[发明专利]河道水质表观异常检测便携式分析仪及其检测方法

权利要求书

1.一种河道水质表观异常检测便携式分析仪，其特征在于，包括自动取水与过滤模块、光路模块、控制运算处理模块、通讯模块和可视化显示模块、GPS定位模块；

自动取水与过滤模块用于获得原水样本和过滤后水质样本；

光路模块用于获取原水样本和过滤后水质样本的光谱数据；

控制运算处理模块，用于进行数据处理和分析，得到水质表观污染指数，获得当前水质污染等级，并根据判断结果自动生成相应报警结果；

通讯模块，用于与水质检测基站进行数据传输，或者多台便携式分析仪之间进行数据传输；

可视化显示模块，显示当前水体表观污染等级、水质表观数据变化值、水质污染报警情况、位置信息，作为界面进行指令交互。

2.根据权利要求1所述的便携式分析仪，其特征在于，所述的便携式分析仪呈箱体，所述的自动取水与过滤模块，包括第一出水管（7）、第二出水管（8）、过滤装置（9）、左侧储水槽（10）、右侧储水槽（11）、水泵（12）、进水口（13）、电机（14），其中水泵（12）安装在便携式分析仪的侧壁上，进水口（13）与水泵（12）相连，电机（14）驱动水泵，水泵（12）分别连接第一出水管（7）、第二出水管（8），第一出水管（7）输出原水样本，直接注入右侧储水槽（11），第二出水管（8）经过过滤装置（9），输出过滤后水质样本，最后注入左侧储水槽（10）。

3.根据权利要求1所述的便携式分析仪，其特征在于，所述的光路模块包括光谱传感器（3）、光谱范围为360-2500nm的可见波段氙灯光源（2），光源衰减器（4）及浸入式可调光程反射探头，光源衰减器（4）接受来自光源发射的原始光，经过衰减处理后的光强0-100%可调，浸入式可调光程反射探头，直接浸入待测水体，光路模块获得的光谱数据传输进入控制运算处理模块。

4.根据权利要求1所述的便携式分析仪，其特征在于，所述的控制运算处理模块，设有河道水质表观异常检测系统，使用控制电路板（5），整个电路采用电源（1）供电；

所述河道水质表观异常检测系统包括基础数据库存储和水质表观异常检测与报警；

基础数据包括本地区水域水质基本信息、水质监测传感器历史数据信息、系统空白样本校正信息、用户信息，有毒污染物数据库和本地的水质表观指数模型所述河道水质表观异常检测系统中；

水质表观异常检测与报警包括结合基础数据，处理光谱数据得到水质表观污染指数，获得当前水质污染等级，并根据判断结果自动生成相应报警结果。

5.根据权利要求4所述的便携式分析仪，其特征在于，所述的处理光谱数据得到水质表观污染指数具体步骤如下：

S1. 截取所采集光谱数据的可见波段部分，400nm-760nm；

S2. 根据水中污染物对光产生吸收、散射等作用从而使水体呈现不同的表观形状的原理，将原始水样过滤，并检测过滤后水样的可见吸收光谱；

S3. 采用k近邻法计算判别水体颜色，给出颜色修正系数β；

S4. 积分计算原始水样过滤前后可见光谱扫描曲线面积x；

S5. 通过不同表观污染系数水样面积拟合方程W=26 ln(βx+10) -60，得出表观污染校正系数W。

6.一种采用权利要求1所述的便携式分析仪的异常检测方法，其特征在于，步骤如下：

1）基础数据库建立

将本地区水域水质基本信息、水质监测传感器历史数据信息、系统空白样本校正信息、用户信息，通过实验建立的有毒污染物数据库和本地的水质表观指数模型导入所述河道水质表观异常检测系统中，保存基础数据；

2）数据检测

所述河道水质表观异常检测系统启动运行，水泵开启，得到当前水域数据并通过自动过滤装置获得原水样本和过滤后水质样本，通过光谱传感器和浸入式探头获取光谱数据，通过GPS定位模块获取定位信息；

3）数据分析

所述河道水质表观异常检测系统获取光谱检测数据后，将数据包进行解析，计算得到水质表观污染指数，获得当前水质污染等级，并根据判断结果自动生成相应报警结果；

4）数据传输

将步骤3）产生的水质分析数据记录和报警记录通过ZigBee协议与水质检测基站进行传输通信并保存，同时web系统服务器定时查找数据库中产生的报警记录，调用短信猫模块的接口函数将报警记录依次发送给相应用户。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，实现水质表观污染指数的计算和变化检测，从而实现水质异常变化报警，该指数可以表征水体的表观污染情况，其计算方法步骤为：

S1. 截取所采集光谱数据的可见波段部分，400nm-760nm；

S2. 根据水中污染物对光产生吸收、散射等作用从而使水体呈现不同的表观形状的原理，将原始水样过滤，并检测过滤后水样的可见吸收光谱；

S3. 采用k近邻法计算判别水体颜色，给出颜色修正系数β；

S4. 积分计算原始水样过滤前后可见光谱扫描曲线面积x；

S5. 通过不同表观污染系数水样面积拟合方程W=26 ln(βx+10) -60，得出表观污染校正系数W。