CN111693522B - 一种城市水体污染程度线上表征方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市水体污染程度线上表征方法，包括如下步骤：导入待测水体图片，对待测水体图片中比色卡进行定位、提取；将待测水体图片中的比色卡颜色与标准比色卡比对创建色彩还原矩阵，对待测水体图片进行色彩还原，保存校正后的待测水体图片；获取水面区域的真实水体颜色HSB值，并保存；依据HSB值和颜色判别标准的关系，获取对应水体颜色修正系数；分别获取分光光度计扫描得出的原始水样光谱扫描数据和滤后水样光谱扫描数据；计算得出表观污染指数并输出。本发明利用计算机程序，仅需上传待测水体图片、过滤前后的扫描结果文件和浊度值，即可快速获得水体污染程度结果，操作简便，准确率高。

Description

一种城市水体污染程度线上表征方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种城市水体污染程度线上表征方法。
背景技术
表观污染指数(SPI)被列入2015年《建设部黑臭河道工作指南》。表观污染指数法是利用直观反映人体对污染水体感知的光学原理，考察了吸收光谱对不同视觉表观污染现象的定量表征效果，以反映水体污染物质的光学特性为基础，定量表征水体表观污染的技术途径和方法。是一种以客观测量方式描述、记录、比较地表水体的表观污染程度的方法，具有简便快捷、准确且易于推广等特点。
现有技术中，在计算SPI时，颜色参数的获取上是通过主观判断的，客观性不充分，因此计算结果存在偏差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种城市水体污染程度线上表征方法，操作简便，准确率高，能够快速获得结果。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种城市水体污染程度线上表征方法，包括如下步骤：导入待测水体图片，对待测水体图片中比色卡进行定位、提取；将待测水体图片中的比色卡颜色与标准比色卡比对创建色彩还原矩阵，对待测水体图片进行色彩还原；获取水面区域的真实水体颜色HSB值，依据HSB值和颜色判别标准的关系，获取对应水体颜色修正系数；分别获取分光光度计扫描得出的原始水样光谱扫描数据和滤后水样光谱扫描数据；计算得出表观污染指数并输出。
进一步的，导入待测水体图片前，设置标准图片对比色卡形状位置进行建模。
进一步的，标准图片中，比色卡边缘清晰，角度水平放置。
进一步的，设置默认水面区域为待测水体图片中的横向1/2处，纵向1/3处，200*200像素范围。
进一步的，根据颜色判别标准将水体分为黑色水体、灰色水体、黄色水体和绿色水体，每种水体对应不同的修正系数。
进一步的，所述黑色水体为水体颜色的B值小于等于30。
进一步的，所述灰色水体为水体颜色的B值大于30、水体颜色的S值小于等于20且水体浊度大于15。
进一步的，所述黄色水体为水颜色的B值大于30、S值大于20且H值小于80。
进一步的，所述绿色水体为水体颜色的B值大于30、水体浊度小于等于15且水体颜色的H值大于等于80小于150或者水体颜色的B值大于30、S值大于20且H值大于等于80小于150。
进一步的，表观污染指数的计算公式为：SPI＝26ln(βx+10)-60，其中，SPI为表观污染指数，x为水样过滤前后吸收光谱扫描曲线的围合面积，β为颜色修正系数。
本发明的一种城市水体污染程度线上表征方法与现有技术相比的有益效果是，利用计算机程序，仅需上传待测水体图片、过滤前后的扫描结果文件和浊度值，即可快速获得水体污染程度结果，操作简便，准确率高。
附图说明
图1是本发明的操作流程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1所示，本发明的一种城市水体污染程度线上表征方法，包括如下步骤：导入待测水体图片，对待测水体图片中比色卡进行定位、提取；本实施例中，导入的待测水体图片中比色卡的形状位置等与标准设定匹配，从而计算机系统能够准确获取比色卡信息。在本发明的其他实施例中，若待测水体图片中的比色卡形状位置不标准，则在导入待测水体图片前，设置标准图片对比色卡形状位置进行建模，通过对比色卡进行形状的建模，使得在以后和标准图片中比色卡位置、角度、大小等相差不大的图片中，能够识别到比色卡，并将其从图片中提取。建模时，首先加载标准图片；然后框取标准图片中的比色卡区域，框取时应当包含全部色块，不含如绳索，水中落叶等干扰物，优选的，标准图片中的比色卡应当边缘清晰，角度水平放置，大小合适，从而方便框取；而后分别框取比色卡上的各色块并保存，完成建模。由于待测水体图片中比色卡位置、角度、大小等与模型中比色卡相差不大，因此，系统能够自动识别图片中比色卡，并进行提取。
由于户外复杂光照环境，导致待测水体图片的颜色存在色偏，因此将从待测水体图片中提取的比色卡颜色与标准比色卡比对创建色彩还原矩阵，从而能够对待测水体图片整体进行色彩还原，得到真实颜色的水体图片，本实施例中还对其进行保存，方便追溯。
由于待测水体图片的整体颜色已经还原，因此能够获取水面区域的真实水体颜色HSB值，并对其进行保存。通过具体的数值能够对水体颜色进行精确划分。本实施例中，为简化操作步骤，可以设置默认水面区域，待测水体图片导入后，直接选取该处的颜色作为计算标准。默认水面区域设置为待测水体图片中的横向1/2处，纵向1/3处，200*200像素范围。在本发明的其他实施例中，还可以手动选取其他位置的颜色作为计算标准。
依据HSB值和颜色判别标准的关系，获取对应水体颜色修正系数。本实施例的颜色判别标准中将水体分为黑色水体、灰色水体、黄色水体和绿色水体。本实施例中，由于仅选取水面颜色的HSB值，因此根据水体的分类，结合上千组水样颜色的HSB值，得出颜色判别标准如下：水体颜色的B值小于等于30，则判定水体为黑色水体；水体颜色的B值大于30，水体颜色的S值小于等于20，且水体的浊度大于15，则判定水体为灰色水体；水体颜色的B值大于30，水体颜色的S值大于20，且水体颜色的H值小于80，则判定水体为黄色水体；水体颜色的B值大于30，水体颜色的S值大于20，且水体颜色的H值大于等于80且小于150，则判定水体为绿色水体，或者水体颜色的B值大于30，且水体浊度小于等于15，同时水体颜色的H值大于等于80且小于150，也判定水体为绿色水体。每种水体对应不同的修正系数，具体对应关系参见表1。
Figure GDA0002578972110000041
表1
计算机系统根据上述分类，选取对应的修正系数。
水体表观污染主要由于污染物的进入超出水体的自净能力所致，污染物进入水体后会对水体中的传播光线进行吸收和反射作用，从而导致水体呈现不同的表观性状。根据大量数据研究表明，非溶解性污染物是造成城市水体表观污染的主要因素。根据物质对光的吸收与反射原理，水中杂质对光的吸收与反射决定水的表观性状。根据吸光度加和性，溶液总吸光度等于各组分吸光度之和，故吸收光谱扫描曲线反映了水样中各种悬浮、胶体和溶解性物质在对不同波长光的“吸光”特性。在可见光区吸收光谱包含了人眼可识别的水中杂质光学信息例如：颜色、颗粒物含量及其分散程度等。因此，可以通过测定含非溶解性物质和溶解性物质的原始水样和仅含溶解性物质滤后水样的光谱扫描曲线面积差反映水样中各种悬浮、胶体等非溶解性物质对不同波长光的吸光特性，进而表征水体表观污染程度。故本实施例中，采用带扫描的分光光度计，分别获取分光光度计扫描得出的原始水样光谱扫描数据和滤后水样光谱扫描数据，输入计算软件。为尽可能过滤掉原始水样中的非溶解性物质，本实施例中选用0.22μm滤膜对原始水样进行过滤。
根据上述数据，系统利用公式：SPI＝26ln(βx+10)-60，计算得出表观污染指数SPI并输出，其中，SPI为表观污染指数，x为水样过滤前后吸收光谱扫描曲线的围合面积，β为颜色修正系数。更具体的，过滤前后吸收光谱扫描曲线的围合面积即为过滤前后光谱扫描曲线面积差，因此根据公式：
Figure GDA0002578972110000051
能够获取围合面积，其中，Ai，A’i分为原始水样和过滤后水样从380nm至780nm的吸光度扫描数据。
SPI值的大小直接表征水体的污染程度。具体的，SPI小于10，表示污染程度小，水质好，10到25表示水质较好，25到45表示水质尚可，45到70表示水质较差，大于70表示水质差。通过数值表征水体污染程度，对水体的污染程度反应更加细化，相较于一类水、二类水的分类，数值化的表征，能够更清晰的反应水体改善状况。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种城市水体污染程度线上表征方法，其特征在于，包括如下步骤：拍摄待测水体水面图片；计算机设置标准图片对比色卡形状位置进行建模；计算机导入待测水体图片；对待测水体图片中比色卡进行定位、提取；将待测水体图片中的比色卡颜色与标准比色卡比对创建色彩还原矩阵，对待测水体图片进行色彩还原；获取水面区域的真实水体颜色HSB值，依据HSB值和颜色及浊度和颜色判别标准的关系，将水体分为黑色水体、灰色水体、黄色水体和绿色水体，其中，所述灰色水体为水体颜色的B值大于30、水体颜色的S值小于等于20且水体浊度大于15；根据每种水体对应不同的修正系数，获取对应水体颜色修正系数；分别获取分光光度计扫描得出的原始水样光谱扫描数据和滤后水样光谱扫描数据；计算得出表观污染指数并输出。
2.如权利要求1所述的一种城市水体污染程度线上表征方法，其特征在于，标准图片中，比色卡边缘清晰，角度水平放置。
3.如权利要求1所述的一种城市水体污染程度线上表征方法，其特征在于，设置默认水面区域为待测水体图片中的横向1/2处，纵向1/3处，200*200像素范围。
4.如权利要求1所述的一种城市水体污染程度线上表征方法，其特征在于，所述黑色水体为水体颜色的B值小于等于30。
5.如权利要求1所述的一种城市水体污染程度线上表征方法，其特征在于，所述黄色水体为水颜色的B值大于30、S值大于20且H值小于80。
6.如权利要求1所述的一种城市水体污染程度线上表征方法，其特征在于，所述绿色水体为水体颜色的B值大于30、水体浊度小于等于15且水体颜色的H值大于等于80小于150或者水体颜色的B值大于30、S值大于20且H值大于等于80小于150。
7.如权利要求1所述的一种城市水体污染程度线上表征方法，其特征在于，表观污染指数的计算公式为：SPI＝26ln(βx+10)-60，其中，SPI为表观污染指数，x为水样过滤前后吸收光谱扫描曲线的围合面积，β为颜色修正系数。
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