針對當前方法假陽性率高、并行平均檢測時間長，处理導致出現水質汙染物跟蹤檢測準確性差和平均延誤率高問題，网络提出基於紫外光譜的下水水質汙染物跟蹤檢測方法，介紹了水質數據和水質的质污異常情況;通過對紫外光譜分子躍遷的描述和對吸光度的計算來分析紫外光譜，計算對校正集樣品的染物平均光譜，可以得到經過處理後的跟踪光譜值，並對標準偏差光譜進行計算，检测可以完成對水質數據的并行均值中心化和標準化處理;將水質異常檢測分為學習階段、設置報警參數、处理異常判斷和處理報警事件四個步驟，网络判斷水質數據的下水真陽性、偽陽性、质污真陰性和為陰性，染物通過對水質的跟踪異常檢測最終實現了對水質汙染物的跟蹤檢測。實驗結果表明，提出的方法在對水質汙染物進行跟蹤檢測時，檢測結果的誤報率較低、平均檢測時間較短，不僅能夠準確的完成對水質汙染物的跟蹤檢測，還降低了方法的平均延誤率。

1 引言

在城市化和工業化的飛速發展下，廢棄物和汙染物的大量排放，導致江、河、湖、海等水環境受到了嚴重汙染。

水質汙染物具有生物積累性的特點，甚至有些汙染物的危害也很大，不斷尋求水質汙染物的檢測方法是當今水質汙染檢測的主要任務，隨著對環境監測工作高效率的要求和經濟的發展，快速以及有效的水質汙染物跟蹤檢測方法的研究成為國際環境問題所討論的熱點之一，為了能夠快速發現、控製水質汙染物，並行處理網絡下水質汙染物的跟蹤檢測十分必要。

吳德操等人提出基於二維重組的並行處理網絡下水質汙染物跟蹤檢測方法，結合去噪方法，對水樣光譜做采樣處理，並利用時間和光譜軸建立二維矩陣，二維小波變化之後，設置窗口，該窗口具有寬度可變的特點，根據窗口格中的小波係數計算獲得去噪閾值，利用去噪閾值完成對水質汙染物的跟蹤檢測，實驗結果表明，該方法的水質數據去噪性能較好，但存在檢測結果假陽性率高和平均檢測時間長的問題。

劉傑恒等人提出氣相色譜-微池電子捕獲的並行處理網絡下水質汙染物跟蹤檢測方法，利用汙染物分析方法對樣品進行萃取，根據OV-1701色譜柱程序升溫做分離處理，采用微池電子捕獲檢測器來實現對水質汙染物的跟蹤檢測，實驗結果表明，該方法的靈敏度高，但水質汙染物跟蹤檢測結果的假陽性率較高，不能夠準確的實現檢測。

針對上述兩種研究方法中存在的問題，提出基於紫外光譜的水質汙染物跟蹤檢測方法。

2 水質數據和異常

通常情況下，異常被定義為在某個時間中一種或很多種信號的變化情況，異常可能是短暫的或者是持續發生的。本文主要對水中是否有汙染物進行研究，並假設水質汙染物能夠引起水質檢測指標產生變化。汙染物會使水質出現異常現象，並且持續一段時間。

並行處理網絡下水質數據的波動情況分為有四種，分別為水質汙染物、噪聲和離群點、工藝操作、背景數據所引起的變化，其中汙染物導致的異常現象為水質異常，需要對其進行跟蹤檢測。

1)背景數據

水質的日常數據可以被當作背景數據，其特征為波動性，通常情況下，該數據會隨著外界環境的變化而變化，例如時間和溫度。將水質背景數據當作時間序列數據，能夠采用時間序列分析法，對預測和測量值進行差異比較，可以有效降低背景數據波動所帶來的影響。

2)工藝操作

對於供水網的基本操作來說，設備維修和閥門水泵開關等均會導致水質數據出現波動，也可能導致水質指標發生突變，出現誤報。添加模式庫是一種降低異常幹擾的通用方法，構建水質數據曲線模式庫，其中包括機械操作、流速改變給水質指標變化帶來的影響，需要不斷的進行更新、完善。在模式庫中找到接近異常的形態可以降低該類水質異常的幹擾。

3)噪聲和離群點

噪聲會引起離群點，離群點是孤立的，通過對水質真實異常持續時間的分析，設置固定步長的時間窗，異常值小於時間窗的長度時，則水質汙染物為異常。若是正常情況時，噪聲和離群點導致出現異常的概率為10%，若連續10個時間步長存在6個異常情況，其概率為0.0001，若是通過汙染物引起的異常則概率為0.9999，此時能夠判斷出水質汙染物。

4)水質汙染物異常

在一段時間內，當水質指標偏離預測值，並且不屬於常規模式時，則該種模式屬於異常情況。在實驗環境中，人為加入汙染物將引起遊離氯出現異常，在正常的水質下不會出現波動。在現場環境中，遊離氯的變化十分複雜。實際上，經過大量研究證明，化學物質如果存在毒性都會導致遊離氯指標發生變化。

3 基於紫外光譜的水質汙染物跟蹤檢測

3.1 水質分析原理

1)紫外光譜

水質中的有機物在紫外的可見波段範圍中，並且有吸收的特點，通過被測物質對紫外光譜的反射或者吸收性質分析的方法為紫外光譜法。

從分子結構來看，有機化合物中包括:不成鍵的孤對電子(n電子)、雙鍵的π電子和單鍵的σ電子三種。

紫外光譜的分子躍遷:

σ→σ*躍遷。該種躍遷所需能量為最大，峰值吸收小於200nm，該種躍遷在飽和有機物中最為常見[8]。

π→σ*或者σ*→π躍遷。該種躍遷所需能量小於σ→σ*，峰值吸收同樣小於200nm。

n→σ*躍遷。該種躍遷適用於雜原子的有機化合物，雜原子包含N、S、O、P等原子，峰值吸收大約在200nm左右。

π→π*躍遷。不飽和有機化合物將產生該種躍遷。

n→π*躍遷。不飽和有機化合物中包含雜原子時，產生該躍遷。

針對有機化合物來說，n→π*和π→π*兩種躍遷可以用來檢測有用的吸收光譜。

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