2)比爾定律

該定律屬于光吸收基本定律，是比色分析法和吸收光度法研究的基礎。該定律的物理意義為:對于有均勻非散射特性的吸光物質來說，當吸光物質被平行單色光經過時，吸光度的計算公式如下

A=lgI0It=lg1T=KLc   (1)

其中，I0、It分別表示入射和投射光的強度，T表示透過率，K表示吸收系數(shù)，與入射光的溫度和波長相關，L表示光程，c表示物質的濃度，并且c與L成正比，通過式(1)可以得到，光程一定的情況下，A與c呈線性關系。

當介質中有多種吸收光時，采用吸光度的加和性來定量分析光譜。假設組分物質均勻混合時，物質間無相互作用，并且不會與入射光間存在光化學反映，只有光吸收[9]。

對于多分組體系來說，能夠按照吸光度的加和性對吸光度進行求解，設三種組分共同組成混合物，并且之間無相互作用，分別用向量s1、s2和s3來表示其對應的光譜吸光度，對應的濃度為c1、c2和c3，按照加合定律，該體系的A可以由下式求出

A=c1s1+c2s2+c3s3+e   (2)

式中，e表示儀器測量誤差，則有:

A1=c1s11+c2s12+c3s13+eA2=c1s21+c2s22+c3s23+e?Am=c1sm1+c2sm2+c3sm3+e   (3)

式(3)中，m代表波長點數(shù)，Am代表混合物在m處的吸光度，令A=[A1A2…Am]T，s=[sT1sT2sT3]，c=[c1c2c3]T，e=[e1e2e3]T，此時式(3)的矩陣乘積為:

A=cs+e   (4)

對于包含p個組分樣本n在m下數(shù)據(jù)的矩陣表達式如下

An×m=Cn×pSp×m+En×m   (5)

3.2 數(shù)據(jù)預處理

1)均值中心化

均值中心化可以聯(lián)系待測物質和光譜吸收度的變化，對校正集的光譜進行求解，對樣品和平均光譜做減法計算，可以獲得經過變換之后的光譜，構建光譜定性或者定量模型之前，常見的數(shù)據(jù)預處理方法為均值中心化，該方法可以使樣品光譜間的差異得到提升，大大提高了模型的分析能力。

對校正集樣品的平均光譜進行計算

x¯k=∑i=1nxi，kn   (6)

其中，n表示校正集的樣品數(shù)量，k=1，2，…，m，對于未知的樣品譜x來說，利用下式可以獲得經過處理后的光譜:

xcentered=x−x¯   (7)

2)標準化

標準化又可以稱作均值方差化，首先對經過均值中心化處理所得的光譜和利用校正集光譜矩陣求得的標準偏差光譜進行求解，再利用前者對后者做除法運算。

標準偏差光譜的計算公式如下

sk=∑i=1n(xi，k−x¯k)2n−1   (8)

經過標準化處理之后的光譜為

xautosacled=x−x¯s   (9)

3.3 并行處理網(wǎng)絡下水質污染物跟蹤檢測

利用紫外光譜來替代水質污染物當作報警參數(shù)，通過對水質異常的檢測，可以實現(xiàn)對水質污染物的跟蹤檢測，光譜矩陣可以反映出水質中污染物的變化情況，利用紫外光譜檢測水質異常的步驟如下:

1)學習階段。測量歷史光譜可以得到基準光譜，其中包含光譜的特征和形狀。

2)報警參數(shù)的設置。利用統(tǒng)計和經驗方法可以設置該參數(shù)，按照水質中的異常事件對其進行過調整。

3)水質異常判斷。通過基線光譜和報警參數(shù)對水質的正常和異常情況進行判斷，光譜的一階和二階導數(shù)以及吸光度也可以對水質異常數(shù)據(jù)進行判斷，采用光譜矩陣導數(shù)對其判斷時，可以消除掉光譜基線變化時帶來的影響，完成對光譜基線的異常判斷[10]。

4)處理報警事件。當水質異常數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)值相差不大時，可以對水質展開實驗分析，再做下一步處理。當水質異常數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)值相差較大時，則需要對其采取緊急措施。

并行處理網(wǎng)絡下水質污染物跟蹤檢測可以輸出分類模型，分類模型則是對實例進行映射，并且映射到特定類中。對于水質污染物跟蹤檢測來說，輸出結果有水質正常和異常兩類，與水質本身的正常與否相結合，有四種判斷:

1)真陽性:表示水質本身和檢測結果均為異常。

2)偽陽性:表示水質本身正常，但結果為異常。

3)真陰性:表示水質本身和檢測結果均為正常。

4)偽隱性:表示水質本身異常，但結果正常。

并行處理網(wǎng)絡下水質污染物跟蹤檢測的性能指標有以下幾種:

檢出率:也可以稱為真陽性率或者靈敏度，是指在檢測水質污染物時，檢測出的水質異常次數(shù)占異?？偞螖?shù)的百分比，檢出率的具體計算公式如下

PD=TP(TP+FN)×100%   (10)

其中，TP表示水質異常次數(shù)，(TP+FN)表示異?？偞螖?shù)。

誤報率:也可以稱為假陽性率，是指在檢測水質污染物時，其表達式為

FAR=FP(TN+FP)*100%   (11)

式中，F(xiàn)P代表水質虛假異常次數(shù)，(TN+FP)代表全部決策次數(shù)。

平均檢測時間:是指水質異常發(fā)生時間和給出報警時間之間差值的平均值，可以反映出水質污染物跟蹤檢測方法的平均延誤率，表達式如下

MTTD=1n′∑i=1n′|tid−tir|   (12)

式中，n′代表水質異常點數(shù)，tid代表檢測出水質污染物的時間，tir代表實際發(fā)生異常的時間。

經過上述分析與計算，完成了對并行處理網(wǎng)絡下水質污染物的跟蹤檢測。

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