一种用于水质在线监测的量程自切换控制方法及系统

专利主权项内容

1.一种用于水质在线监测的量程自切换控制方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、建立水质特征曲线数据集，包括常温溶解氧浓度量程-溶解氧浓度图像特征曲线；所述水质特征曲线数据集建立具体步骤包括：S11、采集常规温度值条件下个量程对应水体图像数据集/>，其中/>表示第/>张水体图像，/>表示水体图像数量；S12、通过所述水体图像数据集获取第一浊度图像特征值序列和第一溶解氧浓度图像特征值序列/>，其中，/>表示第/>张水体图像的浊度图像特征值，/>表示第/>张水体图像的溶解氧浓度图像特征值；具体步骤包括：S121、计算所述第一浊度图像特征值，其中/>表示水体图像颗粒状态值，/>表示水体图像光谱吸收度，/>表示水体图像颗粒状态值权重，/>表示水体图像光谱吸收度权重；所述水体图像颗粒状态值计算公式如下：，其中，/>和/>表示两种灰度级别，/>表示灰度级别为/>的像素与灰度级别为/>的像素同时出现的概率；所述水体图像光谱吸收度计算步骤包括：通过将所述水体图像灰度化处理，得到水体像素灰度序列，/>表示第/>个像素灰度值，/>表示像素数量；设置水体图像光谱组合策略集合/>，其中第一水体光谱组合策略/>，第二水体光谱组合策略/>，第三水体光谱组合策略/>，第四水体光谱组合策略/>，其中表示第/>张水体图像近红外光谱反射率，/>表示第/>张水体图像可见光光谱反射率；则所述水体图像光谱吸收度计算公式为/>，其中，函数/>表示相关系数，函数/>表示选取函数/>最大值对应的水体光谱组合策略，函数/>表示/>对应的水体图像光谱吸收度；S122、计算所述第一溶解氧浓度图像特征值，其中，/>表示水体图像气泡数量，表示水体图像气泡尺寸，/>表示水体图像气泡密度，具体步骤包括：S1221、所述水体图像气泡数量获取过程包括：通过findContours函数遍历水体图像中的每个像素，在所述水体图像中查找前置像素的连续边界，从一个边界点启动，追踪连续边界像素以形成气泡轮廓，根据当前像素的位置和相邻像素的位置差异来确定轮廓的走向，获得气泡数量，并将气泡信息数据存储入气泡信息数据集/>，其中/>表示第/>个气泡的信息数据；S1222、通过所述气泡信息数据集获取气泡内像素含量录入气泡像素数据集，其中/>表示第/>个气泡像素数量，获得所述水体图像气泡尺寸/>；S1223、将所述气泡信息数据集映射在所述水体图像中，通过HoughCircles函数遍历每个气泡，并遍历连接相邻圆心，获取气泡边缘与连接线的交点获得气泡密度线段数据集，再将气泡密度线段数据集映射在所述水体图像中，提取所述气泡密度线段数据集中线段所占像素，得到气泡密度像素数据集，其中/>表示第/>个线段像素数量，/>表示线段数量，计算水体图像气泡密度/>；S13、将所述第一溶解氧浓度图像特征值序列录入溶解氧浓度量程-溶解氧浓度图像特征曲线；S2、采集当前水体连续图像和水体光谱图像，提取所述当前水体连续图像中第二溶解氧浓度图像特征值序列，录入所述水质特征曲线数据集中；具体步骤包括：采集当前水体连续图像序列，其中/>表示第/>张当前水体图像，/>表示当前水体图像数量，基于步骤S12同样的方法提取当前水体图像第二浊度图像特征值序列/>和第二溶解氧浓度图像特征值序列，/>表示第/>张当前水体图像的浊度图像特征值，/>表示第/>张当前水体图像的溶解氧浓度图像特征值；所述溶解氧浓度图像特征值计算策略包括：低温状态一级第二溶解氧浓度图像特征值计算策略计算公式如下：
；常温状态二级第二溶解氧浓度图像特征值计算策略计算公式如下：
；高温状态三级第二溶解氧浓度图像特征值计算策略计算公式如下：
；S3、使用大量程温度传感器获取当前水体温度预计值，设置温度特征阈值和/>，其中，/>，/>表示常规温度值，当时，判断当前水体温度状态为低温状态，当/>时，判断当前水体温度状态为常温状态，当/>时，判断当前水体温度状态为高温状态，并为当前水体不同温度状态设置对应溶解氧浓度图像特征值计算策略；S4、检测所述水质特征曲线数据集中所述第二溶解氧浓度图像特征值序列对应比例，依据设置的条件函数切换量程，若所述设置的条件函数不成立，则进行S5；所述条件函数，其中，函数/>表示函数内交集中每个量程区间数量，函数/>表示所述量程区间数量的最大值，若判断条件函数/>成立，则切换至该量程区间，若判断条件函数/>不成立，则进行S5；S5、采集水质样本，通过建立溶解氧支持向量机模型，自动切换传感器量程；通过建立溶解氧支持向量机模型来识别溶解氧的变化模式，采集当前水质样本并预测当下水质溶解氧浓度，设定量程序列/>，及其对应的所述水质溶解氧浓度量程切换临界值序列/>，其中，/>表示第/>个量程区间，/>表示切换至第/>个量程的水质溶解氧浓度量程切换临界值，设置切换判断函数序列/>，其中，/>表示切换至/>量程区间，则切换至/>量程区间的判断函数/>计算公式如下：/>，切换至/>量程区间的判断函数/>计算公式如下：，并依次对切换至/>量程区间的判断函数、切换至量程区间的判断函数、...、切换至/>量程区间的判断函数进行定义，若切换至/>量程区间的判断函数成立，则自动切换至该传感器量程；S6、记录监测数据，包括传感器切换的时间、原因以及监测结果，提供长期数据存储，支持数据分析和报告生成。