光譜水質(zhì)智能監(jiān)測(cè)應(yīng)用白皮書 -v10.0-2023.11

目錄1

2水質(zhì)在線÷測(cè)的ZZ譜譜水水質(zhì)質(zhì)在在線線÷÷測(cè)測(cè)的的àà用用āā狀狀新時(shí)代背o2.1

建立Z譜水質(zhì)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，指明ì業(yè)1.1

水質(zhì)是?家水網(wǎng)ü全的關(guān)鍵123發(fā)展方向2.2

建立Z譜設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)制，保障ì業(yè)高質(zhì)發(fā)展2.3

建立Z譜水質(zhì)基礎(chǔ)ā，?實(shí)ì業(yè)61.2

水質(zhì)÷測(cè)ì業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)1.3

Z譜在水質(zhì)÷測(cè)領(lǐng)域的à用1.4

Z譜智能÷測(cè)確保?家水網(wǎng)長(zhǎng)制久ü74發(fā)展土壤743Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)à用實(shí)踐ZZ譜譜水水質(zhì)質(zhì)智智能能÷÷測(cè)測(cè)方解案決架方構(gòu)案3.1

Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)方案架構(gòu)

93.2

Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)關(guān)鍵?術(shù)

114.1

深圳龍崗河Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)

144.2

洞庭湖Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)

155

6未來(lái)展望編制說(shuō)明未來(lái)展望16編制說(shuō)明18第一章水質(zhì)在線÷測(cè)的新時(shí)代背o1.1

水質(zhì)是?家水網(wǎng)ü全的關(guān)鍵`à總書記指出，水是生`之本1文明之源ā必須牢固樹(shù)立和踐ì綠水青山就是金山銀山的v念，站在人P自然和諧共生的高度謀劃發(fā)展2礎(chǔ)1引調(diào)1排水y程~通道1調(diào)蓄y程~結(jié)點(diǎn)1智慧調(diào)?~手段，集水資源`W配置1流域?洪減災(zāi)1水生態(tài)系統(tǒng)保?等?能于一體的綜合體系2à快構(gòu)建?家水網(wǎng)，建設(shè)ā代W高質(zhì)量的水利1水á基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)籌解決水資源1水生態(tài)1水?境1水災(zāi)害問(wèn)題，是以`à\志~?心的黨中作出的T大戰(zhàn)略部署22023

?

5

o

25

?，中共中1?á院印發(fā):?家水網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃綱要;，是中?水利發(fā)展史1生態(tài)文明建設(shè)史PxpT要Y程碑意義的大?2?家水網(wǎng)是以自然河湖~基第1頁(yè)`à總書記多次強(qiáng)調(diào)信息W對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展1社會(huì)治v的驅(qū)ú引領(lǐng)作用，強(qiáng)W信息資源深度整合，打通經(jīng)濟(jì)1社會(huì)發(fā)展的信息<大ú脈=2水網(wǎng)y程作~?家T大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，投入多，影響大，在建設(shè)過(guò)程中以信息流帶ú?術(shù)流1資金流1人才流1物資流，促?資源配置`W，促?全要素生產(chǎn)率提升，對(duì)水網(wǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展1社會(huì)精細(xì)治v起到引領(lǐng)性的作用2境的?術(shù)ù革和`W升?，D而實(shí)ā供水保障1生態(tài)維持1?境保?1?洪抗旱1發(fā)電航?和y程?ì等水?能的全方O統(tǒng)籌2水資源是?家水網(wǎng)的體，是人類社會(huì)生`和發(fā)展的基礎(chǔ)，水污染問(wèn)題直接威脅到人民群_的健康和生活2水質(zhì)在線÷測(cè)是全面掌握水資源質(zhì)量狀?，構(gòu)建水資源保?和水?境治v體系的T要手段2通過(guò)建立多參數(shù)水質(zhì)在線÷測(cè)系統(tǒng)，提升水質(zhì)在線÷測(cè)裝備的?術(shù)水和水體保障能力，及時(shí)1準(zhǔn)確1全面1高效的反?水資源質(zhì)量和水?境污染狀?，滿足數(shù)_W時(shí)代大規(guī)模水質(zhì)÷測(cè)和預(yù)警網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的?心裝備需求，對(duì)?家水網(wǎng)建設(shè)產(chǎn)生T要的ā實(shí)意義和y大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效能2水網(wǎng)智慧W是?家水資源配置1水生態(tài)保?1水?境治v1?洪減災(zāi)的強(qiáng)烈需求，是把握數(shù)_W1網(wǎng)絡(luò)W1智能W融合發(fā)展的契機(jī)，是提升水資源1水生態(tài)1水?境1水災(zāi)害à對(duì)能力的T要手段2要è?à聯(lián)網(wǎng)1大數(shù)據(jù)1人y智能等新一代信息?術(shù)\實(shí)體y程深度融合，才能èú水利水á1生態(tài)?1.2

水質(zhì)÷測(cè)ì業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)據(jù)生態(tài)?境部

2022?生態(tài)?境狀?}?，全?地表水÷測(cè)p

3629個(gè)??斷面，Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)斷面占比

87.9%2w中，長(zhǎng)江1黃河1珠江1花江1淮河1海河1?河七大流域和}閩w河流1西X諸河1西南諸河要江河p

3115個(gè)??斷面，Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)斷面占比

90.2%ā開(kāi)展水質(zhì)÷測(cè)的T要湖??水?āp

210

個(gè)，Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)湖??水?ā占比

73.8%2水質(zhì)??體系建設(shè)t相對(duì)完善2?，水資源1水?境治v能力持續(xù)提升，水利水á1生態(tài)?境÷測(cè)在線÷測(cè)能力O斷增強(qiáng)，÷測(cè)手段u`統(tǒng)的人yê測(cè)逐m轉(zhuǎn)向在線的自ú÷測(cè)P人y巡測(cè)1駐測(cè)相結(jié)合的模式2在l期間，s?水利水á1生態(tài)?境÷測(cè)ì業(yè)×得了較大發(fā)展，但?然`在如QO足2?一ā水質(zhì)智慧W÷測(cè)能力尚O完善目前水質(zhì)÷測(cè)?然以W學(xué)法1電極法~，÷測(cè)方法相對(duì)粗，智慧W能力O夠完善2u于÷測(cè)設(shè)備感知?度慢1穩(wěn)定性O(shè)高1集rW及智能W程度O足，投資及^期?維隨著?家水網(wǎng)等T大關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施及數(shù)_中?1數(shù)_孿生等數(shù)_W轉(zhuǎn)型項(xiàng)目的è第2頁(yè)r本高等問(wèn)題，極大的限制了水質(zhì)在線÷測(cè)系統(tǒng)的廣泛部署，ü?水質(zhì)÷測(cè)在時(shí)間1空間1ù?等維度`在較多<盲{=，無(wú)法及時(shí)捕捉到?家水網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的水?境ùW?勢(shì)，水?境污染?t時(shí)p發(fā)生，對(duì)建設(shè)牢固的水網(wǎng)ü全?線帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)2熟，未能實(shí)ā水利水á1生態(tài)?境等ì業(yè)管部門÷測(cè)數(shù)據(jù)的高質(zhì)量共享，難以準(zhǔn)確?算?家水網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的污染負(fù)荷，難以全面準(zhǔn)確掌握?家水網(wǎng)的水質(zhì)狀?2?Oā水質(zhì)÷測(cè)?術(shù)手段較~單一目前水質(zhì)÷測(cè)?然以地面ê測(cè)站~，水質(zhì)÷測(cè)?術(shù)手段相對(duì)單一2u于?到÷測(cè)設(shè)施裝備智慧W水及投資r本的限制，地面ê測(cè)站網(wǎng)無(wú)法對(duì)?家水網(wǎng)實(shí)ā全面p效覆蓋，迫W需要發(fā)展多種÷測(cè)方法，充V利用視頻÷?1無(wú)人機(jī)1遙感衛(wèi)等手段，集r紫外1?éZ1紅外1雷à1激Z等多種`感器，形r空y地一體W的立體÷測(cè)網(wǎng)絡(luò)2?Dā水質(zhì)÷測(cè)數(shù)據(jù)?值未充V釋基于水資源1水?境精細(xì)W治v能力提升的需要，除??站外，水利水á1生態(tài)?境等ì業(yè)管部門各自t立建設(shè)了大量水質(zhì)÷測(cè)站點(diǎn)，à些水質(zhì)÷測(cè)站點(diǎn)采用的?術(shù)路線O一，÷測(cè)指標(biāo)1÷測(cè)頻次1÷測(cè)質(zhì)量p限，未能p效形r水質(zhì)÷測(cè)一張網(wǎng)2另外，水質(zhì)÷測(cè)數(shù)據(jù)共建共享的`作機(jī)制O夠r1.3

Z譜在水質(zhì)÷測(cè)領(lǐng)域的à用Z是一種電磁波，通常的Z波包括紫外Z1?éZ和紅外Z，波長(zhǎng)范圍在

200nm~50μm，它是u原子和V子的電子躍遷1V子的震ú或轉(zhuǎn)ú躍遷而產(chǎn)生的2?據(jù)量子v論，原子的外層電子躍遷1V子的外層電子躍遷1V子振ú/轉(zhuǎn)ú會(huì)吸收或發(fā)射特定頻率的Z，通過(guò)測(cè)量wZ譜1強(qiáng)度等信息?定性1定量V析物質(zhì)的rV1結(jié)構(gòu)等信息2à種研究物質(zhì)的Z譜輻射，或輻射P物質(zhì)的相à作用，并以l~基礎(chǔ)而建立的V析方法就r~Z譜V析法2ā

1-3Z波譜{及能量躍遷相關(guān)ā第3頁(yè)COD，總磷，總n，÷綠素等多種物質(zhì)rVā通過(guò)Z譜法建立水污染特征指??，對(duì)污染?ì溯源÷測(cè)等2在

1665?，牛?利用一塊O棱鏡把白ZVr了紅1橙1黃1綠1藍(lán)1靛1紫七種顏ò，開(kāi)啟了<Z譜學(xué)=研究的Y河21814?，德?物v學(xué)家{u禾費(fèi)設(shè)計(jì)了包含?縫1ò散棱鏡和ê察鏡的VZZ學(xué)系統(tǒng)，用它來(lái)ê察z·Z，并發(fā)ā了z·Z譜中的吸收暗線{u禾費(fèi)線21859?，克?；魗和本森~研究金屬的Z譜，設(shè)計(jì)了世界P第一ā結(jié)構(gòu)完善的Z譜儀器，\時(shí)_標(biāo)志著Z譜學(xué)的誕生2Z譜V析法V~吸收Z(yǔ)譜，發(fā)射Z譜，熒ZZ譜，散射Z譜等多種方式2一般而言，在地面Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)系統(tǒng)中常用吸收Z(yǔ)譜1熒ZZ譜等V析方法2吸收Z(yǔ)譜方法?

基于水中物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)的Z的吸收強(qiáng)度來(lái)檢測(cè)物質(zhì)rV和濃度2`一束ì單òZ垂直通過(guò)某一均勻非散射的吸Z物質(zhì)時(shí)，w吸Z度P吸Z物質(zhì)的濃

度

以

及

吸

收

層

厚

度

r

k

比

，

滿

足Lambert-Beer定律2一般采用紫外-?éZ吸收譜2Z譜V析法被廣泛à用于各種物質(zhì)V析檢測(cè)，例如元素rV，鐵，鈣，鎂，磷，n等和V子rV，v烷，DoWn等2Z譜V析tr~ā代V析W學(xué)手段最多1à用最廣泛1?能最強(qiáng)大的V析方法之一2u于Z譜V析方法在定性1定量1結(jié)構(gòu)V析方面p著`?的表ā，t廣泛à用于礦業(yè)1?煉1能源Wy1?境1生命ù學(xué)1|學(xué)1?品1|藥1?境1商檢1空間探索等領(lǐng)域2在水質(zhì)÷測(cè)領(lǐng)域，Z譜V析法被用于÷測(cè)水中的熒Z譜方法?基于水中物質(zhì)?特定波長(zhǎng)的Z激發(fā)而產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的熒Z來(lái)判斷物質(zhì)rV和濃度2一般情?Q，采用O維熒ZZ譜，?以獲得激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)\時(shí)ùW的熒Z強(qiáng)度信息21.4

Z譜智能÷測(cè)確保?家水網(wǎng)長(zhǎng)制久üZ譜智能V析方法作~一種強(qiáng)p力的?Dā靈敏度高，選擇性好?通過(guò)特征檢測(cè)和V析?術(shù)，p著靈敏度高1檢出限P1操作簡(jiǎn)便1V析?度快1選擇性好1試用量少1品損壞少等`點(diǎn)2Z譜的選擇，測(cè)定W學(xué)性質(zhì)相à的元素和W合物，檢測(cè)精度?以到

ppm(10-6ā1ppb?10-9ā，甚ó

ppt?10-12)?別2?一āZ物瞬時(shí)反à，V析?度快?檢測(cè)的原v是Z和物質(zhì)的相à作用，反à?度快，V析時(shí)間在幾ú到幾V鐘的時(shí)間2?Oā操作簡(jiǎn)便，無(wú)需對(duì)品?ì預(yù)處v?Z譜V析方法檢測(cè)的是Z信?，很少或無(wú)需做特殊的制，?以對(duì)待測(cè)物品直接原第4頁(yè)O檢測(cè)ā\時(shí)_無(wú)需準(zhǔn)備復(fù)g的W學(xué)試劑2質(zhì)在線實(shí)時(shí)÷測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建2基于?家水網(wǎng)的<綱=1<目=1<結(jié)=實(shí)āZ譜智能V析設(shè)備的廣泛部署，建立?家水網(wǎng)水質(zhì)Z譜指?，全水體1全y候?qū)λ|(zhì)ùW?ì÷測(cè)預(yù)警，并?對(duì)水質(zhì)問(wèn)題?ì快?溯源，?極大的提升?家水資源精細(xì)W管v水，確保?家水網(wǎng)長(zhǎng)制久ü2?四ā非接觸1非侵入式÷測(cè)，微損/無(wú)損?通過(guò)Z譜實(shí)ā非接觸檢測(cè)，對(duì)待測(cè)品無(wú)損壞，實(shí)ā無(wú)損檢測(cè)2u于Z譜智能V析?術(shù)x備P述極簡(jiǎn)1智能的特點(diǎn)，?廣泛用于?家水網(wǎng)的水第5頁(yè)第D章Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)的à用ā狀2.1

建立Z譜水質(zhì)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，指明ì業(yè)發(fā)展方向`前水質(zhì)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)以W學(xué)法和電極法~，但是隨著新?術(shù)的蓬勃發(fā)展，Z譜水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)k在逐m引入22007?，:水污染源在線÷測(cè)系統(tǒng)驗(yàn)收?術(shù)規(guī)范?試ìā

;?HJT354-2007ā的ì業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)_，代表在線水質(zhì)÷測(cè)系統(tǒng)的起m2?標(biāo)準(zhǔn)首次定義在線水質(zhì)÷測(cè)，但是僅定義了

6項(xiàng)指標(biāo)，包括

pH1W學(xué)需o量

COD1總p機(jī)碳

TOC1紫外

UV-o1pn1磷等ā大部V指標(biāo)采用`統(tǒng)檢測(cè)方法，`一種`感器僅÷測(cè)一個(gè)指標(biāo)22013?，:水?境÷測(cè)規(guī)范;?SL

219-2013ā的ì業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)_，水質(zhì)在線÷測(cè)指標(biāo)擴(kuò)展到

19項(xiàng)，`首次引入Z譜法22019

?

11

o，中?水利企業(yè)`會(huì)發(fā)_團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn):Z譜法水質(zhì)在線÷測(cè)系統(tǒng)?術(shù)üY;?TCWEC

13-2019ā，代表在線水質(zhì)÷測(cè)k式?入Z譜時(shí)代，無(wú)序第6頁(yè)發(fā)展的Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)ì業(yè)在一定程度P實(shí)ā了p據(jù)?依2?標(biāo)準(zhǔn)定義了

17

項(xiàng)?用Z譜檢測(cè)的基礎(chǔ)指標(biāo)，w中多個(gè)指標(biāo)用Z譜法×代了`統(tǒng)的檢測(cè)手段2測(cè)設(shè)備?術(shù)規(guī)格1÷測(cè)數(shù)據(jù)處v等方面做出e細(xì)規(guī)定，D而ü?Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)系統(tǒng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)O統(tǒng)一，無(wú)法引üZ譜水質(zhì)在線÷測(cè)產(chǎn)業(yè)的健康p序發(fā)展2?2ā`前Z譜水質(zhì)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)尚停留在團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，未P升到ì業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1?家標(biāo)準(zhǔn)層面，ü?既p標(biāo)準(zhǔn)的t束力p限，無(wú)法實(shí)ā全產(chǎn)業(yè)鏈條的<力出一孔

=2但是，Z譜水質(zhì)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)?然`在兩個(gè)要問(wèn)題，極大的限制了Z譜水質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展2?1ā`前Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)標(biāo)準(zhǔn)尚未在_點(diǎn)P采1檢測(cè)?術(shù)路線1檢測(cè)規(guī)程1÷2.2

建立Z譜設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)制，保障ì業(yè)高質(zhì)發(fā)展2017?

5o，水利部發(fā)_:?家水資源÷?能力建設(shè)項(xiàng)目地表水飲用水水源地水質(zhì)在線÷測(cè)?術(shù)指南;，對(duì)水質(zhì)在線÷測(cè)系統(tǒng)的建站標(biāo)準(zhǔn)1建站流程1查勘P選址要求1建設(shè)?術(shù)要求1檢驗(yàn)和測(cè)試1?ì和維?都做出了e細(xì)規(guī)定，在系統(tǒng)?能1信?P接口1÷測(cè)頻次1結(jié)構(gòu)要求1供電要求1??要求等方面都做出了x體t束2持續(xù)`W提升，\時(shí)軟t定義設(shè)備的方式_帶來(lái)了設(shè)備^期?維模式的ù革，`統(tǒng)的設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)制t無(wú)法滿足智能W時(shí)代Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)設(shè)備的要求2通過(guò)建立Z譜設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)制，一方面，對(duì)Z譜設(shè)備本身的系統(tǒng)?能1設(shè)備性能等方面做出明確規(guī)定，引üZ譜設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈PQ游實(shí)ā器t的標(biāo)準(zhǔn)W1集r對(duì)接的標(biāo)準(zhǔn)W以及ü裝調(diào)試的標(biāo)準(zhǔn)W，持續(xù)提升器t的競(jìng)爭(zhēng)力1整機(jī)設(shè)備的質(zhì)量水以及系統(tǒng)y程建設(shè)和?維效率ā另外一方面，p利于高質(zhì)量Z譜本數(shù)據(jù)的?累，利用?W的軟t算法定義硬t設(shè)備，充V釋數(shù)據(jù)?值，持續(xù)提升水質(zhì)在線÷測(cè)系統(tǒng)的智能W水2但是，Z譜水質(zhì)?術(shù)路線PW學(xué)法1電極法p著本質(zhì)的O\，Z譜水質(zhì)?術(shù)在設(shè)備的小型W1集rW1智能W等方面xp電W學(xué)方法無(wú)?比擬的`勢(shì)，并能夠結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)1?計(jì)算1大數(shù)據(jù)和人y智能等?術(shù)實(shí)ā設(shè)備準(zhǔn)確性1魯棒性1適à性等質(zhì)量參數(shù)的2.3

建立Z譜水質(zhì)基礎(chǔ)ā，?實(shí)ì業(yè)發(fā)展土壤目前Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)發(fā)展尚處于初戰(zhàn)，t立收集水質(zhì)Z譜數(shù)據(jù)和濃度參考值，基于獲×的本數(shù)據(jù)建立對(duì)à的水質(zhì)Z譜??段，Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)系統(tǒng)廠商各自~第7頁(yè)算法模型2Z譜水質(zhì)采集設(shè)備1數(shù)據(jù)1算法模型對(duì)于水利水áì業(yè)管部門1生態(tài)?境ì業(yè)管部門1h威計(jì)量部門1w他系統(tǒng)廠商而言，都以<黑?=的形式`在，ü?出ā如Q問(wèn)題??1ā水質(zhì)Z譜數(shù)據(jù)集的準(zhǔn)確性O(shè)能保證ā?2ā算法模型的p效性無(wú)法評(píng)估ā?3ā設(shè)備1數(shù)據(jù)1算法模型的問(wèn)題難以定界ā?4ā<煙囪式=的水質(zhì)Z譜本數(shù)據(jù)本集限制了Z譜水質(zhì)ì業(yè)的?持續(xù)發(fā)展2k因~P述問(wèn)題的`在，Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)ì業(yè)始終處于P水T復(fù)競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)，無(wú)法突破āp發(fā)展瓶頸2在l背oQ，建立多維度的Z譜水質(zhì)基礎(chǔ)ā，?實(shí)Z譜水質(zhì)在線ì業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的<黑土地=r~了`á之急2?1ā建立h威的Z譜水質(zhì)數(shù)據(jù)ā，提供水利水á業(yè)1生態(tài)?境等ì業(yè)管部門1h威計(jì)量部門認(rèn)?的水質(zhì)Z譜數(shù)據(jù)集，覆蓋?家水網(wǎng)<綱=1<目=1<結(jié)=的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)ā?2ā建立?共建共享的算法模型ā，供各廠商開(kāi)發(fā)自y的算法模型，支持算法模型的測(cè)試評(píng)估和交易計(jì)費(fèi)，促?算法模型的高水發(fā)展ā?3āZ譜水質(zhì)在線÷測(cè)ā要求軟硬解耦，明確軟t1硬t的ā邊界，促使Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)向?W1智能W1軟t?定義的方向發(fā)展2第8頁(yè)第O章Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)解決方案3.1

Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)方案架構(gòu)Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)系統(tǒng)采用軟硬解耦1端?`\的架構(gòu)，D而更好的支持Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)ì業(yè)的?持續(xù)發(fā)展2軟硬解耦?通過(guò)軟硬解耦的架構(gòu)，明確軟t1硬t的邊界，實(shí)āZ譜水質(zhì)ì業(yè)的_業(yè)WVy??1āZ譜硬t廠商聚焦Z源組t1Z路1Z譜探測(cè)器等?心部t的精益制

ā?2āZ譜水質(zhì)硬t集r商聚焦高質(zhì)量1高?靠1廣泛適用的Z譜數(shù)據(jù)采集和終端設(shè)備的制

ā?3ā算法廠商_注Z譜算法模型的研究和創(chuàng)新2第9頁(yè)端?`\?通過(guò)端?`\的架構(gòu)，p利于Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)ì業(yè)向智能W方向發(fā)展:?1ā實(shí)ā大批量水質(zhì)Z譜數(shù)據(jù)集的高效管v1Z譜算法模型的快?迭代更新ā?2ā實(shí)ā水質(zhì)Z譜數(shù)據(jù)集1Z譜算法模型的共建共享2ā

3-1

Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)要包含O層??1āZ譜采集及V析終端層ā?2āZ譜數(shù)據(jù)1算法1模型資產(chǎn)層ā?3āZ譜算法ā?能層2w中，Z譜采集及V析終端要包含紫外-?éZ吸收譜終端1熒Z譜終端以及遙感1無(wú)人機(jī)1視頻等高Z譜數(shù)據(jù)采集及V析終端2本文T點(diǎn)闡述地面ê測(cè)站的水質(zhì)吸收譜1熒Z譜方案ā水質(zhì)高Z譜會(huì)在未來(lái)展望中p所提及2Pytorch1MindSpore等深度學(xué)`框架以及基于Y驗(yàn)知識(shí)的模式識(shí)別算法等2在模型構(gòu)建方面，基于水質(zhì)Z譜本?1Y驗(yàn)知識(shí)?，結(jié)合數(shù)據(jù)預(yù)處v1特征提×1回_等算法，構(gòu)建符合?水網(wǎng)管v對(duì)象水質(zhì)數(shù)據(jù)特征的小模型鏡像，并支持向統(tǒng)一的水質(zhì)Z譜大模型方向發(fā)展2終端側(cè)以硬t能力建設(shè)~，支持大批量高標(biāo)準(zhǔn)1高質(zhì)量的水質(zhì)Z譜數(shù)據(jù)獲×2一方面，持續(xù)提升硬t的精確度1?靠性，?à對(duì)較~惡劣的自然?境ā另外一方面，持續(xù)提升硬t的_點(diǎn)密度，針對(duì)Pr本的紫外-?éZ譜設(shè)備1熒Z譜設(shè)備，?在水網(wǎng)各?管v對(duì)象實(shí)ā大面?部署ā針對(duì)r本相對(duì)較高的高Z譜設(shè)備，例如攝像頭1無(wú)人機(jī)和衛(wèi)，?作~水質(zhì)Z譜數(shù)據(jù)的p效補(bǔ)充2?P以水質(zhì)Z譜數(shù)據(jù)1算法1模型能力的建設(shè)~2在數(shù)據(jù)方面，構(gòu)建廣泛的本?和y型的知識(shí)?，例如流域1河流1水?等各?水網(wǎng)管v對(duì)象在O\時(shí)段1O\場(chǎng)oQ的水質(zhì)Z譜本?ā印染廢水1

t廢水1電子廢水1金屬制

廢水等y型污染物的熒Z

指

?

?

等

2

在

算

法

方

面

，

充

V

利

用scikit-learn

等`統(tǒng)機(jī)器學(xué)`算

法?1第10頁(yè)3.2

Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)關(guān)鍵?術(shù)Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)系統(tǒng)的?心是基于高標(biāo)準(zhǔn)的Z譜采集設(shè)備獲×高質(zhì)量的Z譜數(shù)據(jù)，建立各種類型的Z譜P水中物質(zhì)rV濃度的回_模型2?一ā高標(biāo)準(zhǔn)的Z譜采集設(shè)備Z譜采集設(shè)備需要滿足如Q要求??1āZ源發(fā)Z穩(wěn)定?靠，x備?T復(fù)性1一?性ā?2āZ路實(shí)āZ線的精準(zhǔn)?制和定向ā?3āZ譜探測(cè)器x備較高的V辨率和信噪比，能夠捕捉高質(zhì)量的Z譜信息2ā3-2-1

水質(zhì)Z譜采集設(shè)備架構(gòu)?Dā高質(zhì)量的Z譜本數(shù)據(jù)集聯(lián)合水利水á1生態(tài)?境等ì業(yè)管部門構(gòu)建廣泛代表?家水網(wǎng)水質(zhì)特征的高質(zhì)量Z譜本數(shù)據(jù)集2水質(zhì)紫外-?éZ譜本數(shù)據(jù)通常是一段a續(xù)波長(zhǎng)的Z的吸收度2如果是帶標(biāo)簽的本數(shù)據(jù)，通常?p對(duì)à的

COD1TP1TN1÷綠素等水中物質(zhì)rV的濃度2假定p

m組本，每個(gè)本p

n個(gè)發(fā)射波長(zhǎng)的吸收度，Y紫外-?éZ吸收譜的本數(shù)據(jù)格式如Q2ā3-2-2

紫外?éZ譜數(shù)據(jù)本格式水質(zhì)熒Z譜本數(shù)據(jù)通常是一個(gè)

m*n的矩·，m是a續(xù)的激發(fā)波長(zhǎng)的數(shù)量，n是a續(xù)的發(fā)射第11頁(yè)波長(zhǎng)的數(shù)量，矩·中的值~水中物質(zhì)rV在某個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)Q對(duì)à某個(gè)發(fā)射波長(zhǎng)的發(fā)Z強(qiáng)度2如果是帶標(biāo)簽的本數(shù)據(jù)，通常?p對(duì)à的

COD1TP1TN1÷綠素等水中物質(zhì)rV的濃度2假定p

p個(gè)本，Y熒Z譜本數(shù)據(jù)格式如Q2ā3-2-3

熒Z譜數(shù)據(jù)本格式ā3-2-4

p個(gè)熒Z譜本?Oā智能W的計(jì)算模型`統(tǒng)的Z譜P水中物質(zhì)rV濃度的計(jì)算模型要是機(jī)器學(xué)`模型1機(jī)器學(xué)`模型的組合，例如支持向量回_

SVR1偏最小D乘

PLS1最小D乘支持向量機(jī)

LSSVM等，或者基于P述算法的組合í生出的

AP-LSSVM等2深度學(xué)`及大模型?術(shù)的發(fā)展給水質(zhì)Z譜回_模型的構(gòu)建帶來(lái)了新的啟發(fā)，要p如Q方面??1ā多模態(tài)?術(shù)2每個(gè)水質(zhì)本的紫外-?éZ吸收譜數(shù)據(jù)是一個(gè)

n

維的向量，n

是a續(xù)的發(fā)射波長(zhǎng)的數(shù)量ā熒Z譜數(shù)據(jù)是一個(gè)

m*n維的矩·，m是a續(xù)的激發(fā)波長(zhǎng)的數(shù)量，n是發(fā)射波長(zhǎng)的數(shù)量2如何融合兩種O\模態(tài)的Z譜數(shù)據(jù)得到更`的回_效果是一個(gè)T要的研究方向ā?2ā自適à模型?`?術(shù)2水質(zhì)Z譜回_模型包含`統(tǒng)機(jī)器學(xué)`回_1BP

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架1CNN框架或者w他大模型的相關(guān)回_框架2如何基于本數(shù)據(jù)選擇最`模型，充V利用各個(gè)模型框架的`勢(shì)_是一個(gè)T要的研究方向ā?3ā基于小本的增量學(xué)`?術(shù)2在t經(jīng)構(gòu)建的統(tǒng)一Z譜回_模型第12頁(yè)的基礎(chǔ)P，基于`前水網(wǎng)管v對(duì)象的小本水質(zhì)Z譜數(shù)據(jù)實(shí)ā模型的快?校kā?4ā自÷督學(xué)`?術(shù)2在`前無(wú)法獲×大量帶標(biāo)簽的Z譜數(shù)據(jù)本的情?Q，通過(guò)自÷督學(xué)`?術(shù)掌握大量水網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的Z譜特征，T結(jié)合小本增量學(xué)`?術(shù)，利用少量的帶標(biāo)簽本構(gòu)建Z譜特征P水中物質(zhì)濃度的回_關(guān)系2第13頁(yè)第四章Z譜智能÷測(cè)à用實(shí)踐4.1深圳龍崗河Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)龍崗河流域O于深圳^東X部，發(fā)源于梧桐山X麓，以降雨水源補(bǔ)給~，河流含沙量較少，流經(jīng)龍崗{的橫崗1龍崗1龍城1坪地，坪山{的坑梓街道，在坑梓街道嚇陂村?à?入惠州^2龍崗河沿岸y業(yè)發(fā)à，人口密集，在歷史發(fā)展中，經(jīng)歷了y業(yè)W初期u綠ù黑，T到ā如今Tā清流的過(guò)程2~了持續(xù)t固治水提質(zhì)的r效，廣東省深圳生態(tài)?境÷測(cè)中心站在坪山{嚇陂路

37?東X

60米處設(shè)置了龍崗河水站，對(duì)龍崗河的水質(zhì)?ì在線÷測(cè)2廣東省深圳生態(tài)?境÷測(cè)中心站在`統(tǒng)水質(zhì)在線÷測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)P，持續(xù)探索水質(zhì)在線÷測(cè)新?術(shù)，在龍崗河水站部署了Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)系統(tǒng)，使用吸收譜1熒Z譜特征融合?術(shù)對(duì)水第14頁(yè)質(zhì)?ì多Z譜實(shí)時(shí)在線÷測(cè)，×得了良好的效果2以`統(tǒng)水質(zhì)在線÷測(cè)手段作~參考，多Z譜實(shí)時(shí)在線÷測(cè)的

COD通過(guò)率~

96%，均相對(duì)誤差~

13.52%，均相對(duì)偏差~

3.42%āTN通過(guò)率~96%，均相對(duì)誤差~

7.70%，均相對(duì)偏差~

2.18%āTP通過(guò)率~

92%，均相對(duì)誤差~

13.41%，均相對(duì)偏差~

4.96%24.2洞庭湖Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)洞庭湖水域?闊，面?超過(guò)四千方}Y，是長(zhǎng)江中游洪水T要調(diào)蓄場(chǎng)所和T要濕地，被譽(yù)~<長(zhǎng)江之腎=22018?

4o

25?，`à總書記在洞庭湖考察時(shí)殷W囑托<??好一江碧水=2?自然演ù特別是泥沙淤?影響，洞庭湖呈萎縮之勢(shì)，并產(chǎn)生調(diào)蓄能力減弱1濕地生態(tài)衰退1水源涵養(yǎng)O足等問(wèn)題2湖南省委1省?府高度T視洞庭湖生態(tài)疏~y程22022?

3o湖南省?府召開(kāi)_題會(huì)議研究部署洞庭湖生態(tài)疏~系統(tǒng)治vy程建設(shè)，組建洞庭湖生態(tài)疏~y程`\è?y作_班，并多次_題研究調(diào)度22023?

6o

28?，洞庭湖生態(tài)修復(fù)試點(diǎn)y程在黑泥洲k式啟ú2洞庭湖黑泥洲生態(tài)修復(fù)試點(diǎn)y程依托西高東P地形開(kāi)展\坡降整體式降洲，結(jié)合生態(tài)?境提升1洲邊河道航道??措施，形r

3處生態(tài)湖及整w生態(tài)淺洲，修復(fù)面?

14.29方}Y2u于?y程是一項(xiàng)極~T要的系統(tǒng)y程，涉及范圍廣，對(duì)生態(tài)修復(fù)y程方案1施yy藝要求高2~了實(shí)時(shí)÷測(cè)?y程實(shí)施過(guò)程對(duì)洞庭湖水生態(tài)1水?境的影響，湖南省水利水電勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院p限}ù在施y影響{域部署Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)系統(tǒng)，對(duì)施y段水質(zhì)?ì實(shí)時(shí)在線÷測(cè)，一?發(fā)ā水質(zhì)惡W情?，及時(shí)預(yù)警，并采×à對(duì)措施，改?施yy藝2Z譜水質(zhì)在線÷測(cè)系統(tǒng)?以免除每周ā場(chǎng)維?及補(bǔ)充更換W學(xué)試劑的y作，非常適合偏à地{的水質(zhì)實(shí)時(shí)在線÷測(cè)和預(yù)警2第15頁(yè)第五章未來(lái)展望Q會(huì)出ā爆發(fā)性發(fā)展2未來(lái)，Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)?術(shù)會(huì)轉(zhuǎn)向多源多模態(tài)Z譜大數(shù)據(jù)的集r和V析2通過(guò)融合O\的÷測(cè)手段生r廣泛的本數(shù)據(jù)?，結(jié)合人y智能和大數(shù)據(jù)V析?術(shù)構(gòu)建水質(zhì)Z譜智能V析大模型，D而~?家水網(wǎng)建設(shè)提供Pr本1高質(zhì)量的水質(zhì)在線÷測(cè)V析能力2水質(zhì)在線÷測(cè)?關(guān)?家水網(wǎng)長(zhǎng)制久ü2準(zhǔn)確1及時(shí)1全面地獲×?家水網(wǎng)水質(zhì)ā狀及發(fā)展?勢(shì)，對(duì)水資源管v1飲用水ü全和河湖生態(tài)?境治v等都xpT要意義2隨著水利水á1生態(tài)?境業(yè)á需求的多W和à用場(chǎng)o的復(fù)gW，`統(tǒng)的÷測(cè)V析方法n遍`在手段單一1V析定向的局限性，無(wú)法滿足?家水網(wǎng)建設(shè)和水質(zhì)÷測(cè)業(yè)á的發(fā)展需求2Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)?術(shù)作~水質(zhì)÷測(cè)的T要支撐，`前尚處于發(fā)展的初??段，但是Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)?術(shù)因wx備高精度1Pr本1實(shí)時(shí)在線1大數(shù)據(jù)1智能W等特點(diǎn)，在?家水網(wǎng)數(shù)_W轉(zhuǎn)型的大背o?一ā

建立<五基=`\的立體÷測(cè)體系<五基=`\立體÷測(cè)體系綜合?用y基衛(wèi)1空基遙感1航空無(wú)人機(jī)1移ú巡?÷測(cè)車和地面ê測(cè)設(shè)備等五種÷測(cè)手段，集r紫外1?éZ1紅外1雷à1激Z等多種第16頁(yè)`感器，x備多手段1多源多模態(tài)數(shù)據(jù)的`\÷測(cè)及à用能力，實(shí)ā對(duì)?家水網(wǎng)T點(diǎn){域1T點(diǎn)目標(biāo)的高精度1短周期`\÷測(cè)，?p效彌補(bǔ)`統(tǒng)÷測(cè)手段在÷測(cè)時(shí)效1精度1周期等方面的短?，充V發(fā)揮每一種÷測(cè)ā和?術(shù)特點(diǎn)的`勢(shì)，構(gòu)建地`\1五O一體的立體÷測(cè)評(píng)估?術(shù)體系和à用能力，D而~?家水網(wǎng)水質(zhì)在線÷測(cè)和溯源提供?術(shù)支撐2?Oā

提升在線÷測(cè)的自úW和智能W水充V利用實(shí)時(shí)在線1泛在極簡(jiǎn)的Z譜數(shù)據(jù)采集設(shè)備，結(jié)合機(jī)器學(xué)`1深度學(xué)`和大模型?術(shù)，實(shí)ā大量水的實(shí)時(shí)在線高效處v和V析，顯著提高水質(zhì)÷測(cè)的精度和效率，并大幅降P人力r本2\時(shí)，聯(lián)合物聯(lián)網(wǎng)1?計(jì)算1大數(shù)據(jù)1人y智能等相關(guān)?術(shù)，持續(xù)構(gòu)建xp數(shù)據(jù)采集1數(shù)據(jù)處v1數(shù)據(jù)?視W1智能V析和決策等能力的水質(zhì)Z譜智能WV析體系，利用Z譜水質(zhì)?術(shù)對(duì)水質(zhì)中多種W學(xué)物質(zhì)的全譜段÷測(cè)和評(píng)估，對(duì)?家水網(wǎng)O\水域1水體開(kāi)展差異W管v，制定針對(duì)性的保?措施和管v策略，提高發(fā)ā和à對(duì)水質(zhì)問(wèn)題的能力，支撐?家水網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展2?Dā

建立實(shí)時(shí)÷測(cè)預(yù)警和數(shù)據(jù)共享機(jī)制未來(lái)的Z譜水質(zhì)智能÷測(cè)系統(tǒng)將充V結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)?術(shù)，實(shí)ā對(duì)?家水網(wǎng)水質(zhì)的實(shí)時(shí)÷測(cè)預(yù)警和智能V析2通過(guò)<五基=`\立體÷測(cè)體系建設(shè)，實(shí)ā多源多模態(tài)的水質(zhì)Z譜數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)收集，并利用智能V析算法?ì實(shí)時(shí)÷測(cè)V析和預(yù)警2系統(tǒng)一?