針對(duì)當(dāng)前方法假陽(yáng)性率高、平均檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致出現(xiàn)水質(zhì)污染物跟蹤檢測(cè)準(zhǔn)確性差和平均延誤率高問(wèn)題，提出基于紫外光譜的水質(zhì)污染物跟蹤檢測(cè)方法，介紹了水質(zhì)數(shù)據(jù)和水質(zhì)的異常情況;通過(guò)對(duì)紫外光譜分子躍遷的描述和對(duì)吸光度的計(jì)算來(lái)分析紫外光譜，計(jì)算對(duì)校正集樣品的平均光譜，可以得到經(jīng)過(guò)處理后的光譜值，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差光譜進(jìn)行計(jì)算，可以完成對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)的均值中心化和標(biāo)準(zhǔn)化處理;將水質(zhì)異常檢測(cè)分為學(xué)習(xí)階段、設(shè)置報(bào)警參數(shù)、異常判斷和處理報(bào)警事件四個(gè)步驟，判斷水質(zhì)數(shù)據(jù)的真陽(yáng)性、偽陽(yáng)性、真陰性和為陰性，通過(guò)對(duì)水質(zhì)的異常檢測(cè)最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)水質(zhì)污染物的跟蹤檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提出的方法在對(duì)水質(zhì)污染物進(jìn)行跟蹤檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)結(jié)果的誤報(bào)率較低、平均檢測(cè)時(shí)間較短，不僅能夠準(zhǔn)確的完成對(duì)水質(zhì)污染物的跟蹤檢測(cè)，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(dǎo)致江、河、湖、海等水環(huán)境受到了嚴(yán)重污染。

水質(zhì)污染物具有生物積累性的特點(diǎn)，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(cè)方法是當(dāng)今水質(zhì)污染檢測(cè)的主要任務(wù)，隨著對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作高效率的要求和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，快速以及有效的水質(zhì)污染物跟蹤檢測(cè)方法的研究成為國(guó)際環(huán)境問(wèn)題所討論的熱點(diǎn)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(luò)下水質(zhì)污染物的跟蹤檢測(cè)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(luò)下水質(zhì)污染物跟蹤檢測(cè)方法，結(jié)合去噪方法，對(duì)水樣光譜做采樣處理，并利用時(shí)間和光譜軸建立二維矩陣，二維小波變化之后，設(shè)置窗口，該窗口具有寬度可變的特點(diǎn)，根據(jù)窗口格中的小波系數(shù)計(jì)算獲得去噪閾值，利用去噪閾值完成對(duì)水質(zhì)污染物的跟蹤檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)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(cè)結(jié)果假陽(yáng)性率高和平均檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)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(luò)下水質(zhì)污染物跟蹤檢測(cè)方法，利用污染物分析方法對(duì)樣品進(jìn)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(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)污染物的跟蹤檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法的靈敏度高，但水質(zhì)污染物跟蹤檢測(cè)結(jié)果的假陽(yáng)性率較高，不能夠準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。

針對(duì)上述兩種研究方法中存在的問(wèn)題，提出基于紫外光譜的水質(zhì)污染物跟蹤檢測(cè)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(gè)時(shí)間中一種或很多種信號(hào)的變化情況，異?？赡苁嵌虝旱幕蛘呤浅掷m(xù)發(fā)生的。本文主要對(duì)水中是否有污染物進(jìn)行研究，并假設(shè)水質(zhì)污染物能夠引起水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)產(chǎn)生變化。污染物會(huì)使水質(zhì)出現(xiàn)異常現(xiàn)象，并且持續(xù)一段時(shí)間。

并行處理網(wǎng)絡(luò)下水質(zhì)數(shù)據(jù)的波動(dòng)情況分為有四種，分別為水質(zhì)污染物、噪聲和離群點(diǎn)、工藝操作、背景數(shù)據(jù)所引起的變化，其中污染物導(dǎo)致的異常現(xiàn)象為水質(zhì)異常，需要對(duì)其進(jìn)行跟蹤檢測(cè)。

1)背景數(shù)據(jù)

水質(zhì)的日常數(shù)據(jù)可以被當(dāng)作背景數(shù)據(jù)，其特征為波動(dòng)性，通常情況下，該數(shù)據(jù)會(huì)隨著外界環(huán)境的變化而變化，例如時(shí)間和溫度。將水質(zhì)背景數(shù)據(jù)當(dāng)作時(shí)間序列數(shù)據(jù)，能夠采用時(shí)間序列分析法，對(duì)預(yù)測(cè)和測(cè)量值進(jìn)行差異比較，可以有效降低背景數(shù)據(jù)波動(dòng)所帶來(lái)的影響。

2)工藝操作

對(duì)于供水網(wǎng)的基本操作來(lái)說(shuō)，設(shè)備維修和閥門水泵開關(guān)等均會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動(dòng)，也可能導(dǎo)致水質(zhì)指標(biāo)發(fā)生突變，出現(xiàn)誤報(bào)。添加模式庫(kù)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(kù)，其中包括機(jī)械操作、流速改變給水質(zhì)指標(biāo)變化帶來(lái)的影響，需要不斷的進(jìn)行更新、完善。在模式庫(kù)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(diǎn)

噪聲會(huì)引起離群點(diǎn)，離群點(diǎn)是孤立的，通過(guò)對(duì)水質(zhì)真實(shí)異常持續(xù)時(shí)間的分析，設(shè)置固定步長(zhǎng)的時(shí)間窗，異常值小于時(shí)間窗的長(zhǎng)度時(shí)，則水質(zhì)污染物為異常。若是正常情況時(shí)，噪聲和離群點(diǎn)導(dǎo)致出現(xiàn)異常的概率為10%，若連續(xù)10個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)存在6個(gè)異常情況，其概率為0.0001，若是通過(guò)污染物引起的異常則概率為0.9999，此時(shí)能夠判斷出水質(zhì)污染物。

4)水質(zhì)污染物異常

在一段時(shí)間內(nèi)，當(dāng)水質(zhì)指標(biāo)偏離預(yù)測(cè)值，并且不屬于常規(guī)模式時(shí)，則該種模式屬于異常情況。在實(shí)驗(yàn)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(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，游離氯的變化十分復(fù)雜。實(shí)際上，經(jīng)過(guò)大量研究證明，化學(xué)物質(zhì)如果存在毒性都會(huì)導(dǎo)致游離氯指標(biāo)發(fā)生變化。

3 基于紫外光譜的水質(zhì)污染物跟蹤檢測(cè)

3.1 水質(zhì)分析原理

1)紫外光譜

水質(zhì)中的有機(jī)物在紫外的可見波段范圍中，并且有吸收的特點(diǎn)，通過(guò)被測(cè)物質(zhì)對(duì)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(lái)看，有機(jī)化合物中包括:不成鍵的孤對(duì)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(jī)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(jī)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(jī)化合物將產(chǎn)生該種躍遷。

n→π*躍遷。不飽和有機(jī)化合物中包含雜原子時(shí)，產(chǎn)生該躍遷。

針對(duì)有機(jī)化合物來(lái)說(shuō)，n→π*和π→π*兩種躍遷可以用來(lái)檢測(cè)有用的吸收光譜。

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