岸基高光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀 ZQ-FHS01-VN是一款以水質(zhì)參量光譜提取技術(shù)為核心，綜合運(yùn)用傳感器、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)控制和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，對(duì)水體水質(zhì)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)綜合評(píng)價(jià)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀?？赏綄?shí)現(xiàn)如總氮、總磷、氨氮、懸浮物、葉綠素a、化學(xué)需氧量、溶解氧、pH、透明度、濁度、電導(dǎo)率、溫度等20余種水質(zhì)參數(shù)的實(shí)時(shí)在線顯示。
完整的水質(zhì)光譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括岸基高光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀和數(shù)據(jù)分析云服務(wù)兩部分內(nèi)容。岸基光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀可以實(shí)現(xiàn)在固定位置實(shí)時(shí)獲取光譜數(shù)據(jù)，然后基于儀器內(nèi)置的處理器調(diào)用相關(guān)模型算法進(jìn)行實(shí)時(shí)解譯反演，解算出水體中pH、濁度、溶解氧、氨氮、總磷、總氮、懸浮物、葉綠素a、化學(xué)需氧量、指數(shù)、五日生化需氧量、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、透明度、富營養(yǎng)化指數(shù)、黑臭等級(jí)、溫度和電導(dǎo)率等指標(biāo)數(shù)據(jù)（目前支持21類常用水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)），將這些數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)的數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示、參數(shù)超標(biāo)自動(dòng)報(bào)警等功能。
設(shè)計(jì)思路
根據(jù)高光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)的原理，岸基高光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀需要準(zhǔn)確測(cè)量水體的光譜反射率，在此基礎(chǔ)上根據(jù)預(yù)載模型反演出水質(zhì)參數(shù)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果上傳云端進(jìn)行在線顯示。
為了準(zhǔn)確測(cè)量水體光譜反射率，岸基高光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀設(shè)置有對(duì)天和對(duì)地兩個(gè)模塊。其中，對(duì)天模塊收集自上而下入射到水平面的太陽光（直射）、天空光（漫射）、路燈光、植被和建筑物的漫反射光等（在開闊地帶以太陽光和天空光為主），對(duì)地模塊則接收來自水體的離水輻射，包括來自水體內(nèi)部的漫反射光和來自水面的鏡面反射光兩部分，后者是不攜帶水體信息的干擾項(xiàng)。岸基光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀對(duì)地模塊的光路經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，能夠以極小的視場(chǎng)角收集來自設(shè)備正下方的離水輻射，降低信號(hào)光譜中來自遠(yuǎn)處水面鏡面反射和周圍物體漫反射光的干擾，提高水體本身光譜測(cè)量的準(zhǔn)確性，為準(zhǔn)確反演水質(zhì)參數(shù)打下數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。岸基光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀使用單個(gè)光譜模塊分別測(cè)量來自對(duì)天和對(duì)地模塊的光譜，這一設(shè)計(jì)既能夠保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，又能顯著降低硬件成本。
性能優(yōu)勢(shì)
? 岸基光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的工作過程主要包括光譜采集、指標(biāo)反演、數(shù)據(jù)上傳三步。
? 在光譜采集階段，系統(tǒng)首先根據(jù)環(huán)境光照條件進(jìn)行自動(dòng)確定曝光，以保證在不同光照度下（如晴天中午和陰雨天傍晚）均能測(cè)得有效數(shù)據(jù)。隨后，分別測(cè)量對(duì)天和對(duì)地模塊光譜以及系統(tǒng)暗噪聲，最后利用這些數(shù)據(jù)根據(jù)反射率校準(zhǔn)系數(shù)計(jì)算水體的反射率光譜。
? 在指標(biāo)反演階段，系統(tǒng)根據(jù)搭載的各指標(biāo)反演模型，用水體反射率光譜計(jì)算出與此次測(cè)量對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)。鑒于水體成分的復(fù)雜性和水體種類的多樣性，必須按照“一水一檔”原則進(jìn)行針對(duì)性建模，即在采集水體反射率光譜的同時(shí)利用現(xiàn)場(chǎng)采樣和實(shí)驗(yàn)室分析等方法獲得對(duì)應(yīng)的水質(zhì)參數(shù)，通過多種方法構(gòu)建水質(zhì)參數(shù)反演模型。這些模型可搭載在多臺(tái)同類設(shè)備上，在不同點(diǎn)位（如上下游）分別布設(shè)，從而大大擴(kuò)展監(jiān)測(cè)半徑。對(duì)于因降水、排污等突發(fā)狀況導(dǎo)致的數(shù)據(jù)異常，可以即時(shí)采樣分析用于模型訓(xùn)練，以逐步提高模型的準(zhǔn)確性。
? 合作專門的水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室，配備了多套多功能水質(zhì)分析儀器，有能力對(duì)采集到的水體樣本進(jìn)行分析測(cè)試，并基于測(cè)試結(jié)果建立或升級(jí)水質(zhì)反演模型。
技術(shù)參數(shù)
? 光譜范圍：400-1000 nm
? 光譜分辨率：≤1 nm
? 光譜采樣間隔：＜1 nm
? 數(shù)據(jù)位深：16位
? 采集視場(chǎng)角：≤5°
? 最小采樣間隔：5 s
? 通訊接口：串口、Gige
? 功耗：≤15 W
? 工作溫度：0℃ — 50℃
