CN109669205B - 一种海水放射性核素k40元素的寻峰方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海水检测技术领域，特别涉及一种海水放射性核素K40的寻峰方法。该方法包括以下步骤：对所有通道的数据进行SK平滑；遍历预设的放射性核素K的可能存在区间范围内所有通道，计算每个通道的计数值分别减去左右各两个通道的计数值的差值，如果两个差值都为正数，则将该通道作为预设峰位；查找原始数据得到峰值，根据高斯拟合公式和峰位、峰值，以及半高宽，分别计算预设峰位的左右边界；分别对比峰到左右边界范围内的原始数据与拟合高斯函数所对应的数据，并计算余弦相似度；找到余弦相似度最大的峰，则判定该峰位为海水放射性核素K40元素的峰。本发明提供的方法不受累积时间的限制和海洋环境干扰，能够准确找出放射性核素K40的峰。

Description

一种海水放射性核素K40元素的寻峰方法
技术领域
本发明涉及海水检测技术领域，特别涉及一种海水放射性核素K40元素的寻峰方法。
背景技术
在海洋放射性物质综合测量过程中，如果存在相应的放射性物质，在所对应的能量区间会出现相应的峰。由于检测到放射性核素信号的峰发生无规律的漂移、所以海水放射性核素K40元素的寻峰方法，是海洋检测放射性K40测量效率所必须的，是目前国内海洋放射性测量发展的核心。现有的海水放射性环境监测方法通常是以假定海水中待测放射性物质所对应的检测信号是平稳的或是时不变的为前提，并不适用于复杂的海洋环境。
但是，实际的海洋现场检测环境是复杂多变的，干扰因素很多。在实际作业过程中发现，海洋环境的变化对海洋物质的测量存在干扰，其现象是检测到的电压信号的幅度会出现无规律的变化，很难快速准确判断出海水中放射性物质所对应峰的位置。基于以上原因，现有的用于检测海水中放射性物质的寻峰方法，其检测不具有准确性。通常在放射性核素K40检测过程中，会出现很多的峰，有假峰，有叠加峰，也有干扰数据引起的误差峰。因此，现场测量必须找到一种方法来准确判断放射性物质K40对应的峰所存在的位置。
发明内容
基于现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种海水放射性核素K40元素的寻峰方法，以达到提高放射性K40元素寻峰的效率和准确度的目的。
为达到上述目的，本发明采用的的技术方案如下：
一种海水放射性核素K40元素的寻峰方法，包括以下步骤：
(1)对所有通道的数据进行SK平滑；
(2)遍历预设的放射性核素K的可能存在区间范围内所有通道，计算每个通道的计数值分别减去左右各两个通道的计数值的差值，如果两个差值都为正数，则将该通道作为预设峰位；
(3)查找原始数据得到峰值，根据高斯拟合公式和峰位、峰值，以及半高宽，分别计算预设峰位的左右边界；
(4)分别对比峰到左右边界范围内的原始数据与拟合高斯函数所对应的数据，并计算余弦相似度；
(5)找到余弦相似度最大的峰，则判定该峰位为海水放射性核素K40元素的峰。
所述步骤(1)中，SK平滑的计算方法为：SK平滑的计算方法为：平滑后的信号值为(k*Data(chi)+rc*(3-k)*a+rc*rc*(2*a-b))/rc2；。Data(chi)为第chi通道的数据，chi为1-1024；rc2＝1+rc*(3-k)+rc*rc；。
所述步骤(2)中，放射性核素K的可能存在区间范围内：放射性核素K的峰的正常通道范围为716-836；但有可能左右各飘逸100个通道左右，所以本系统查找600到950的通道范围。在该范围内，每个通道的计数值分别减去左右各二个通道的计数值，如果都为正数，则判定为预设峰位。
所述步骤(3)中，峰位为预设的峰位，峰值是原始数据在该通道的计数值，半高宽是系统采集标定的放射性核素K40半高宽(每个传感器K40核素的半高宽也许会有差别，本系统是根据标定的结果定的46)；左右边界的信号值＝2×预设峰位对应的半高宽信号值-预设峰位的信号值，查找原始数据，找到左右边界的信号值对应的左右边界通道。
所述步骤(4)中，分别对比峰到左右边界范围内的原始数据与拟合高斯函数所对应的数据，并计算余弦相似度；峰为预设的可能是放射性核素K40元素的峰；高斯拟合函数如下：
Figure BDA0001939156940000021
其中：s＝2*半高宽的平方＝4232；Xmax为预设的峰位，Ymax为原始数据中的峰值，Xi是指第i个通道；Yi是第i个通道的计数值。
余弦相似度的公式如下：
Figure BDA0001939156940000022
所述步骤(5)中，对比所有预设峰的左右两侧的余弦相似度，找到任意一边的余弦相似度是最大值的峰，该峰就为海水放射性核素K40元素的峰。
通过上述技术方案，本发明提供的海水放射性检测的自动寻峰方法不受累积时间的限制，也不受海洋环境干扰的限制，能够识别出放射性核素K40的重叠峰，以及自动过滤掉一些明显的假峰寻峰准确度提高。
附图说明
图1为本发明实施例所公开的一种海水放射性核素K40元素的寻峰方法流程示意图；
图2为本发明实施例所公开的所有通道的能谱数据曲线；
图3为图2中部分放大的能谱数据曲线；
图4为SK平滑后的能谱曲线；
图5为计算得到预设的峰位；
图6为计算余弦相似度的结果；
图7为计算机软件系统计算截图；
图8为SK平滑函数。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种海水放射性核素K40元素的寻峰，流程如图1所示，具体步骤如下：
S101、对所有通道的数据进行SK平滑，使得数据更为平滑，SK平滑函数如图8所示。
所有通道的能谱数据曲线如图2，假设预设的放射性核素为K，其预设存在区间如图3所示，在本实施例中如图4所示，是平滑后的数据图谱。平滑只是为了寻峰过程中在不影响曲线波形的情况下，找到真正的峰位置，并不影响最终的计算结果，根据实际需要，平滑函数如图8所示，本系统中rc用1，k用1.1，SK平滑的计算方法为：平滑后的信号值为(k*Data(chi)+rc*(3-k)*a+rc*rc*(2*a-b))/rc2；Data(chi)为第chi通道的数据，chi为1-1024；rc2＝1+rc*(3-k)+rc*rc。
S102、如图5所示，遍历预设的放射性核素K的可能存在区间范围内所有通道，计算每个通道的计数值分别减去左右各两个通道的计数值的差值，如果两个差值都为正数，则将该通道作为预设峰位。放射性核素K的峰的正常通道范围为716-836；但有可能左右各飘逸100个通道左右，所以本发明查找600到950的通道范围。
在本实施例中，如果在五点内为波峰，说明该点是波峰，这些波峰中有的是假峰，有的不是该放射性核素对应的峰，再遍历所有的点来判断是否属于该放射性核素对应的峰。
假设预设的放射性核素为K，通过在通道600到950范围内的二阶导数共有m个，查找m个通道所在位置的数据值，分别为v1，v2，…，vm；对应通道的t1，t2，…，tm；其中通道tx为m个在左右各二个通道的范围内的五个点为最大的数据值，信号值vx，选择该点作为预设峰位。
S103、查找原始数据得到峰值，根据高斯拟合公式，和峰位，峰值，以及半高宽，分别计算预设峰位的左右边界。
左右边界的信号值＝2×预设峰位对应的半高宽信号值-预设峰位的信号值，查找原始数据，找到左右边界的信号值对应的左右边界通道。
把tx作为预设的峰位，得到对应的vx为对应的峰值；vx为v1，v2，…，vm中的一个值，且是其中最大的；预设寻峰的放射性核素K的半高宽为b；半高宽的通道位置p＝tx-b；得到通道p所对应的信号值n；该n必须小于vx，否则返回0，记录该预设的峰为假峰；左边界的信号值vleft应该为2×n-vx；该从峰位向左遍历第一个小于等于vleft值的点，就定义为左边界的点，或者向左遍历的个数大于半高宽，记录下通道号和信号值。
把tx作为预设的峰位，得到对应的vx为对应的峰值；vx为v1，v2，…，vm中的一个值，且是其中最大的；预设寻峰的放射性核素K的半高宽为b；半高宽的通道位置p＝tx+b；得到通道p所对应的信号值n；该n必须小于vx，否则返回0，记录该预设的峰为假峰；右边界的信号值vright应该为2×n-vx；从峰位向右遍历第一个小于等于vrgiht值的点，就定义为右边界的点，或者向右遍历的个数大于半高宽，记录下通道号和信号值。
S104、分别对比峰到左右边界范围内的原始数据与高斯拟合函数所对应的数据，并计算余弦相似度，峰为预设的可能是放射性核素K40元素的峰。高斯拟合函数如下，
Figure BDA0001939156940000051
其中：s是2*半高宽的平方＝4232；Xi是指第i个通道；Yi是第i个通道的计数值；Xmax为峰为，Ymax为原始数据中的峰值。
Figure BDA0001939156940000052
如图6和图7所示，将得到的拟合函数的数据值与预设的放射性核素的数据值进行对比，计算得到余弦相似度。
拟合函数边界的通道和计数值分别为x1，y1；预设峰的通道和计数值分别为Xmax，Ymax；高斯拟合曲线的向量为(Xmax-x1，Ymax-y1)，也就是(xx，yyb)。
原始数据边界的通道和计数值分别为x1，yys；预设峰的通道和计数值分别为Xmax，Yys；高斯拟合曲线的向量为(Xmax-x1，Yys-yys)，也就是(xx，yy)。
xx＝Xmax-x1；yy＝Yys–yys；yyb＝Ymax-y1；
余弦相似度为(xx*yy+xx*yyb)/[sqrt(xx*xx*2)*sqrt(yy*yy+yyb*yyb)]。
S105、对比所有预设峰的左右两侧的余弦相似度，找到任意一边余弦相似度是最大值的峰，该峰就为海水放射性核素K40元素的峰。
根据该方法计算得到海水放射性核素K40元素的寻峰的结果为：916通道为放射性核素K40元素的真正的峰。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种海水放射性核素K40元素的寻峰方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对所有通道的数据进行SK平滑；
(2)遍历预设的放射性核素K的可能存在区间范围内所有通道，计算每个通道的计数值分别减去左右各两个通道的计数值的差值，如果两个差值都为正数，则将该通道作为预设峰位；
(3)查找原始数据得到峰值，根据高斯拟合公式和峰位、峰值，以及半高宽，分别计算预设峰位的左右边界；
(4)分别对比峰到左右边界范围内的原始数据与拟合高斯函数所对应的数据，并计算余弦相似度；
(5)找到余弦相似度最大的峰，则判定该峰位为海水放射性核素K40元素的峰。
2.根据权利要求1所述的海水放射性核素K40元素的寻峰方法，其特征在于，所述步骤(1)中，SK平滑的计算方法为：平滑后的信号值为(k*Data(chi)+rc*(3-k)*a+rc*rc*(2*a-b))/rc2；Data(chi)为第chi通道的数据，chi为1-1024；rc2＝1+rc*(3-k)+rc*rc；a和b是中间系数，a代表该通道数据值的前一个通道的数据值，b代表该通道数据值的前两个通道的数据值；k为该通道的占比系数；r c是比例系数，计算前两个通道对该通道的影响。
3.根据权利要求1所述的海水放射性核素K40元素的寻峰方法，其特征在于，所述步骤(2)中，放射性核素K的可能存在区间范围内，放射性核素K的峰的通道范围为600-950。
4.根据权利要求1所述的一种海水放射性核素K40元素的寻峰方法，其特征在于，所述步骤(3)中，峰位为预设的峰位，峰值是原始数据在该通道的计数值，半高宽是系统采集标定的放射性核素K40半高宽；左右边界的信号值＝2×预设峰位对应的半高宽信号值-预设峰位的信号值，查找原始数据，找到左右边界的信号值对应的左右边界通道。
5.根据权利要求4所述的一种海水放射性核素K40元素的寻峰方法，其特征在于，所述步骤(4)中，分别对比峰到左右边界范围内的原始数据与拟合高斯函数所对应的数据，并计算余弦相似度；峰为预设的可能是放射性核素K40元素的峰；高斯拟合函数如下：
Figure FDA0003725461370000011
其中：s＝2*半高宽的平方＝4232；Xmax为预设的峰位，Ymax为原始数据中的峰值，Xi是指第i个通道；Yi是第i个通道的计数值；
余弦相似度的公式如下：
Figure FDA0003725461370000021
6.根据权利要求5所述的海水放射性核素K40元素的寻峰方法，其特征在于，对比所有预设峰的左右两侧的余弦相似度，找到任意一边的余弦相似度是最大值的峰，该峰就为海水放射性核素K40元素的峰。
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