[发明专利]基于紫外光谱法的分布式水质检测系统及水质评价方法

说明书

本发明公开了一种基于紫外光谱法的分布式水质检测系统及水质评价方法，该系统包括：基于紫外光谱的水质传感器、光谱采集模块、无线传感网络、以及检测终端水质评价模型，水质传感器通过紫外光谱照射待测水样对不同光谱进行分光，光谱采集模块对CCD探测器的光谱数据进行采集，光谱数据通过无线传感网络到终端；再分别使用粒子群算法(PSO)和AdaBoost算法对BP神经网络进行优化，建立了水质评价模型。粒子群算法和AdaBoost算法都能有效地解决因BP神经网络随机初始化参数导致的评价结果不稳定的问题。但在相同条件下，AdaBoost算法比PSO算法具有更高的预测精度和更短的训练时间，在水质评价中具有更好的应用价值。

技术领域

本发明涉及水质检测技术领域，特别是一种基于紫外光谱法的分布式水质检测系统及水质评价方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，环境污染日益威胁着人们的生命和健康，水污染已成为当今世界各国面临的一些非常严重的问题之一。针对严重的水污染问题建立一个实时在线的水质监测系统具有重要的意义。基于紫外可见光谱水质监测技术，可以快速实现水质的多参数测量。它具有操作简单、成本低、二次污染、在线和现场测量等优点，已成为水质监测仪器的一个重要发展方向。特别是当现代水质监测技术对仪器设备提出了微便携、低成本、实时在线、现场多参数测量的要求时，此类检测系统的设计与制造已成为光谱法水质测量的关键技术。

发明内容

本发明的目的是要提供一种基于紫外光谱法的分布式水质检测系统及水质评价方法。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种基于紫外光谱法的分布式水质检测系统，紫外光源发出紫外光谱通过待测水源透射，成为信号光，然后进入光谱分析仪，得到按不同波长顺序排列的光谱，阵列CCD探测器将光谱数据的光信号转换为电信号，信号采集处理模块对阵列CCD探测器的输出光谱数据进行采集，光谱数据通过无线传感网络上传水质监测终端进行水质评价，得到被测水质的成分和含量信息。

进一步地，所述水质监测终端为手机或平板电脑或PC终端。

进一步地，所述电源为12V的蓄电池，所述蓄电池连接有光伏充电装置，所述光伏充电装置包括太阳能电池板，太阳能电池板和蓄电池的DC-DC之间有第一个ADC转换电路，在DC-DC和蓄电池之间也有第二个ADC转换电路，当第一个ADC转换电路测量的电压太低的时候，则断开太阳能电池板与DC-DC 之间的电源连线；当第二个ADC转换电路测量的电压值与预定的24V之间有差距的时候，就要控制MOSFET的开关PWM占空比。

另外，本发明还提供了一种水质评价方法，具体步骤如下：

S1、在水质监测终端内建立AdaBoost-BP水质评价模型，

S2、导入数据样本，确定训练样本和测试样本，初始化训练样本数据的权重，其计算公式为：

其中：D_i是初始化权重，i＝1,2,…,m；m是训练样本数；

S3、设定BP弱分类的个数和网络结构，并用BP弱预测器对训练样本进行训练和预测，然后得到弱分类器C_t(x)；

S4、计算C_t(x)的分类误差:

S5、计算C_t(x)分类器的权值：

S6、更新训练数据的权重：

其中：g_t是归一化因子，并且y_i是数据标签；

S7、最终的强分类器：