[发明专利]基于吸收光谱特征峰面积的海水总氮总磷分析方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于吸收光谱特征峰面积的海水总氮总磷分析方法及系统，解决传统单波长、多波长法在测量总氮总磷浓度较低的海水时存在的检测精度低及仪器检测下限较低的问题，主要包括数据获取，吸光度转换，平滑滤波，特征位置选取，特征峰面积计算，回归模型和浓度数据输出共七部分，利用特征峰面积，能将临近仪器检测下限的微弱吸光度信号可用信息量进行放大，能提升临近仪器检测下限时仪器的检测能力。

技术领域

本发明涉及一种基于吸收光谱特征峰面积的海水总氮总磷定量分析方法及系统。

背景技术

海水总氮总磷是反映海水受污染及富营养化程度的重要指标之一。实现海水总氮总磷在线监测，能为生态监测及赤潮、绿潮等生态灾害的预警提供长期连续的实时监测数据，提高预报时效性和准确度。

基于吸收光谱法的海水水质在线监测技术，是一种以水中特定物质对特定波长的光产生吸收作用为原理，通过测量物质的分子吸收光谱，来间接的测量水质参数的方法。光谱法由于不需要化学试剂，相比传统的化学检测方法，能做到实时的在线原位测量。

传统的吸收光谱法主要利用单波长、多波长法测量海水总氮总磷。单波长法通常通过水体在540nm和880nm处的吸光度，通过线性回归的方法来测量海水总氮和总磷。多波长法在单波长的基础上，增加了矫正波长，来矫正水体测试时环境因素的干扰，采用540nm、551nm、671nm等多处波长的吸光度，通过加权分析的方法，建立海水总氮总磷预测模型进行总氮总磷检测。上述单波长、多波长的方法可用的信息量不足，仅是该波长的吸光度，如总氮总磷浓度较低对应吸光度较小时，很难检测到，导致仪器检测下限较低且检测精度不高。

发明内容

为了解决传统单波长、多波长法在测量总氮总磷浓度较低的海水时存在的检测精度低及仪器检测下限较低的问题，本发明针对海水总氮在线监测仪器对高精度、高实时性的要求，提出了一种基于吸收光谱特征峰面积的海水总氮总磷定量分析方法，通过计算吸收光谱特征峰面积进行建模，在保证实时性的同时，能有效的增加仪器检测精度及检测下限。

本发明的技术解决方案是提供一种基于吸收光谱特征峰面积的海水总氮总磷定量分析方法，包括以下步骤：

步骤一、获取光谱数据；

采集被测水体的紫外-可见-近红外光谱曲线数据和人工海水的紫外-可见-近红外光谱曲线数据；

步骤二、吸光度转换；

采用公式(1)计算被测水体的吸光度曲线A：

式中I_A为被测水体的透射光谱，I_B为人工海水的透射光谱；

步骤三、平滑滤波；

将吸光度A进行扩充，然后进行平滑滤波，获得被测水体中总氮与总磷的吸收光谱曲线B_N，B_P；

步骤四、选取特征位置，确定特征光谱；

将总氮吸收光谱曲线B_N特征峰的初始像元点位置作为总氮特征位置的初始点，记为Start_N，终止像元点位置作为总氮特征位置的终止点，记为End_N；对于总氮，特征光谱D_N＝g(B_N，Start_N，End_N)，特征光谱D_N中共包含End_N-Start_N+1的像素点，其中函数g(X，a，b)为一种截取函数，对其输入函数W从起始位置索引a到终止位置索引b进行截取得到其输出；即在总氮吸收光谱曲线B_N上截取从Start_N到End_N之间的光谱曲线作为总氮的特征光谱D_N；D_N＝{A1，A2，...，AEnd}，其中，A1为Start_N对应的吸光度，A2为Start_N+1对应的吸光度，AEnd为End_N对应的吸光度；