岸基高光譜水質(zhì)監(jiān)測儀 ZQ-FHS01-VN是一款以水質(zhì)參量光譜提取技術(shù)為核心，綜合運用傳感器、自動測量、自動控制和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，對水體水質(zhì)進行在線實時綜合評價的水質(zhì)監(jiān)測儀。可同步實現(xiàn)如總氮、總磷、氨氮、懸浮物、葉綠素a、化學需氧量、溶解氧、pH、透明度、濁度、電導率、溫度等20余種水質(zhì)參數(shù)的實時在線顯示。
完整的水質(zhì)光譜在線監(jiān)測系統(tǒng)包括岸基高光譜水質(zhì)監(jiān)測儀和數(shù)據(jù)分析云服務(wù)兩部分內(nèi)容。岸基光譜水質(zhì)監(jiān)測儀可以實現(xiàn)在固定位置實時獲取光譜數(shù)據(jù)，然后基于儀器內(nèi)置的處理器調(diào)用相關(guān)模型算法進行實時解譯反演，解算出水體中pH、濁度、溶解氧、氨氮、總磷、總氮、懸浮物、葉綠素a、化學需氧量、高錳酸鉀指數(shù)、五日生化需氧量、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、透明度、富營養(yǎng)化指數(shù)、黑臭等級、溫度和電導率等指標數(shù)據(jù)（目前支持21類常用水質(zhì)指標的監(jiān)測），將這些數(shù)據(jù)上傳至云平臺的數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)24小時實時在線監(jiān)測結(jié)果顯示、參數(shù)超標自動報警等功能。
設(shè)計思路
根據(jù)高光譜水質(zhì)監(jiān)測的原理，岸基高光譜水質(zhì)監(jiān)測儀需要準確測量水體的光譜反射率，在此基礎(chǔ)上根據(jù)預(yù)載模型反演出水質(zhì)參數(shù)，并將監(jiān)測結(jié)果上傳云端進行在線顯示。
為了準確測量水體光譜反射率，岸基高光譜水質(zhì)監(jiān)測儀設(shè)置有對天和對地兩個模塊。其中，對天模塊收集自上而下入射到水平面的太陽光（直射）、天空光（漫射）、路燈光、植被和建筑物的漫反射光等（在開闊地帶以太陽光和天空光為主），對地模塊則接收來自水體的離水輻射，包括來自水體內(nèi)部的漫反射光和來自水面的鏡面反射光兩部分，后者是不攜帶水體信息的干擾項。岸基光譜水質(zhì)監(jiān)測儀對地模塊的光路經(jīng)過特殊設(shè)計，能夠以極小的視場角收集來自設(shè)備正下方的離水輻射，最大程度降低信號光譜中來自遠處水面鏡面反射和周圍物體漫反射光的干擾，提高水體本身光譜測量的準確性，為準確反演水質(zhì)參數(shù)打下數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。岸基光譜水質(zhì)監(jiān)測儀使用單個光譜模塊分別測量來自對天和對地模塊的光譜，這一設(shè)計既能夠保證數(shù)據(jù)的準確性，又能顯著降低硬件成本。
性能優(yōu)勢
? 岸基光譜水質(zhì)監(jiān)測儀的工作過程主要包括光譜采集、指標反演、數(shù)據(jù)上傳三步。
? 在光譜采集階段，系統(tǒng)首先根據(jù)環(huán)境光照條件進行自動確定曝光，以保證在不同光照度下（如晴天中午和陰雨天傍晚）均能測得有效數(shù)據(jù)。隨后，分別測量對天和對地模塊光譜以及系統(tǒng)暗噪聲，最后利用這些數(shù)據(jù)根據(jù)反射率校準系數(shù)計算水體的反射率光譜。
? 在指標反演階段，系統(tǒng)根據(jù)搭載的各指標反演模型，用水體反射率光譜計算出與此次測量對應(yīng)的各項水質(zhì)參數(shù)。鑒于水體成分的復(fù)雜性和水體種類的多樣性，必須按照“一水一檔”原則進行針對性建模，即在采集水體反射率光譜的同時利用現(xiàn)場采樣和實驗室分析等方法獲得對應(yīng)的水質(zhì)參數(shù)，通過多種方法構(gòu)建水質(zhì)參數(shù)反演模型。這些模型可搭載在多臺同類設(shè)備上，在不同點位（如上下游）分別布設(shè)，從而大大擴展監(jiān)測半徑。對于因降水、排污等突發(fā)狀況導致的數(shù)據(jù)異常，可以即時采樣分析用于模型訓練，以逐步提高模型的準確性。
? 合作專門的水質(zhì)分析實驗室，配備了多套多功能水質(zhì)分析儀器，有能力對采集到的水體樣本進行分析測試，并基于測試結(jié)果建立或升級水質(zhì)反演模型。
技術(shù)參數(shù)
? 光譜范圍：400-1000 nm
? 光譜分辨率：≤1 nm
? 光譜采樣間隔：＜1 nm
? 數(shù)據(jù)位深：16位
? 采集視場角：≤5°
? 最小采樣間隔：5 s
? 通訊接口：串口、Gige
? 功耗：≤15 W
? 工作溫度：0℃ — 50℃
