1、水是維系人類(lèi)生存與發(fā)展的重要資源。然而，隨著我國(guó)工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，大量工業(yè)廢水和生活污水所造成的水環(huán)境污染日益嚴(yán)重，加強(qiáng)對(duì)水體環(huán)境的防治與監(jiān)管已迫在眉睫。COD(Chemical Oxygen Demand)，即化學(xué)需氧量，作為衡量水體水質(zhì)狀況的最重要參數(shù)之一，是水體環(huán)境監(jiān)測(cè)的必測(cè)項(xiàng)目。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)COD參數(shù)的實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)，無(wú)疑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。誠(chéng)然，目前水質(zhì) COD檢測(cè)已擁有眾多的技術(shù)原理及方法。然而，基于紫外-可

2、見(jiàn)(Ultraviolet-Visible:UV-VIS)光譜法的水質(zhì)COD檢測(cè)技術(shù)，它不僅具有靈敏度高、重復(fù)性好、檢測(cè)精度高、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地表水、生活污水、工業(yè)廢水等多種場(chǎng)景下COD參數(shù)的在線、原位測(cè)量。尤其是，它與無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network:WSN)相結(jié)合，構(gòu)建一種分布式水質(zhì)COD在線、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，既能實(shí)現(xiàn)水質(zhì)在線監(jiān)控的流域全覆蓋，又能滿足我國(guó)行業(yè)主管部門(mén)對(duì)水質(zhì)聯(lián)防聯(lián)控的迫切需

3、求。本文以四川省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2012SZ0111)和重慶市研究生科研應(yīng)用型科研創(chuàng)新項(xiàng)目(編號(hào)：CYS14039)為依托，在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，遵循微型化、智能化、自動(dòng)化的儀器設(shè)計(jì)要求，針對(duì)水質(zhì)COD實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)的現(xiàn)實(shí)需要，提出了一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)與紫外-可見(jiàn)光譜法相融合的分布式水質(zhì)COD在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)COD參數(shù)的實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①研制了基于UV-VIS的現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝

4、置硬件系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)測(cè)裝置的功能與需求分析，遵循模塊化的設(shè)計(jì)原則，選用海洋光學(xué)的 PX-2型脈沖氙燈光源、USB2000+工業(yè)級(jí)光纖光譜儀和愛(ài)萬(wàn)提斯的浸入式光譜探頭作為水質(zhì)信息的光譜采集系統(tǒng)；結(jié)合低功耗、高性能的嵌入式ARM? CortexTM-A7雙核處理器，采用雙通道設(shè)計(jì)的兩級(jí)放大電路來(lái)擴(kuò)大通信距離，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了功耗低、體積小、傳輸遠(yuǎn)、響應(yīng)速度快的水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端樣機(jī)。②研究了基于壓縮感知的水質(zhì)監(jiān)測(cè)光譜數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)算法。針對(duì)水質(zhì)COD紫外

5、-可見(jiàn)吸收光譜數(shù)據(jù)量大、存在冗余，傳輸過(guò)程中有可能發(fā)生丟包等問(wèn)題，采用小波變換與壓縮感知相結(jié)合的方法，既能在大幅降低數(shù)據(jù)傳輸量時(shí)有效保留光譜特征，又具有良好的魯棒性，在一定丟包率下(丟包率<25)，仍能夠高質(zhì)量重構(gòu)出原始光譜。③實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的組建與維護(hù)，并設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)通信協(xié)議和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。針對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的管理，采用監(jiān)測(cè)裝置的自組網(wǎng)和心跳機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)具有良好的靈活性和拓展性，可實(shí)時(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的運(yùn)行狀況?；诰W(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸