CN112255201A - 多光路复用水质监测方法、系统、计算机设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种多光路复用水质监测方法、系统、计算机设备及存储介质，其包括用于选定待测水体的定位步骤；用于在待测水体中放入光发射器，并记录光发射器的入射光强度为I1的射出启动步骤；用于在光发射器朝向的方向放置第一接收器，并记录第一接收器接收到的散射光强度为IS1的透射接收步骤；用于在光发射器与第一接收器连线之外的待测水体中放置第二接收器，并记录第二接收器接收到的散射光强度为IS2的散射接收步骤；用于调用入射光强度I、第一接收器的散射光强度IS1以及第二接收器的散射光强度IS2，通过数学方式运算得到浊度值Y的浊度运算步骤。本申请具有利用投射和散射远离，测量水体浊度和叶绿素浓度并提高测量结果准确性的效果。

Description

多光路复用水质监测方法、系统、计算机设备及存储介质
技术领域
本申请涉及水质监测的领域，尤其是涉及一种多光路复用水质监测方法。
背景技术
目前水质监测过程汇总通常需要进行水质的浊度检测，其中，浊度检测通常是通过多个光学传感器采用光反射的方式检测水质的浊度。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在有当水质为清水时，接收器接收不到发射器的反射光，当水质为重浊水水，发射器发出的光容易衰弱，使得接收器只能接到少部分光，甚至接收不到光；这两种情况比较接近，无法区分的缺陷。
发明内容
为了利用投射和散射远离，测量水体浊度和叶绿素浓度并提高测量结果准确性，本申请提供一种多光路复用水质监测方法。
第一方面，本申请提供一种多光路复用水质监测方法，采用如下的技术方案：
一种多光路复用水质监测方法，包括：
用于选定待测水体的定位步骤；
用于在待测水体中放入光发射器，并记录光发射器的入射光强度为I1的射出启动步骤；
用于在光发射器朝向的方向放置第一接收器，并记录第一接收器接收到的散射光强度为IS1的透射接收步骤；
用于在光发射器与第一接收器连线之外的待测水体中放置第二接收器，并记录第二接收器接收到的散射光强度为IS2的散射接收步骤；
用于调用入射光强度I、第一接收器的散射光强度IS1以及第二接收器的散射光强度IS2，通过数学方式运算得到浊度值Y的浊度运算步骤。
通过采用上述技术方案，在进行浊度测算的时候，通过对第一接收器和第二接收器处接收到的光照强度分别进行获取，能够通过两个接收器的数据同时运算得到浊度数据，在通过两个浊度数据的对比，便可获取更准确的浊度情况，对于清水和重浊水这两种极端情况，因为散射效果不同，因此通过两个不同接收器的信息，能够有效区分清水和重浊水，实现更准确的浊度测算操作。
优选的，散射接收步骤中第二接收器的位置位于第一接收器与光发射器连线中点的垂线上，且第二接收器到第一接收器与光发射器连线的距离等于第一接收器与光发射器连线长度的一半。
通过采用上述技术方案，因为光在水中的散射情况比较明显，第二接收器与光发射器距离过近或者距离过远会导致其接收到的散射光强度差异较大，按照上述位置放置第二接收器，能够方便进行散射光的收集，提高使用第二接收器和第一接收器协同进行浊度运算的结果准确性。
优选的，还包括如下步骤：
用于调整光发射器向第二接收器发射光路，记录光发射器的入射光强度为I2、第二接收器发出的荧光强度IS3的叶绿素测量步骤；
用于调用入射光强度I2和荧光强度IS3，通过数学方式运算获得待测水体的叶绿素浓度值Z的叶绿素运算步骤。
通过采用上述技术方案，通过光发射器和第二接收器的配合，能够同时实现对叶绿素浓度的测量操作，从而，能够有效利用测量的数据信息，减少多次测量的操作难度，实现在水域中直接进行叶绿素浓度测量的操作。
优选的，浊度运算步骤具体执行如下操作：
将入射光强度I1和散射光强度IS1带入朗伯—比尔定律运算得到浊度T1；
将入射光强度I1和散射光强度IS2带入雷莱公式运算得到浊度T2；
调用浊度T1和浊度T2，运用数学方式进行融合运算得到最终浊度T0；
输出最终浊度T0。
通过采用上述技术方案，分别通过透射方法和散射方法使用第一接收器和第二接收器处收集到的信息，能够通过两种运算方法的区别进行数据融合，从而提高浊度测算的准确度。
优选的，叶绿素运算步骤具体执行如下操作：
调用入射光强度I2和荧光强度IS3，代入公式：
I2=XIS3Z；
其中，X为操作人员给定的运算常数
调用最终浊度T0，与叶绿素浓度值Z做融合运算，得到最终叶绿素浓度值Z0；
输出最终叶绿素浓度值Z0。
通过采用上述技术方案，将最终浊度T0带入到叶绿素运算的过程中，能够有效降低因为浊度情况导致的叶绿素浓度测算误差，从而通过数据融合有效降低叶绿素测量的误差值，从而获取更准确的叶绿素浓度值。
第二方面，本申请提供一种多光路复用水质监测系统，采用如下的技术方案：
一种多光路复用水质监测系统，包括：
用于选定待测水体的定位模块；
用于在待测水体中放入光发射器，并记录光发射器的入射光强度为I1的射出启动模块；
用于在光发射器朝向的方向放置第一接收器，并记录第一接收器接收到的散射光强度为IS1的透射接收模块；
用于在光发射器与第一接收器连线之外的待测水体中放置第二接收器，并记录第二接收器接收到的散射光强度为IS2的散射接收模块；
用于调用入射光强度I、第一接收器的散射光强度IS1以及第二接收器的散射光强度IS2，通过数学方式运算得到浊度值Y的浊度运算模块；
用于调整光发射器向第二接收器发射光路，记录光发射器的入射光强度为I2，第二接收器出的散射光强度为IS3的叶绿素测量模块；
用于调用入射光强度I2和荧光强度IS3，通过数学方式运算获得待测水体的叶绿素浓度值Z的叶绿素运算模块。
通过采用上述技术方案，一方面，能够通过第一接收器和第二接收器获得的光强度值进行融合运算，获取准确的水体浊度值数据，另一方面能够同时利用光透射的方式调用浊度值数据运算得到水体的叶绿素浓度值，实现光路复用的同时有效降低叶绿素浓度值运算的误差。
第三方面，本申请提供一种计算机设备，采用如下的技术方案：
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
用于选定待测水体的定位步骤；
用于在待测水体中放入光发射器，并记录光发射器的入射光强度为I1的射出启动步骤；
用于在光发射器朝向的方向放置第一接收器，并记录第一接收器接收到的散射光强度为IS1的透射接收步骤；
用于在光发射器与第一接收器连线之外的待测水体中放置第二接收器，并记录第二接收器接收到的散射光强度为IS2的散射接收步骤；
用于调用入射光强度I、第一接收器的散射光强度IS1以及第二接收器的散射光强度IS2，通过数学方式运算得到浊度值Y的浊度运算步骤；
用于调整光发射器向第二接收器发射光路，记录光发射器的入射光强度为I2，第二接收器出的散射光强度为IS3的叶绿素测量步骤；
用于调用入射光强度I2和荧光强度IS3，通过数学方式运算获得待测水体的叶绿素浓度值Z的叶绿素运算步骤。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，采用如下的技术方案：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
用于选定待测水体的定位步骤；
用于在待测水体中放入光发射器，并记录光发射器的入射光强度为I1的射出启动步骤；
用于在光发射器朝向的方向放置第一接收器，并记录第一接收器接收到的散射光强度为IS1的透射接收步骤；
用于在光发射器与第一接收器连线之外的待测水体中放置第二接收器，并记录第二接收器接收到的散射光强度为IS2的散射接收步骤；
用于调用入射光强度I、第一接收器的散射光强度IS1以及第二接收器的散射光强度IS2，通过数学方式运算得到浊度值Y的浊度运算步骤；
用于调整光发射器向第二接收器发射光路，记录光发射器的入射光强度为I2，第二接收器出的散射光强度为IS3的叶绿素测量步骤；
用于调用入射光强度I2和荧光强度IS3，通过数学方式运算获得待测水体的叶绿素浓度值Z的叶绿素运算步骤。
附图说明
图1是实施例中多光路复用水质监测方法的流程示意图。
图2是实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种多光路复用水质监测方法，参照图1，包括：
定位步骤：选定待测水体。
定位步骤具体执行如下操作：
由操作人员选定待测区域的中点和半径；
以待测区域的中点为原点绘制三维坐标系；
调用待测区域的半径信息进行比例转换，在三维坐标系上绘制球型区域并记做待测水体。
射出启动步骤：在待测水体中放入光发射器，并记录光发射器的入射光强度为I1。
其中，光发射器使用具有蓝色LED灯和蓝色激发滤光片的光发射设备，此类设备为现有技术。
透射接收步骤：在光发射器朝向的方向放置第一接收器，并记录第一接收器接收到的散射光强度为IS1。
其中，第一接收器位于待测水体范围中，散射光强度IS1为第一接收器获取并生成的数据，第一接收器可使用目前技术成熟的光接收器或光收发器。
散射接收步骤：在光发射器与第一接收器连线之外的待测水体中放置第二接收器，并记录第二接收器接收到的散射光强度为IS2。
其中，第二接收器的位置位于第一接收器与光发射器连线中点的垂线上，且第二接收器到第一接收器与光发射器连线的距离等于第一接收器与光发射器连线长度的一半；第二接收器使用具有叶绿素荧光计的光接收设备且第二接收器位于待测水体范围内。
叶绿素荧光计（SCF）是一种高性能，低功耗的仪器，用于原位测量叶绿素。它的体积小，功耗极低，灵敏度高，动态范围宽，深度达6000米，并且具有开放式或抽空式样品体积选项，可在各种条件下提供强大的功能和灵活性来测量叶绿素。SCF使用调制的蓝色LED灯和蓝色激发滤光片来激发叶绿素。叶绿素发出的荧光穿过红色发射滤光片，并被硅光电二极管检测到。然后使用同步解调电路处理低电平信号，该电路会产生与叶绿素浓度成比例的输出电压。
浊度运算步骤：调用入射光强度I、第一接收器的散射光强度IS1以及第二接收器的散射光强度IS2，通过数学方式运算得到浊度值Y。
浊度运算步骤具体执行如下操作：
将入射光强度I1和散射光强度IS1带入朗伯—比尔定律运算得到浊度T1；
将入射光强度I1和散射光强度IS2带入雷莱公式运算得到浊度T2；
调用浊度T1和浊度T2，运用数学方式进行融合运算得到最终浊度T0；
输出最终浊度T0。
其中，根据朗伯—比尔定律，透射光强度随浊度的变化遵从式：
IS1=I1e-εT1L
式中：ε为由悬浮微粒的形状、入射光波长等因素所决定的常数，T为浊度，L为透射光程。
根据雷莱公式，散射光强度的变化遵从式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式中： N为单位溶液微粒数；V为微粒体积；K为外界给定的系数。
叶绿素测量步骤：用于调整光发射器向第二接收器发射光路，记录光发射器的入射光强度为I2、第二接收器发出的荧光强度IS3。
叶绿素运算步骤：调用入射光强度I2和荧光强度IS3，通过数学方式运算获得待测水体的叶绿素浓度值Z。
叶绿素运算步骤具体执行如下操作：
调用入射光强度I2和荧光强度IS3，代入公式：
I2=XIS3Z；
其中，X为操作人员给定的运算常数。
调用最终浊度T0，与叶绿素浓度值Z做融合运算，代入公式：
Z0=Z+YT0；
其中，Y为操作人员给定的运算常数。
得到最终叶绿素浓度值Z0；
输出最终叶绿素浓度值Z0。
本申请实施例一种多光路复用水质监测方法的实施原理为：通过一个光发射器以及第一接收器、第二接收器之间的配合，能够在水体中通过光投射和光反射的原理，实现对水体浊度的测量，在此基础上，用浊度数据，能够作为参数进行水体中叶绿素浓度的测量，从而降低水体浊度对叶绿素浓度测量的准确性的影响，有效提升叶绿素浓度的测量结果准确性。
一种多光路复用水质监测系统，包括：
用于进行信息输入的输入模块，输入模块包括键盘等输入设备；
用于进行信息输出的输出模块，输出模块包括显示屏等输出设备；
用于选定待测水体的定位模块；
用于在待测水体中放入光发射器，并记录光发射器的入射光强度为I1的射出启动模块；
用于在光发射器朝向的方向放置第一接收器，并记录第一接收器接收到的散射光强度为IS1的透射接收模块；
用于在光发射器与第一接收器连线之外的待测水体中放置第二接收器，并记录第二接收器接收到的散射光强度为IS2的散射接收模块；
用于调用入射光强度I、第一接收器的散射光强度IS1以及第二接收器的散射光强度IS2，通过数学方式运算得到浊度值Y的浊度运算模块；
用于调整光发射器向第二接收器发射光路，记录光发射器的入射光强度为I2，第二接收器出的散射光强度为IS3的叶绿素测量模块；
用于调用入射光强度I2和荧光强度IS3，通过数学方式运算获得待测水体的叶绿素浓度值Z的叶绿素运算模块。
关于多光路复用水质监测系统的具体限定可以参见上文中对多光路复用水质监测方法的限定，在此不再赘述。上述多光路复用水质监测系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
本实施例提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图2所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储业务请求、业务数据等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种数据处理方法。
本领域技术人员可以理解，图2中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
计算机设备包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多光路复用水质监测方法，其特征在于，包括：
用于选定待测水体的定位步骤；
用于在待测水体中放入光发射器，并记录光发射器的入射光强度为I1的射出启动步骤；
用于在光发射器朝向的方向放置第一接收器，并记录第一接收器接收到的散射光强度为IS1的透射接收步骤；
用于在光发射器与第一接收器连线之外的待测水体中放置第二接收器，并记录第二接收器接收到的散射光强度为IS2的散射接收步骤；
用于调用入射光强度I、第一接收器的散射光强度IS1以及第二接收器的散射光强度IS2，通过数学方式运算得到浊度值Y的浊度运算步骤。
2.根据权利要求1所述的多光路复用水质监测方法，其特征在于：散射接收步骤中第二接收器的位置位于第一接收器与光发射器连线中点的垂线上，且第二接收器到第一接收器与光发射器连线的距离等于第一接收器与光发射器连线长度的一半。
3.根据权利要求1所述的多光路复用水质监测方法，其特征在于，还包括如下步骤：
用于调整光发射器向第二接收器发射光路，记录光发射器的入射光强度为I2、第二接收器发出的荧光强度IS3的叶绿素测量步骤；
用于调用入射光强度I2和荧光强度IS3，通过数学方式运算获得待测水体的叶绿素浓度值Z的叶绿素运算步骤。
4.根据权利要求3所述的多光路复用水质监测方法，其特征在于，浊度运算步骤具体执行如下操作：
将入射光强度I1和散射光强度IS1带入朗伯—比尔定律运算得到浊度T1；
将入射光强度I1和散射光强度IS2带入雷莱公式运算得到浊度T2；
调用浊度T1和浊度T2，运用数学方式进行融合运算得到最终浊度T0；
输出最终浊度T0。
5.根据权利要求4所述的多光路复用水质监测方法，其特征在于，叶绿素运算步骤具体执行如下操作：
调用入射光强度I2和荧光强度IS3，代入公式：
I2=XIS3Z；
其中，X为操作人员给定的运算常数
调用最终浊度T0，与叶绿素浓度值Z做融合运算，得到最终叶绿素浓度值Z0；
输出最终叶绿素浓度值Z0。
6.一种多光路复用水质监测系统，其特征在于，包括：
用于选定待测水体的定位模块；
用于在待测水体中放入光发射器，并记录光发射器的入射光强度为I1的射出启动模块；
用于在光发射器朝向的方向放置第一接收器，并记录第一接收器接收到的散射光强度为IS1的透射接收模块；
用于在光发射器与第一接收器连线之外的待测水体中放置第二接收器，并记录第二接收器接收到的散射光强度为IS2的散射接收模块；
用于调用入射光强度I、第一接收器的散射光强度IS1以及第二接收器的散射光强度IS2，通过数学方式运算得到浊度值Y的浊度运算模块；
用于调整光发射器向第二接收器发射光路，记录光发射器的入射光强度为I2，第二接收器出的散射光强度为IS3的叶绿素测量模块；
用于调用入射光强度I2和荧光强度IS3，通过数学方式运算获得待测水体的叶绿素浓度值Z的叶绿素运算模块。
7.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
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