用.本研究基于2021年4月鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区内3个碟形湖(战备湖、白沙湖和东湖)28个采样点的水样和实测水质参数数据,运用紫外-可见吸收...     

建立工业区水污染源在线监测系统的思考

结合工业区水污染源在线监测系统的技术文件,在建立水质自动监测系统过程中对系统总体功能、系统组成、数据的采集与处理、系统的维护及管理、存在的问题等方面进行了探讨,水质自动监测系统的建设可以弥补水质监测的不足,同时为环境管理提供了可靠的依据.     

广州地区光化辐射通量与辐照度的特征

应用NCAR TUV辐射模式与地表实际观测分析了理论上广州地区地表可获得的最强光化辐射通量、辐照度及其波谱变化特征与月、日变化特征,计算与观测的差异用于评估气溶胶对紫外辐射通量的作用.结果表明,光化辐射通量与辐照度均具有正弦曲线的日变化特征,但光化辐射通量的正弦波形较辐照度的更为宽广,其辐射强度随太阳天顶角的增加下降幅度也更为缓慢;光化辐射中的总能量可见光谱区约占86%,紫外谱区仅占约14%;理论计算与实际观测表明,不同监测波段范围的紫外辐射表,虽然其标识均为监测UVA或UVB的辐射,但差异明显;广州地区的气溶胶污染显著影响紫外辐射通量.由于紫外辐射通量是影响对流层臭氧生产力的关键因子,有必要更加深入地认识广州地区气溶胶与紫外辐射通量的相互作用.     

基于LabVIEW和VC~(++)的水质检测光谱信号小波去噪方法

针对水质检测紫外-可见光原始吸收光谱中含有大量非平稳噪声的问题,该文研究了一种基于LabVIEW与C语言混合编程对水质检测吸收光谱进行改进阈值函数的小波阈值去噪处理方法。研究结果表明,通过引入VC++6.0,基于LabVIEW与C语言混合编程,不仅克服了LabVIEW和Matlab混合编程存在效率低、可移植性差、升级不便等缺点,而且采用db4小波基,使用C语言实现了小波阈值去噪处理。与QE65000科研级光谱仪采集数据进行对比,两者数据的互相关性和均方根误差均取得了满意效果,为实时、在线水质检测紫外-可见光吸收光谱的去噪处理提供了一种新的解决方案。