【CPS中安網(wǎng) cps.com.cn】 透過“一束光”，就能實時監(jiān)測水質(zhì)？這不是科幻，而是科技照進(jìn)了現(xiàn)實。

近日，?？低暟l(fā)布高光譜水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測儀。該水質(zhì)監(jiān)測儀集成了高光譜、人工智能、液位雷達(dá)、視頻感知等前沿技術(shù)，突破傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測的局限，實現(xiàn)了高效、實時、連續(xù)、無污染地監(jiān)測水質(zhì)狀況，可秒級采集葉綠素、高錳酸鹽指數(shù)、透明度等11項水質(zhì)關(guān)鍵參數(shù)。

融合高光譜與AI技術(shù)   秒級采集11項水質(zhì)參數(shù)

“不同于傳統(tǒng)用化學(xué)藥劑來監(jiān)測水質(zhì)的方式，高光譜水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測儀用‘光’就能實時監(jiān)測水質(zhì)?！焙？低曄嚓P(guān)負(fù)責(zé)人表示，水質(zhì)監(jiān)測是水環(huán)境保護(hù)的重要前提，這對水質(zhì)監(jiān)測行業(yè)來說是一次技術(shù)革新與升級，為水環(huán)境保護(hù)提供了全新思路。

用“光”就能實時監(jiān)測水質(zhì)，這是怎么實現(xiàn)的？

高光譜技術(shù)是當(dāng)前的一個前沿技術(shù)領(lǐng)域，主要應(yīng)用于航空航天、衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域。它能辨別肉眼、普通的光學(xué)技術(shù)不能識別的物體，分辨出其內(nèi)在的物理、化學(xué)特性。

“不同的水質(zhì)，有不同的光譜特質(zhì)。通過高光譜技術(shù)，能一眼看清水質(zhì)的光譜特征與水質(zhì)參數(shù)。”該負(fù)責(zé)人介紹，高光譜成像可以有效觀測水體中葉綠素、懸浮物等分布情況，從而識別富營養(yǎng)化和藻類爆發(fā)等水污染中的常見問題，具有能夠同時進(jìn)行大范圍水質(zhì)監(jiān)測、動態(tài)跟蹤污染情況等優(yōu)勢。

?？低曇劳性贏I、全光譜感知能力上的深厚技術(shù)積累，將高光譜與人工智能等技術(shù)融合，聯(lián)合權(quán)威研究所和水質(zhì)實驗室，實地采集了大量水質(zhì)真值數(shù)據(jù)，進(jìn)行人工智能反演算法訓(xùn)練。最終，在產(chǎn)品上實現(xiàn)了復(fù)雜天氣情況下葉綠素、高錳酸鹽指數(shù)、透明度等11個關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)的實時高頻監(jiān)測，秒級采集水質(zhì)光譜數(shù)據(jù)，相較傳統(tǒng)監(jiān)測平均一天或每4小時采集一次水質(zhì)數(shù)據(jù)的頻次，采樣頻次和效率大大提升。

打破傳統(tǒng)監(jiān)測局限  開啟水環(huán)境保護(hù)新思路

長期以來，水質(zhì)監(jiān)測主要通過建設(shè)固定式或浮動式水質(zhì)監(jiān)測站的方式進(jìn)行實地采樣，主要使用化學(xué)檢測法，采樣數(shù)據(jù)需要抽取到基站或攜帶到實驗室后再進(jìn)行檢測，存在監(jiān)測頻率低、建設(shè)和運(yùn)維成本高、點(diǎn)位少盲區(qū)大、時空代表性不足等局限性，具有局部和典型的代表意義，但難以實現(xiàn)流域河湖水質(zhì)精細(xì)化管理。

“把高光譜與人工智能技術(shù)融合，可以打破傳統(tǒng)監(jiān)測方式的局限，這為開展水質(zhì)監(jiān)測和判斷河湖水質(zhì)趨勢提供了全新思路，正在成為水環(huán)境保護(hù)中越來越重要的監(jiān)測手段?！痹撠?fù)責(zé)人表示，一臺高光譜水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測儀相當(dāng)于以前的多臺設(shè)備。傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測需要專門建設(shè)基站，針對水質(zhì)的不同監(jiān)測參數(shù)，要購置多臺功能單一的監(jiān)測儀器進(jìn)行一一監(jiān)測，無法做到一次輸出多項水質(zhì)參數(shù)，建站和設(shè)備成本較高，還存在化學(xué)藥劑廢棄物的二次污染。

與此同時，更實時、更全局的水質(zhì)監(jiān)測對水環(huán)境管理同樣至關(guān)重要。該負(fù)責(zé)人舉例說，在水污染治理上，當(dāng)一條河流出現(xiàn)違法排污時，有時20分鐘就排完了，若未能在此時間范圍內(nèi)及時采集到數(shù)據(jù)，或樣本采集點(diǎn)不在該流域范圍內(nèi)，就難以做到水污染事件的及時發(fā)現(xiàn)和溯源。

依托?？低曀h(huán)境智能監(jiān)測平臺，可以一目了然地看到不同點(diǎn)位的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，反映出河湖水質(zhì)在更廣范圍時空上的分布和變化情況，幫助快速掌握所轄區(qū)域整體水環(huán)境質(zhì)量狀況和變化趨勢，并實現(xiàn)水污染事件等異常狀況的及時預(yù)警、溯源和處置，為實現(xiàn)水質(zhì)長期達(dá)標(biāo)精細(xì)化管理提供支撐。

同時，通過多維感知融合，該水質(zhì)監(jiān)測儀還是一個“多面手”，除分析水質(zhì)參數(shù)外，還集成了液位雷達(dá)、視頻感知的能力，通過液位雷達(dá)看水位、攝像頭看現(xiàn)場視頻圖像，輔助水質(zhì)監(jiān)測。若水質(zhì)異常時，可綜合排查原因，如液位雷達(dá)監(jiān)測水位是否有突變，通過攝像頭還可查找異常源頭。

攻克多項技術(shù)難關(guān) 持續(xù)探索全光譜感知能力

該水質(zhì)監(jiān)測儀的推出是?？低曉谌庾V感知能力上又一引領(lǐng)行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新。在產(chǎn)品研發(fā)過程中，為了解決高光譜成像分析物質(zhì)特征時會受到復(fù)雜環(huán)境的影響，如光照、溫度、安裝地理位置等環(huán)境的變化，均有可能會影響水質(zhì)參數(shù)的準(zhǔn)確性。?？低曉谧詣庸庾V獲取技術(shù)、高光譜AI算法等方面進(jìn)行了系統(tǒng)性的設(shè)計和研發(fā)，攻克了多項技術(shù)難關(guān)。

在光照方面，針對光照變化會影響水體光譜反射率實時獲取的行業(yè)痛點(diǎn)，?？低暵氏葘崿F(xiàn)了技術(shù)突破，通過采用自研的環(huán)境光自適應(yīng)光譜獲取技術(shù)，借助環(huán)境光感知模塊實時獲取環(huán)境光信息，讓該水質(zhì)監(jiān)測儀具備了隨“光”應(yīng)變的能力。

“光譜獲取是非常敏感的，哪怕是一天之內(nèi)天氣、光照的小變化，都會影響到設(shè)備的采集穩(wěn)定性，所以業(yè)內(nèi)此前是需要人工手動的方式來不斷校正設(shè)備，繁瑣又費(fèi)時?！痹撠?fù)責(zé)人介紹，環(huán)境光自適應(yīng)光譜獲取技術(shù)的應(yīng)用，讓該水質(zhì)監(jiān)測儀既避免了傳統(tǒng)復(fù)雜的人工標(biāo)定流程，也使產(chǎn)品能適應(yīng)不同光照、天氣等復(fù)雜環(huán)境，保證各水質(zhì)參數(shù)長時間連續(xù)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確輸出。

在地理位置方面，不同水域的水質(zhì)不同，同一水域在不同季節(jié)也會存在差異。該水質(zhì)監(jiān)測儀通過搭載AI分析系統(tǒng)，面對不同地區(qū)差異化的水體特征，可采用對應(yīng)的人工智能算法模型，并支持算法遠(yuǎn)程升級，保障在不同區(qū)域、不同時域下的水質(zhì)采集精度，實現(xiàn)因“水”制宜開展監(jiān)測。此外，通過設(shè)備開放平臺HEOP，開放硬件能力，支持算法對接，與生態(tài)合作伙伴共同推動水質(zhì)監(jiān)測創(chuàng)新。

該負(fù)責(zé)人介紹，該水質(zhì)監(jiān)測儀適用于湖泊、水庫、流域、飲用水源地等地表水水質(zhì)監(jiān)測，目前已在全國多地落地應(yīng)用，助力水環(huán)境長治久清。