針對當前方法假陽性率高、平均檢測時間長，導致出現(xiàn)水質(zhì)污染物跟蹤檢測準確性差和平均延誤率高問題，提出基于紫外光譜的水質(zhì)污染物跟蹤檢測方法，介紹了水質(zhì)數(shù)據(jù)和水質(zhì)的異常情況;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平均光譜，可以得到經(jīng)過處理后的光譜值，并對標準偏差光譜進行計算，可以完成對水質(zhì)數(shù)據(jù)的均值中心化和標準化處理;將水質(zhì)異常檢測分為學習階段、設置報警參數(shù)、異常判斷和處理報警事件四個步驟，判斷水質(zhì)數(shù)據(jù)的真陽性、偽陽性、真陰性和為陰性，通過對水質(zhì)的異常檢測最終實現(xiàn)了對水質(zhì)污染物的跟蹤檢測。實驗結(jié)果表明，提出的方法在對水質(zhì)污染物進行跟蹤檢測時，檢測結(jié)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(zhì)污染物的跟蹤檢測，還降低了方法的平均延誤率。

1 引言

在城市化和工業(yè)化的飛速發(fā)展下，廢棄物和污染物的大量排放，導致江、河、湖、海等水環(huán)境受到了嚴重污染。

水質(zhì)污染物具有生物積累性的特點，甚至有些污染物的危害也很大，不斷尋求水質(zhì)污染物的檢測方法是當今水質(zhì)污染檢測的主要任務，隨著對環(huán)境監(jiān)測工作高效率的要求和經(jīng)濟的發(fā)展，快速以及有效的水質(zhì)污染物跟蹤檢測方法的研究成為國際環(huán)境問題所討論的熱點之一，為了能夠快速發(fā)現(xiàn)、控制水質(zhì)污染物，并行處理網(wǎng)絡下水質(zhì)污染物的跟蹤檢測十分必要。

吳德操等人提出基于二維重組的并行處理網(wǎng)絡下水質(zhì)污染物跟蹤檢測方法，結(jié)合去噪方法，對水樣光譜做采樣處理，并利用時間和光譜軸建立二維矩陣，二維小波變化之后，設置窗口，該窗口具有寬度可變的特點，根據(jù)窗口格中的小波系數(shù)計算獲得去噪閾值，利用去噪閾值完成對水質(zhì)污染物的跟蹤檢測，實驗結(jié)果表明，該方法的水質(zhì)數(shù)據(jù)去噪性能較好，但存在檢測結(jié)果假陽性率高和平均檢測時間長的問題。

劉杰恒等人提出氣相色譜-微池電子捕獲的并行處理網(wǎng)絡下水質(zhì)污染物跟蹤檢測方法，利用污染物分析方法對樣品進行萃取，根據(jù)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(xiàn)對水質(zhì)污染物的跟蹤檢測，實驗結(jié)果表明，該方法的靈敏度高，但水質(zhì)污染物跟蹤檢測結(jié)果的假陽性率較高，不能夠準確的實現(xiàn)檢測。

針對上述兩種研究方法中存在的問題，提出基于紫外光譜的水質(zhì)污染物跟蹤檢測方法。

2 水質(zhì)數(shù)據(jù)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(xù)發(fā)生的。本文主要對水中是否有污染物進行研究，并假設水質(zhì)污染物能夠引起水質(zhì)檢測指標產(chǎn)生變化。污染物會使水質(zhì)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，并且持續(xù)一段時間。

并行處理網(wǎng)絡下水質(zhì)數(shù)據(jù)的波動情況分為有四種，分別為水質(zhì)污染物、噪聲和離群點、工藝操作、背景數(shù)據(jù)所引起的變化，其中污染物導致的異?，F(xiàn)象為水質(zhì)異常，需要對其進行跟蹤檢測。

1)背景數(shù)據(jù)

水質(zhì)的日常數(shù)據(jù)可以被當作背景數(shù)據(jù)，其特征為波動性，通常情況下，該數(shù)據(jù)會隨著外界環(huán)境的變化而變化，例如時間和溫度。將水質(zhì)背景數(shù)據(jù)當作時間序列數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)波動所帶來的影響。

2)工藝操作

對于供水網(wǎng)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(zhì)數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動，也可能導致水質(zhì)指標發(fā)生突變，出現(xiàn)誤報。添加模式庫是一種降低異常干擾的通用方法，構(gòu)建水質(zhì)數(shù)據(jù)曲線模式庫，其中包括機械操作、流速改變給水質(zhì)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(tài)可以降低該類水質(zhì)異常的干擾。

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(zhì)真實異常持續(xù)時間的分析，設置固定步長的時間窗，異常值小于時間窗的長度時，則水質(zhì)污染物為異常。若是正常情況時，噪聲和離群點導致出現(xiàn)異常的概率為10%，若連續(xù)10個時間步長存在6個異常情況，其概率為0.0001，若是通過污染物引起的異常則概率為0.9999，此時能夠判斷出水質(zhì)污染物。

4)水質(zhì)污染物異常

在一段時間內(nèi)，當水質(zhì)指標偏離預測值，并且不屬于常規(guī)模式時，則該種模式屬于異常情況。在實驗環(huán)境中，人為加入污染物將引起游離氯出現(xiàn)異常，在正常的水質(zhì)下不會出現(xiàn)波動。在現(xiàn)場環(huán)境中，游離氯的變化十分復雜。實際上，經(jīng)過大量研究證明，化學物質(zhì)如果存在毒性都會導致游離氯指標發(fā)生變化。

3 基于紫外光譜的水質(zhì)污染物跟蹤檢測

3.1 水質(zhì)分析原理

1)紫外光譜

水質(zhì)中的有機物在紫外的可見波段范圍中，并且有吸收的特點，通過被測物質(zhì)對紫外光譜的反射或者吸收性質(zhì)分析的方法為紫外光譜法。

從分子結(jié)構(gòu)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，峰值吸收小于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于σ→σ*，峰值吸收同樣小于200nm。

n→σ*躍遷。該種躍遷適用于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(chǎn)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(chǎn)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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