[发明专利]一种基于光谱的地表水中有机物快速识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机化学快速识别检测领域的识别方法，具体涉及一种基于光谱的地表水中有机物快速识别方法。

背景技术

水是人类生活和生存的重要资源之一，目前社会和经济发展导致的水污染和水质退化，已成为我们最主要的环境问题之一。1989年对全国49个环境保护重点城市的81个饮用水地表水源保护情况调查表明，48%的地表水源达不到相应标准；1996年调查结果表明，204个地级以上城市的329个饮用水地表水源中，这一数字已上升到83.3%。

目前，现有技术中常规水质监测过程中需要先对水样进行预处理，然后进行常规的理化或者仪器分析，程序繁琐。

光谱法技术可以对所需监测的水体进行现场监测，程序简单，耗时相对较短。由于测量操作简便，不产生二次污染，可以用于风险源的现场快速识别。经对现有技术的文献检索发现，尚未有文献报道用计算机识别方法对地表水中有机物进行快速识别。

发明内容

本发明公开了一种基于光谱的地表水中有机物快速识别方法，克服现有识别方法的不足，提供一种计算机识别方法用于快速识别地表水中的有机物，实现全程计算机自动运算，无须人为输入输出干预，实现了自动化快速识别过程。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于光谱的地表水中有机物快速识别方法，其特点是，该方法包含以下步骤：

步骤1 建立有机物光谱数据库；

步骤1.1 配制一系列不同浓度的有机物A的地表水溶液；

步骤1.2 采集有机物A溶液的光谱图；

步骤1.3 利用卷积平滑算法进行平滑处理采集的光谱图；

步骤1.4 得出光谱图中的极大值，及其所对应的波长，采集该波长为有机物的吸收波长；

步骤1.5 更换其它种类的有机物，重复步骤1.1至步骤1.4的循环，采集各种有机物的吸收波长；

步骤1.6 将采集的各种有机物的吸收波长组成有机物光谱数据库；

步骤2 采集被检测水体的光谱图；

步骤3 利用卷积平滑方法对被检测水体光谱图进行平滑处理，通过卷积平滑方法去除由于光谱仪自身的电路产生的电子噪声干扰；

步骤4 得出平滑光谱图中的极大值，及其所对应的波长；

步骤4.1 对平滑光谱数据进行一阶导运算，具体公式如下：

其中yi是指光谱数据中第i点的纵坐标值，xi是指光谱数据中第i点的横坐标值；

在进行计算时，设光谱起始的两点和结尾的最后两点的一阶导为0；

步骤4.2 对上述所得的平滑光谱数据进行二阶导运算，具体公式如下：

其中，yi是指光谱数据中第i点的纵坐标值，xi是指光谱数据中第i点的横坐标值；

进行计算时，设光谱起始点和最后点的二阶导为0；

步骤4.3 该光谱图的极大值具体为光谱图中一阶导为零、二阶导为负的点，且其相邻左边点一阶导为正，相邻右边点一阶导为负，对应的吸收值比整个光谱图基线值大，通过上述计算，得出光谱图的极大值；

步骤4.4 获取并记录光谱图中各极大值的波长；

步骤5 逐一比对被检测水体光谱图中极大值的波长与有机物数据库中有机物的波长，得出被检测水体中包含的有机物；

步骤5.1 从小至大排序光谱图中所找出的极大值的波长，并确认所找出波长的个数；

步骤5.2 逐一比对光谱中极大值的波长与有机物光谱数据库中每一种有机物所记录的波长；

步骤5.3 判断光谱中极大值的波长是否与有机物光谱数据库中所记录的有机物的波长相匹配，若是，则该被检测水体中有该有机物存在。若否，则该被检测水体中不存在该有机物。

上述的步骤1.4中采集的有机物的吸收波长的范围是±1nm。

上述的步骤3中卷积平滑方法采用Savitzky-Golay五点平滑方法，其公式如下：

其中，Xi*为平滑后光谱数据向量中的一个元素，Xi为平滑前光谱数据向量中的一个元素，W_J是平滑中的权重因子。

上述的步骤4.3还可以采用以下步骤：

计算光谱中一阶导大于零、二阶导小于零，同时相邻右边点为负，对应的吸收值比整个光谱图基线值大，该点即为光谱图的极大值的点。