[发明专利]一种水质在线监测方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护的技术领域，特别涉及一种水质在线监测方法与装置。

背景技术

目前，中国水质污染的总体形势相当严峻。据不完全调查，全国因污水灌溉污染耕地2167千hm²。据《2008年中国环境状况公报》显示，全国地表水污染依然严重。七大水系水质总体为中度污染，浙闽区河流水质为轻度污染，湖泊（水库）富营养化问题突出。全国七大江河水系中Ⅴ类水质占24.2%，劣V类水质占0.8%。而环保总局发布的另一项重要调查显示，在被统计的中国131条流经城市的河流中，严重污染的有36条，重度污染的有21条，中度污染的有38条。据估算，中国因污水灌溉引起的耕地污染面积为2170千hm²，占耕地总面积的2.3%。污水已经成为中国城镇近郊农业灌溉用水的重要水源，尤其是在干旱缺水季节，污水灌溉仍然是解决燃眉之急的重要途径。污水灌溉对农作物生产的影响主要表现为两个方面：一是污染物在作物体中富集，影响作物品质；其次影响农作物产量。

目前，水质检测的常用方法主要有实验室法，即从河流、湖泊中采集水样带回实验室，通过物理化学实验分析，测定水样中污染物的成分和浓度。市面上也有许多水质检测仪器，可以实现对水体一些指标，比如总氯含量、重金属含量、氨氮含量、总氮含量、总磷含量等进行实时检测，得出数据并进行数据的传输，同时还可以远程操控系统连续或间歇运行。

实验室法检测元素和物质的含量，准确率高、误差小，不易受外界环境变化的影响，具有严谨、定量分析准确等优点。但是，该方法在取样回到实验室时样品保存不易，容易变质；取样过程耗时耗力；检测时间长，不能及时得到结果；操作复杂，要求检测者具备相当的化学知识；同时，由于人力和物力的限制，监测工作仅限于几个断面和点，监测频率也是每月数次，难以保证所测数据的准确性和时效性。而市面上的在线水质检测仪器可以克服传统实验室检测的缺点，很好的实现实时检测，省时省力，操作便捷，自动化程度高。可是其往往设备体积庞大，检测指标较少或者单一，造价昂贵，对于农业生产来说并不是理想的选择。

灌溉用水污染直接影响到人们生活的根本，是迫在眉睫的问题。因此，必须研制符合农业生产现状的传感器装置。符合农业生产现状的传感器装置须达到以下要求：

（1）检测指标多样化，检测方法简单易行，检测速度快。

（2）检测装置结构轻巧、操作方便，检测过程省时省力。

（3）检测设备成本低，能够满足农业生产需要。

（4）不易受外界环境变化的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种能够快速检测水体质量，并同时测量多个指标的方法。

本发明的另一目的在于，提供一种在线水质检测的装置。

为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的水质在线监测方法，包括下述步骤：

S1、检测模型建立阶段，首先进行试纸颜色变化与水中污染物浓度变化对应关系的实验，通过分析得到颜色变化与浓度的关系，然后根据浓度-颜色关系进行标定，不同的颜色对应不同的污染物浓度，划定污染等级，最后录入嵌入式系统，建立检测模型；

S2、信息采集阶段，将样品滴到试纸层上，试纸层因指标浓度不同而呈现不同的颜色，然后在线采集颜色变化图像信息；

S3、特征量提取阶段，首先对采集来的原始数据进行预处理，然后进行特征量提取，提取试纸层的图像信息；所述的原始数据指摄像头直接输出、未经任何加工处理的数据；

S4、检测判别阶段，将提取的图像信息特征量进行特征层融合处理，由所建立的在线监测模型进行在线检测和污染等级评定。

步骤S1中，对待检测指标进行检测的具体步骤为：

S11、对其进行试纸测验，即将试纸放入含有已知浓度的该物质溶液中，待其反应后，取出试纸；

S12、采集试纸图像数据信息；

S13、设定不同浓度的溶液重复进行试纸反应，根据不同浓度下试纸的颜色变化，通过图像分析，划定颜色变化所对应的浓度梯度，作为颜色标定；

S15、将颜色标定录入嵌入式系统中，编辑比色程序；

S16、在线采集试纸颜色变化图像信息，将图像信息传递给嵌入式系统；

S17、将步骤S16中得到的图像信息与步骤S15中做好的颜色标定进行颜色的分析和对比，得出比色结果，并上传到数据库；建立在线检测模型。