1、隨著我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，由此產(chǎn)生了大量工業(yè)廢水、化肥農(nóng)藥以及生活污水未經(jīng)處理等隨意排放，致使水環(huán)境污染事件頻發(fā)，嚴(yán)重威脅了我國(guó)地表水環(huán)境的質(zhì)量。為此，在我國(guó)剛邁入“十三五”建設(shè)與發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，國(guó)家“十三五”環(huán)境監(jiān)測(cè)事業(yè)發(fā)展規(guī)劃指出：“將完善環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，本著‘適度超前’的原則，構(gòu)建先進(jìn)的環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，切實(shí)提高環(huán)境監(jiān)測(cè)能力，改變我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)能力落后的狀況。”
　　根據(jù)我國(guó)環(huán)境保護(hù)部公布的《“

2、十三五”環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理工作方案》，到2020年，我國(guó)要全面建成環(huán)境空氣、地表水和土壤等環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制體系。其中，針對(duì)水污染治理，在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置和檢測(cè)監(jiān)測(cè)上，完善技術(shù)體系，健全環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范體系，構(gòu)建質(zhì)量控制體系，創(chuàng)新質(zhì)控技術(shù)手段，完善自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程質(zhì)控系統(tǒng)，所有這些，均依賴于全面有效的地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。
　　誠(chéng)然，目前我國(guó)地表水環(huán)境或水體流域監(jiān)測(cè)站布設(shè)相對(duì)稀疏，存在大量監(jiān)測(cè)盲區(qū)。即便在水體流域中建立的監(jiān)測(cè)站，尚僅能代表站點(diǎn)

3、附近區(qū)域的水質(zhì)狀況，不僅檢測(cè)監(jiān)測(cè)速度慢，信息存在一定的滯后，難以全天候、寬流域、實(shí)時(shí)追蹤刻畫或反映流域甚或重點(diǎn)地區(qū)的水質(zhì)狀態(tài)信息，無(wú)法對(duì)突發(fā)的水體流域內(nèi)水質(zhì)污染災(zāi)害事件做出快速監(jiān)測(cè)預(yù)警。因此，通過(guò)構(gòu)建廣域覆蓋的水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)獲取水體流域內(nèi)的水質(zhì)監(jiān)（檢）測(cè)參數(shù)，及時(shí)或動(dòng)態(tài)通報(bào)水環(huán)境質(zhì)量狀況，全天候追蹤水質(zhì)是否異常等信息，不僅關(guān)系著我國(guó)國(guó)民健康、生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，而且也是實(shí)現(xiàn)地表水環(huán)境污染監(jiān)控的一種有效途徑。

4、　　有鑒于此，本文在四川省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“多功能水質(zhì)實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)品研制”（項(xiàng)目編號(hào)：2012SZ0111）、重慶市教委科技創(chuàng)新項(xiàng)目“基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”（項(xiàng)目編號(hào)：CYS14039）以及四川碧朗科技有限公司科研項(xiàng)目“光譜法多參數(shù)水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀研制”（合同編號(hào)：1042012920140453）聯(lián)合資助下，開展了面向地表水環(huán)境的基于分布式紫外-可見光譜法水質(zhì)在線檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)理論分析、技術(shù)方法論證和儀器設(shè)備

5、開發(fā)等研究工作，研究了分布式水環(huán)境水質(zhì)光譜采集、光譜降噪、光譜濁度干擾補(bǔ)償、光譜壓縮、遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸?shù)热舾申P(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，初步構(gòu)建了地表水紫外-可見光譜法水質(zhì)實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)的理論、儀器及方法技術(shù)。
　　本論文的研究工作內(nèi)容，主要是：
　　1）深入、系統(tǒng)調(diào)研了國(guó)內(nèi)外水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)理論、儀器及方法技術(shù)的發(fā)展歷程；分析了國(guó)內(nèi)外水質(zhì)監(jiān)測(cè)的主要方法，特別是，明晰了紫外-可見光譜法水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)；闡述了我國(guó)目前地表水環(huán)境

6、狀況、面臨的挑戰(zhàn)以及國(guó)家對(duì)于水環(huán)境管理的防控計(jì)（規(guī)）劃；指出了分布式水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)有的研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題或不足。在此基礎(chǔ)上，確立了水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究思路，提出了一種紫外-可見光譜水質(zhì)檢測(cè)法融合分布式在線測(cè)量技術(shù)的分布式水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理與技術(shù)方法。
　　2）研究分析了紫外-可見光譜法分布式水質(zhì)檢測(cè)的原理及方法，構(gòu)建了分布式紫外-可見光譜法水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)的儀器系統(tǒng)和應(yīng)用軟件?；诖耍槍?duì)分布式紫外-可見光譜法水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)的

7、數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸可靠性、數(shù)據(jù)管理便捷性與軟硬件可擴(kuò)展性等特點(diǎn)或基本要求，研究與開發(fā)了光譜法水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)界面以及檢測(cè)節(jié)點(diǎn)儀器設(shè)備開發(fā)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這為后續(xù)的水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之應(yīng)用研究提供了理論及技術(shù)方法基礎(chǔ)。
　　3）研究了光譜法水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)光譜采集和數(shù)據(jù)傳輸中可靠性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。鑒于水質(zhì)光譜測(cè)量中的光能量損耗，研究與設(shè)計(jì)了光譜采集的光學(xué)系統(tǒng)，優(yōu)化了光譜探頭結(jié)構(gòu)；

8、面對(duì)工業(yè)級(jí)（低成本）光譜儀水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)存在光子效率低、背景噪聲強(qiáng)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，研究了一種水質(zhì)檢測(cè)雙光程光譜融合算法，此可同時(shí)采集長(zhǎng)、短兩種光程光譜，借助于噪聲方差估計(jì)、雙光程增益匹配的技術(shù)方法，輔之于按噪聲方差分布進(jìn)行分段加權(quán)方式得到水質(zhì)檢測(cè)融合光譜，以此提高光譜信/噪比，確保了光譜法水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)光譜采集和數(shù)據(jù)傳輸中的可靠性和穩(wěn)定性。
　　4）研究了光譜法水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)時(shí)殘余的非線性光譜噪聲和光譜無(wú)線傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)丟包的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)

9、題。采用等間隔采樣，構(gòu)建了由時(shí)間軸和光譜軸組成二維光譜矩陣，借以基于動(dòng)態(tài)窗格和二維小波變換的光譜去噪算法，不僅濾除了殘余的非線性光譜噪聲，而且還保留了原始光譜細(xì)節(jié)信息。通過(guò)引入基于壓縮感知的光譜壓縮算法，縮減了光譜數(shù)據(jù)量，不僅優(yōu)化了數(shù)據(jù)丟包條件下的壓縮數(shù)據(jù)重建質(zhì)量，而且還提高了光譜數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸效率。
　　5）研究了水質(zhì)解算過(guò)程中存在的濁度干擾和水質(zhì)COD解算時(shí)現(xiàn)有模型性能偏弱的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。為了確保水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)時(shí)水質(zhì)參數(shù)解算質(zhì)量，

10、特別是水體環(huán)境有機(jī)物含量的解算精度，研究了一種基于Mie散射理論的紫外-可見光譜濁度補(bǔ)償算法，通過(guò)建立懸浮顆粒物粒徑分布函數(shù)，反演其在有機(jī)污染物特征光譜段的消光光譜，最終與原始光譜進(jìn)行差分，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)光譜的濁度補(bǔ)償，解決了光譜法水質(zhì)檢測(cè)時(shí)易受泥沙等懸浮顆粒物干擾的問(wèn)題。
　　本論文的上述有關(guān)研究成果，不僅在項(xiàng)目研制的儀器樣機(jī)(已通過(guò)了四川省科技廳組織專家的成果鑒定)移交四川碧朗科技有限公司的工程實(shí)踐中得到了實(shí)際應(yīng)用，而且還