CN115615938B - 基于反射光谱的水体水质分析方法、装置、电子设备 - Google Patents

基于反射光谱的水体水质分析方法、装置、电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于反射光谱的水体水质分析方法、装置、电子设备，所述方法包括：基于光源对水体的照射，获取所述光源照射光线的第一光强值和所述水体反射光线的第一像元亮度值；基于所述光源对定标板的照射，获取所述光源照射光线的第二光强值和所述定标板反射光线的第二像元亮度值；基于所述第二像元亮度值和所述第二光强值，计算所述定标板的定标结果值；基于所述第一像元亮度值、所述第一光强值和所述定标结果值，计算所述水体的第一光谱反射率。借助定标板的定标结果值，结合光强值和像元亮度值能够获取精准的水体光谱反射率。

Description

基于反射光谱的水体水质分析方法、装置、电子设备
技术领域
本发明涉及水环境监测技术领域，尤其涉及一种基于反射光谱的水体水质分析方法、装置、电子设备。
背景技术
目前的水环境监测设备，其操作模式基本处于人工或者半人工状态，即需要工作人员来采样、分析、操作和控制。随着人力成本的增加和社会对水环境污染事件快速响应需求的提高，迫切需要一套集水质评价、数据分析、多设备联控的测量方法及装置系统。
在这一领域中，现有技术中应用较为广泛的是采用反射光谱的方式，建立光谱与水质参量间的相关关系，计算得出水质参数。这种技术的精度有一定的上限，造成误差主要体现在光源的老化、测量角度的不科学、水面波浪造成的镜面反射、不能高效定标光谱探测器等方面。
同时，对水质参数停留在查看和分析的阶段，对后续的应用智能化过程不足。仍然需要人工根据计算结果，控制水务的闸门、曝气装置、过滤膜更换和采集水样。达不到快速响应污染事件、实时操作上下游设备等效果，限制了反射光谱水质参数测量方法的智能化应用服务推广。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于反射光谱的水体水质分析方法、装置、电子设备。
本发明提供的一种基于反射光谱的水体水质分析方法，所述方法包括：
基于光源对水体的照射，获取所述光源照射光线的第一光强值和所述水体反射光线的第一像元亮度值；
基于所述光源对定标板的照射，获取所述光源照射光线的第二光强值和所述定标板反射光线的第二像元亮度值；
基于所述第二像元亮度值和所述第二光强值，计算所述定标板的定标结果值；
基于所述第一像元亮度值、所述第一光强值和所述定标结果值，计算所述水体的第一光谱反射率。
根据本发明提供的一种基于反射光谱的水体水质分析方法，所述方法还包括：
获取所述光源的载体在所述水体中的多组姿态数据；
计算每组所述姿态数据对应的所述第一光谱反射率；
基于每组所述姿态数据、对应的所述定标结果值、对应的所述第一光谱反射率，计算得到修正后的所述水体的第二光谱反射率。
根据本发明提供的一种基于反射光谱的水体水质分析方法，所述姿态数据包括如下的至少一种：
经度数据、纬度数据、高程数据、俯仰数据、侧滚数据、翻滚数据、时间数据。
根据本发明提供的一种基于反射光谱的水体水质分析方法，所述方法还包括：
基于所述第二光谱反射率，计算水质指标；
其中，所述水质指标包括如下的至少一种：
浊度、PH、溶解氧、化学需氧量、氨氮、总磷、总氮、高锰酸盐指数、叶绿素、悬浮物、总有机碳、色度、亚硝酸盐、生化需氧量、综合营养化指数。
根据本发明提供的一种基于反射光谱的水体水质分析方法，所述方法还包括：
基于所述水质指标，发送控制指令至水体控制模块。
本发明还提供的一种基于反射光谱的水体水质分析装置，所述装置包括：
控制器；
光源，所述光源与所述控制器连接，所述光源在所述控制器的指令下，向待分析水质的水体照射光线；
光强探测器，所述光强探测器与所述控制器连接，所述光强探测器获取所述照射光线的光强，形成光强值传递给所述控制器；
定标板及切换模块，所述切换模块与所述控制器连接，所述切换模块在所述控制器的指令下，使得所述定标板置于或者离开所述照射光线的路径；
光谱感光探测器，所述光谱感光探测器与所述控制器连接，所述光谱感光探测器获取所述照射光线经过所述水体或者所述定标板反射形成的反射光线导致的像元亮度值，并将所述像元亮度值传递给所述控制器；
其中，所述控制器基于所述像元亮度值、所述光强值预测所述水体的第一光谱反射率。
根据本发明提供的一种基于反射光谱的水体水质分析装置，所述装置还包括：
姿态测量模块，所述姿态测量模块与所述控制器连接，所述姿态测量模块获取所述分析装置的姿态数据，并将所述姿态数据传递给所述控制器；
其中，所述控制器基于所述像元亮度值、所述光强值、所述姿态数据预测所述水体的第二光谱反射率。
根据本发明提供的一种基于反射光谱的水体水质分析装置，所述装置还包括闸门单元、曝气模块、过滤膜控制模块以及采样单元中的任意一种；
所述控制器基于多个所述第二光谱反射率，计算得到所述水体的水质指标；
所述控制器能够基于所述水质指标，控制所述闸门单元的开闭；
所述控制器能够基于所述水质指标，控制所述曝气模块启动或者关闭；
所述控制器能够基于所述水质指标，控制所述过滤膜控制模块更换过滤膜；
所述控制器能够基于所述水质指标，控制所述采样单元采集水样。
根据本发明提供的一种基于反射光谱的水体水质分析装置，所述定标板包括黑色定标板、白色定标板、灰色定标板中的一种或者多种；所述切换模块包括旋转杆和驱动机构，所述旋转杆的一端与所述定标板连接，所述旋转杆的另一端与所述驱动机构连接，所述驱动机构与所述控制器连接。
本发明还提供的一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一项所述基于反射光谱的水体水质分析方法的步骤。
本发明提供的基于反射光谱的水体水质分析方法、装置、电子设备，借助定标板的定标结果值，结合光强值和像元亮度值能够获取精准的水体光谱反射率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种基于反射光谱的水体水质分析方法的流程示意图；
图2为本发明提供的一种基于水质指标控制外部设备的流程示意图；
图3为本发明提供的一种基于反射光谱的水体水质分析装置的结构示意图；
图4为本发明提供的另一种基于反射光谱的水体水质分析系统的结构示意图；
图5为本发明提供的一种电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的基于反射光谱的水体水质分析方法进行详细地说明。
图1为本发明提供的一种基于反射光谱的水体水质分析方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供的一种基于反射光谱的水体水质分析方法，方法包括如下步骤。
S100、基于光源对水体的照射，获取光源照射光线的第一光强值和水体反射光线的第一像元亮度值。
S200、基于光源对定标板的照射，获取光源照射光线的第二光强值和定标板反射光线的第二像元亮度值。
S300、基于第二像元亮度值和第二光强值，计算定标板的定标结果值。
S400、基于第一像元亮度值、第一光强值和定标结果值，计算水体的第一光谱反射率。
本实施例借助定标板的定标结果值，结合光强值和像元亮度值能够获取精准的水体光谱反射率。
可选地，方法还包括：
获取光源的载体在水体中的多组姿态数据；
计算每组姿态数据对应的第一光谱反射率；
基于每组姿态数据、对应的定标结果值、对应的第一光谱反射率，计算得到修正后的水体的第二光谱反射率。
可选地，姿态数据包括如下的至少一种：
经度数据、纬度数据、高程数据、俯仰数据、侧滚数据、翻滚数据、时间数据。
可选地，方法还包括：
基于第二光谱反射率，计算水质指标；
其中，水质指标包括如下的至少一种：
浊度、PH、溶解氧、化学需氧量、氨氮、总磷、总氮、高锰酸盐指数、叶绿素、悬浮物、总有机碳、色度、亚硝酸盐、生化需氧量、综合营养化指数。
可选地，方法还包括：
基于水质指标，发送控制指令至水体控制模块。
优选地，基于获取的第二光谱反射率，实时计算水质指标，并根据计算的水质指标结果向外部设备发出指令。
优选地，所述控制器与水体控制模块无线连接，远程控制多个外部设备的状态，达到智能化需求。
优选地，水体控制模块包括闸门单元、曝气模块、过滤膜控制模块以及采样单元。
下面对本发明提供的反射光谱的水体水质分析装置进行描述，下文描述的反射光谱的水体水质分析装置与上文描述的反射光谱的水体水质分析方法可相互对应参照。
本发明还提供的一种基于反射光谱的水体水质分析装置，装置包括：
控制器；
光源，光源与控制器连接，光源在控制器的指令下，向待分析水质的水体照射光线；
光强探测器，光强探测器与控制器连接，光强探测器获取照射光线的光强，形成光强值传递给控制器；
定标板及切换模块，切换模块与控制器连接，切换模块在控制器的指令下，使得定标板置于或者离开照射光线的路径；
光谱感光探测器，光谱感光探测器与控制器连接，光谱感光探测器获取照射光线经过水体或者定标板反射形成的反射光线导致的像元亮度值，并将像元亮度值传递给控制器；
其中，控制器基于像元亮度值、光强值预测水体的第一光谱反射率。
优选地，光谱感光探测器具有光栅、光电转换器、感知CCD，精确感知反射光谱线，以距离水面5-15cm，角度倾斜5°的方式，将采集的水面反射光信号转换为电信息，其采集频率、数量、积分时间和增益，具有差异化定制的特征。
优选地，光强探测器隶属于光源检测单元，光源检测单元在光源工作后同步获取光源信号的衰减、频闪和偏色数据，用于纠正所述的光谱感光探测器获取的电信号。
可选地，装置还包括：
姿态测量模块，姿态测量模块与控制器连接，姿态测量模块获取分析装置的姿态数据，并将姿态数据传递给控制器；
其中，控制器基于像元亮度值、光强值、姿态数据预测水体的第二光谱反射率。
优选地，姿态测量模块获取装置随水面晃动引起的方位和姿态数据，包括经度、纬度、高程、俯仰、侧滚、翻滚、时间共计7个数据，用于纠正光谱感光探测器获取的电信号。
可选地，图2为本发明提供的一种基于水质指标控制外部设备的流程示意图，如图2所示，装置还包括闸门单元、曝气模块、过滤膜控制模块以及采样单元中的任意一种；
控制器基于多个第二光谱反射率，计算得到水体的水质指标；
控制器能够基于水质指标，控制闸门单元的开闭；闸门单元，具有电子和机械双控功能，适应进水、排水口的开闭控制，通过控制进水口、排污口和净水试剂的闸门开关，实现无人值守的水质等级智能调控；
控制器能够基于水质指标，控制曝气模块启动或者关闭；当水体溶解氧不足时，能够智能控制进水口、处理水池和排水口的曝气装置，达到节约能耗的目的，适合特殊水体治污的需求；
控制器能够基于水质指标，控制过滤膜控制模块更换过滤膜；当水质预定的第一参数超标后，自动更换过滤膜，达到节约过滤膜使用量的目的；
控制器能够基于水质指标，控制采样单元采集水样；当水质预定的第二参数超标后，自动采集50ml的水样，用于留样做后续判别。
优选地，控制器具有数据存储、算法存储、计算结果输出、控制外部设备等功能，将光谱反射率综合计算为水质指标，并反馈到闸门单元、曝气模块、过滤膜控制模块以及采样单元，实现智能化控制。
可选地，定标板包括黑色定标板、白色定标板、灰色定标板中的一种或者多种；切换模块包括旋转杆和驱动机构，旋转杆的一端与定标板连接，旋转杆的另一端与驱动机构连接，驱动机构与控制器连接。
需要说明的是，定标板是不透明的，相当于一种特殊水质的极端水体，能够反射最大量或者特定比例的光线，用来作为一个标准。通过获取这个标准，将实际测得的水体反射光线与该标准做比较，从而来判断水体的水质。
优选地，定标板及切换模块隶属于定标单元，定标单元具有一个自动开闭的旋转盖板，盖板上涂有全黑（反射率0%）、全白（反射率100%）和模拟水面灰板（反射率10%），用于对所述的反射光谱探测器进行定标，将姿态数据和光源检测单元纠正后的电信号转换为具有物理含义的光谱反射率。
优选地，光源检测单元、光谱感光探测器、姿态测量模块、定标单元、控制器、闸门单元、曝气模块、过滤膜控制模块、采样单元安装在仪器箱体壳壁上，其中光源检测单元的光源、光谱感光探测器的探头、定标单元的旋转杆在所述壳壁的外侧。
优选地，图3为本发明提供的一种基于反射光谱的水体水质分析装置的结构示意图，如图3所示，所述装置包括智能芯片组101（对应控制器）、姿态测量模块102、光谱感光探测器103、传感器光纤104（其与光谱感光探测器103连接）、镂空近水面测量窗105、黑色定标板106、电池组107、锯齿状光栅108、光源109、光强探测器 110、旋转杆111、白色定标板112、灰色定标板113。
需要说明的是，水体在定标板的下方，光强探测器 110直接获取光源的直接的照射光线，不接收反射光，光谱感光探测器103除了接收反射光线，还接收光源直接的照射光线。
装置的运行过程包括：电池组107开始供电，光源109按照预设的积分时间（即光谱感光探测器接收光源照射或者反射的时间）和增益发光（决定照射光线的光强），光线经过锯齿状光栅108分光后，被光谱感光探测器103 接收并将电信号转换为DN值（即像元亮度值）。同时，姿态测量模块102记录装置随水面晃动的参数；智能芯片组101内置了系统通讯控制模块、光谱处理和计算算法模块、水质指标计算结果存储模块等模块，调用姿态测量模块102和传感器光纤104 ，采集系统暗电流。将暗电流的值DNd存储到智能芯片组101。
接着，开启光源109和光强探测器110，将旋转杆111旋转至白色定标板112位置，进行白板（反射率100%）标定。记录光强值In1和此次的DNw。
同理，开启光源109和光强探测器110，将旋转杆111旋转至灰色定标板113位置，进行灰板（反射率10%）标定。记录光强值In2和此次的DNg。
同理，开启光源109和光强探测器110，将旋转杆111旋转至黑色定标板106位置，进行黑板（反射率0%）标定。记录光强值In3和此次的DNb。
至此，分别获得了白板、灰板和黑板的定标值，计算公式为：
Figure 315417DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 456548DEST_PATH_IMAGE002
分别是白板、灰板和黑板的定标结果值；DN是传感器光纤104获 取的DN值；
Figure 751263DEST_PATH_IMAGE003
是暗电流的DN值；
Figure 319648DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 67024DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 746267DEST_PATH_IMAGE006
分别是白板、灰板和黑板定标时对应的DN 值；
Figure 161068DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 900354DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 135026DEST_PATH_IMAGE009
分别是白板、灰板和黑板测量时的光强值衰减函数（光强值衰减 函数为预设函数）。
正式测量水体时，开启光源109和光强探测器110，将旋转杆111旋转至镂空近水面测量窗105位置，开始水体测量。记录光强值In4和此次的DNwater。
获取水体的反射率为：
Figure 352381DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 621688DEST_PATH_IMAGE011
是水体反射率；DN是传感器光纤104获取的DN值；
Figure 531875DEST_PATH_IMAGE012
分别是 白板、灰板和黑板的定标结果值；
Figure 519423DEST_PATH_IMAGE013
是水体测量时的光强值衰减函数。
测量装置随水面晃动造成的方位和姿态数据，包括经度x1、纬度x2、高程x3、俯仰x4、侧滚x5、翻滚x6、时间x7共计7个数据，这些数据用于水质参数计算的误差去除工作。
获取水体的反射率
Figure 540468DEST_PATH_IMAGE011
与姿态数据，形成系统误差数据集。结合定标数据
Figure 398703DEST_PATH_IMAGE002
，在线性函数处理下：
Figure 479791DEST_PATH_IMAGE014
其中，F（x）是精准的近水面反射光谱数据，
Figure 689056DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 779372DEST_PATH_IMAGE015
x1， x2， x3， x4， x5， x6， x7分别是水体的反射率、白板定标结果值、灰板定标结果值、黑板定标结果值、 经度值、纬度值、高程值、俯仰值、侧滚值、翻滚值、时间值，f（）是线性函数。
计算结果F（x）基于物联网技术，进行远程存储、计算和传输。在服务器端，开发一套符合软件工程思路的数据库系统，保留相关接口，预留组件开发的拓展。
系统计算15个水质指标：浊度、PH、溶解氧、化学需氧量、氨氮、总磷、总氮、高锰酸盐指数、叶绿素、悬浮物、总有机碳、色度、亚硝酸盐、生化需氧量、综合营养化指数，内置光谱与含量的回归方程：
H（xi）=h（F（x1）， F（x2），…………， F（x15）），i∈[1， 15]
其中，H（xi）是15个水质指标的含量计算值；F（x1），F（x2），…………，F（x15）分别是15个水质指标的特征波段反射率值；h（）是回归函数。
优选地，图4为本发明提供的另一种基于反射光谱的水体水质分析系统的结构示意图，如图4所示，智能计算模型迭代系统对应前述的控制器，通过智能计算模型迭代系统，将上游的多源数据获取，与下游的多套装置桥接起来。光谱数据获取及校准系统具有自检光源质量、自动获取光谱数据、自动校准仪器姿态和自动远程定标等全自动功能；水质参数智能应用系统具有自动开闭闸门、自动曝气、自动更换过滤膜和自动采集水样等全自动功能，真正达到了无人值守的水质多参量测量及智能控制效果，为自来水厂、污水处理厂、环境监测站等场景，都提供了解决方案。
本实施例借助定标板的定标结果值，结合光强值和像元亮度值能够获取精准的水体光谱反射率。
图5为本发明提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器（processor）810、通信接口（Communications Interface）820、存储器（memory）830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行基于反射光谱的水体水质分析方法，所述方法包括：
基于光源对水体的照射，获取所述光源照射光线的第一光强值和所述水体反射光线的第一像元亮度值；
基于所述光源对定标板的照射，获取所述光源照射光线的第二光强值和所述定标板反射光线的第二像元亮度值；
基于所述第二像元亮度值和所述第二光强值，计算所述定标板的定标结果值；
基于所述第一像元亮度值、所述第一光强值和所述定标结果值，计算所述水体的第一光谱反射率。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于反射光谱的水体水质分析方法，所述方法包括：
基于光源对水体的照射，获取所述光源照射光线的第一光强值和所述水体反射光线的第一像元亮度值；
基于所述光源对定标板的照射，获取所述光源照射光线的第二光强值和所述定标板反射光线的第二像元亮度值；
基于所述第二像元亮度值和所述第二光强值，计算所述定标板的定标结果值；
基于所述第一像元亮度值、所述第一光强值和所述定标结果值，计算所述水体的第一光谱反射率。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的基于反射光谱的水体水质分析方法，所述方法包括：
基于光源对水体的照射，获取所述光源照射光线的第一光强值和所述水体反射光线的第一像元亮度值；
基于所述光源对定标板的照射，获取所述光源照射光线的第二光强值和所述定标板反射光线的第二像元亮度值；
基于所述第二像元亮度值和所述第二光强值，计算所述定标板的定标结果值；
基于所述第一像元亮度值、所述第一光强值和所述定标结果值，计算所述水体的第一光谱反射率。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于反射光谱的水体水质分析方法，其特征在于，所述方法包括：
基于光源对水体的照射，获取所述光源照射光线的第一光强值和所述水体反射光线的第一像元亮度值；
基于所述光源对定标板的照射，获取所述光源照射光线的第二光强值和所述定标板反射光线的第二像元亮度值；
基于所述第二像元亮度值和所述第二光强值，计算所述定标板的定标结果值；
基于所述第一像元亮度值、所述第一光强值和所述定标结果值，计算所述水体的第一光谱反射率；
所述方法还包括：
获取所述光源的载体在所述水体中的多组姿态数据；
计算每组所述姿态数据对应的所述第一光谱反射率；
基于每组所述姿态数据、对应的所述定标结果值、对应的所述第一光谱反射率，计算得到修正后的所述水体的第二光谱反射率；
所述方法还包括：
基于所述第二光谱反射率，计算水质指标；
其中，所述水质指标包括如下的至少一种：
浊度、PH、溶解氧、化学需氧量、氨氮、总磷、总氮、高锰酸盐指数、叶绿素、悬浮物、总有机碳、色度、亚硝酸盐、生化需氧量、综合营养化指数；
基于所述第二像元亮度值和所述第二光强值，计算所述定标板的定标结果值，还包括：
基于所述第二像元亮度值、所述第二光强值、暗电流时的像元亮度值、定标板测量时的光强值衰减函数，分别获取白色定标板的定标结果值、灰色定标板的定标结果值和黑色定标板的定标结果值；
基于所述第一像元亮度值、所述第一光强值和所述定标结果值，计算所述水体的第一光谱反射率，还包括：
基于所述第一像元亮度值、所述第一光强值、所述白色定标板的定标结果值、所述灰色定标板的定标结果值、所述黑色定标板的定标结果值、所述水体测量时的光强值衰减函数，计算所述水体的第一光谱反射率；
获得白板、灰板和黑板的定标值的计算公式为：
Figure QLYQS_1
；
其中，f w 、f g 、f b 分别是白板、灰板和黑板的定标结果值；DN是传感器光纤获取的像元亮度值；DN d 是暗电流的像元亮度值；DN w 、DN g 、DN b 分别是白板、灰板和黑板定标时对应的像元亮度值；f(In 1 )、f(In 2 )、f(In 3 )分别是白板、灰板和黑板测量时的光强值衰减函数；
获取水体的反射率的公式为：
Figure QLYQS_2
；
其中，f water 是水体反射率；DN是传感器光纤获取的像元亮度值；f w 、f g 、f b 分别是白板、灰板和黑板的定标结果值；f(In 4 )是水体测量时的光强值衰减函数。
2.根据权利要求1所述的基于反射光谱的水体水质分析方法，其特征在于，所述姿态数据包括如下的至少一种：
经度数据、纬度数据、高程数据、俯仰数据、侧滚数据、翻滚数据、时间数据。
3.根据权利要求1所述的基于反射光谱的水体水质分析方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述水质指标，发送控制指令至水体控制模块。
4.一种基于反射光谱的水体水质分析装置，其特征在于，采用权利要求1中所述的基于反射光谱的水体水质分析方法，所述装置包括：
控制器；
光源，所述光源与所述控制器连接，所述光源在所述控制器的指令下，向待分析水质的水体照射光线；
光强探测器，所述光强探测器与所述控制器连接，所述光强探测器获取所述照射光线的光强，形成光强值传递给所述控制器；
定标板及切换模块，所述切换模块与所述控制器连接，所述切换模块在所述控制器的指令下，使得所述定标板置于或者离开所述照射光线的路径；
光谱感光探测器，所述光谱感光探测器与所述控制器连接，所述光谱感光探测器获取所述照射光线经过所述水体或者所述定标板反射形成的反射光线导致的像元亮度值，并将所述像元亮度值传递给所述控制器；
其中，所述控制器基于所述像元亮度值、所述光强值预测所述水体的第一光谱反射率；
所述装置还包括：
姿态测量模块，所述姿态测量模块与所述控制器连接，所述姿态测量模块获取所述分析装置的姿态数据，并将所述姿态数据传递给所述控制器；
其中，所述控制器基于所述像元亮度值、所述光强值、所述姿态数据预测所述水体的第二光谱反射率；
所述装置还包括：
水质计算模块，用于基于所述第二光谱反射率，计算水质指标；
其中，所述水质指标包括如下的至少一种：
浊度、PH、溶解氧、化学需氧量、氨氮、总磷、总氮、高锰酸盐指数、叶绿素、悬浮物、总有机碳、色度、亚硝酸盐、生化需氧量、综合营养化指数。
5.根据权利要求4所述的基于反射光谱的水体水质分析装置，其特征在于，所述装置还包括闸门单元、曝气模块、过滤膜控制模块以及采样单元中的任意一种；
所述控制器基于多个所述第二光谱反射率，计算得到所述水体的水质指标；
所述控制器能够基于所述水质指标，控制所述闸门单元的开闭；
所述控制器能够基于所述水质指标，控制所述曝气模块启动或者关闭；
所述控制器能够基于所述水质指标，控制所述过滤膜控制模块更换过滤膜；
所述控制器能够基于所述水质指标，控制所述采样单元采集水样。
6.根据权利要求5所述的基于反射光谱的水体水质分析装置，其特征在于，所述定标板包括黑色定标板、白色定标板、灰色定标板中的一种或者多种；所述切换模块包括旋转杆和驱动机构，所述旋转杆的一端与所述定标板连接，所述旋转杆的另一端与所述驱动机构连接，所述驱动机构与所述控制器连接。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-3中任一项所述基于反射光谱的水体水质分析方法的步骤。
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