岸基高光谱水质监测仪Visionpoint

岸基高光谱水质监测仪Visionpoint是无锡谱视界科技有限公司推出的一款以水质参量光谱提取技术为核心，综合运用传感器、自动测量、自动控制和网络通讯等技术，对水体水质进行在线实时综合评价的水质监测仪。可同步实现如总氮、总磷、氨氮、悬浮物、叶绿素a、化学需氧量、溶解氧、pH、透明度、浊度、电导率、温度等20余种水质参数的实时在线显示。

完整的水质光谱在线监测系统包括岸基高光谱水质监测仪Visionpoint和数据分析云服务两部分内容。岸基光谱水质监测仪可以实现在固定位置实时获取光谱数据，然后基于仪器内置的处理器调用相关模型算法进行实时解译反演，解算出水体中pH、浊度、溶解氧、氨氮、总磷、总氮、悬浮物、叶绿素a、化学需氧量、指数、五日生化需氧量、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、透明度、富营养化指数、黑臭等级、温度和电导率等指标数据（目前支持21类常用水质指标的监测），将这些数据上传至云平台的数据中心，实现24小时实时在线监测结果显示、参数超标自动报警等功能。

1.岸基高光谱水质监测仪设计思路

根据高光谱水质监测的原理，岸基高光谱水质监测仪需要准确测量水体的光谱反射率，在此基础上根据预载模型反演出水质参数，并将监测结果上传云端进行在线显示。

为了准确测量水体光谱反射率，岸基高光谱水质监测仪设置有对天和对地两个模块。其中，对天模块收集自上而下入射到水平面的太阳光（直射）、天空光（漫射）、路灯光、植被和建筑物的漫反射光等（在开阔地带以太阳光和天空光为主），对地模块则接收来自水体的离水辐射，包括来自水体内部的漫反射光和来自水面的镜面反射光两部分，后者是不携带水体信息的干扰项。岸基光谱水质监测仪对地模块的光路经过特殊设计，能够以极小的视场角收集来自设备正下方的离水辐射，降低信号光谱中来自远处水面镜面反射和周围物体漫反射光的干扰，提高水体本身光谱测量的准确性，为准确反演水质参数打下数据基础。岸基光谱水质监测仪使用单个光谱模块分别测量来自对天和对地模块的光谱，这一设计既能够保证数据的准确性，又能显著降低硬件成本。

表 1 岸基高光谱水质监测仪Visionpoint参数

2.岸基高光谱水质监测仪工作原理

岸基光谱水质监测仪的工作过程主要包括光谱采集、指标反演、数据上传三步。

在光谱采集阶段，系统首先根据环境光照条件进行自动确定曝光，以保证在不同光照度下（如晴天中午和阴雨天傍晚）均能测得有效数据。随后，分别测量对天和对地模块光谱以及系统暗噪声，最后利用这些数据根据反射率校准系数计算水体的反射率光谱。

在指标反演阶段，系统根据搭载的各指标反演模型，用水体反射率光谱计算出与此次测量对应的各项水质参数。鉴于水体成分的复杂性和水体种类的多样性，必须按照“一水一档”原则进行针对性建模，即在采集水体反射率光谱的同时利用现场采样和实验室分析等方法获得对应的水质参数，通过多种方法构建水质参数反演模型。这些模型可搭载在多台同类设备上，在不同点位（如上下游）分别布设，从而大大扩展监测半径。对于因降水、排污等突发状况导致的数据异常，可以即时采样分析用于模型训练，以逐步提高模型的准确性。

无锡谱视界科技有限公司拥有专门的水质分析实验室，配备了多套多功能水质分析仪器，有能力对采集到的水体样本进行分析测试，并基于测试结果建立或升级水质反演模型。