汤斌
- 作品数：17 被引量：133H指数：8
- 供职机构：重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金四川省科技支撑计划中央高校研究生科技创新基金更多>>
- 相关领域：环境科学与工程理学自动化与计算机技术机械工程更多>>
- 基于小波变换的压缩感知理论对水质检测紫外-可见光谱数据的去噪研究被引量：11
- 2018年
- 消除噪声影响对提高直接光谱法水质检测系统的测量稳定性和精度都具有重要意义。直接光谱法在线水质检测系统通常采用长寿命、无需预热的脉冲氙灯和适用于复杂检测环境的工业级光谱探测装置。针对整个光谱探测系统受到光源、光路和光电转换器件的严重影响,测定的光谱数据含有大量噪声这一实际问题,提出了基于小波变换的压缩感知去噪算法,并与传统小波阈值去噪方法进行了比较实验。针对化学需氧量为200mg·L^(-1)的邻苯二甲酸氢钾标液的紫外-可见光谱数据进行去噪处理,采用压缩感知去噪算法,将信号在小波域内分解,得到含噪高频系数;采用随机高斯矩阵作为压缩感知算法的观测矩阵,压缩比设置为2,对高频系数进行观测;选择正交匹配追踪算法恢复高频小波系数的稀疏性,从而达到去噪目的。同时针对传统的小波阈值去噪,采用daubechies4作为小波基的软阈值滤波方法对光谱数据进行去噪处理。为验证去噪算法的可行性,采集某溪水和城市生活污水的光谱信号分别采用以上两种方法进行去噪处理,实验结果表明:基于小波变换的压缩感知去噪算法适用于紫外-可见光谱法在线水质检测系统,该方法能在保留水样原始光谱信号的吸收特征的前提下有效地去噪,且去噪效果优于小波阈值去噪算法。与小波阈值去噪算法相比,信噪比提高了12.201 5dB,均方根误差减小了0.009 3,峰值信噪比增加了5.299dB。不仅避免了小波阈值去噪过程中阈值的选取依靠主观判断问题,而且在重构过程中有效地抑制了噪声,为直接光谱法检测水质参数提供了一种新的解决方案。
- 赵明富唐平汤斌汤斌何鹏邓思兴石胜辉
- 关键词：水质检测压缩感知小波阈值去噪
- 基于WSN的紫外-可见光谱水质COD监测仪采传系统设计被引量：3
- 2016年
- 针对日益严重的水环境问题,水质化学需氧量(COD)的实时在线监测对水质污染预警具有十分重要的意义。依据紫外-可见光谱分析法可实现水质COD参数在线、原位测量的原理,将无线传感网络(WSN)技术与光谱法水质COD监测技术相结合,研究了一种适用于大面积水域水质COD监测的信息采集与传输系统。基于Coxtex-A7硬件平台,采用数据压缩和无线传感网络等技术实现了水质COD的无线实时监测。实验测试结果表明,该系统能够实现水质COD监测数据的采集与高效、可靠的传输。该系统不仅具有功耗低、流域覆盖面积广、响应速度快、易于维护等特点,还可为水体流域内水质环境的综合分析提供依据。
- 刘娟冯鹏魏彪吴德操汤斌唐媛熊双飞张峥汤戈
- 关键词：光谱学紫外-可见光谱化学需氧量无线传感网络
- 一种紫外-可见光谱法检测水质COD的浊度影响实验研究被引量：20
- 2014年
- 消除浊度影响是直接光谱法检测水质COD的关键技术问题。此源于紫外-可见光谱法检测水质参数的关键依赖于化学计量法所建立的准确的水质参数分析模型,而浊度是影响其建模的一个重要参数。为此,选取福尔马肼浊度液和邻苯二甲酸氢钾标准溶液,开展了紫外-可见吸收光谱法检测水质COD的浊度影响实验研究,获得了选定溶液在245,300,360和560nm几个特征波长点的吸光度随浊度变化的最小二乘法拟合曲线,分析了吸光度随浊度的变化规律。研究结果表明,在240~380nm的紫外光谱段,由于引起浊度的颗粒物对有机物产生了吸附,致使浊度对水样的紫外光谱影响较为复杂;在380~780nm的可见光谱区域,浊度对光谱的影响则是随着波长的增大而减弱。基于此,开展了多元散射校正法对受浊度影响的水样光谱进行校正试验。对某溪水水样的紫外-可见吸收光谱进行多元散射校正,通过处理前后光谱对比表明,浊度引起各个波长点的基线偏移都得到了有效的校正,而在紫外区域特征并未减弱。接着对选取的三种液体的紫外-可见吸收光谱进行多元散射校正,实验结果表明:该方法可在不影响水样紫外-可见吸收光谱特征的前提下对其吸收曲线进行有效的校正,这不仅提高了光谱法检测水质COD的信噪比,而且还为化学计量法建立准确、有效的水质检测COD分析模型进行数据预处理提供了一种新途径。
- 汤斌魏彪吴德操米德伶赵敬晓冯鹏蒋上海毛本将
- 关键词：紫外-可见光谱法水质COD浊度
- 一种基于EWMA-PCA的水质光谱数据标准化方法研究被引量：12
- 2020年
- 模型传递对于解决由于样本与各仪器响应函数不同所导致的量测信号不一致具有重要意义,而解决模型传递的有效方法是仪器或数据标准化。针对现有的光谱标准化方法中,鲜有对紫外-可见吸收光谱的应用研究,且紫外-可见光谱法水质多参数检测光谱探测单元存在分辨率、精度、响应范围不统一,难以进行不同仪器间测试数据的比对及多参数数据拟合的问题,提出采用EWMA-PCA归一化算法,实现紫外-可见水质光谱在不同仪器上的模型传递。EWMA(exponentially weighted moving-average)是一种指数加权平均移动算法,用以寻找以较高概率产生观察紫外-可见水质光谱数据的系统发生树,最大概率复原理论紫外-可见水质光谱数据,使紫外-可见光谱特征不丢失、不偏移,减小由于数据处理对紫外-可见水质光谱数据的影响。采用不同浓度的邻苯二甲酸氢钾溶液,对日本滨松C10082CAH光谱仪、美国海洋光学Maya2000Pro光谱仪以及厦门奥谱天成ATP2000光谱仪进行对比测试实验。对比组1选取源机滨松C10082CAH光谱仪和目标机海洋Maya2000Pro光谱仪,对比组2选取源机滨松C10082CAH光谱仪和目标机奥谱天成ATP2000光谱仪,对比组3选取源机海洋Maya2000Pro光谱仪和目标机奥谱天成ATP2000光谱仪。三组比对实验结果表明,该算法能很好地应用于不同的比对光谱仪中,在采用EWMA-PCA归一化算法对水质吸收光谱数据标准化后,相关系数达到99.576 5%,方差达到0.082 3%,且波峰偏移量可降低至0.000 5%,基于EWMA-PCA归一化光谱标准化算法具适应性广、所需传递样本少、传递精度高等优点,研究结果对光谱法水质检测仪器的广泛应用具有重要理论指导意义和工程应用参考价值。
- 周思寒胡新宇汤斌汤斌赵明富汪仁杰肖棋森肖渝
- 关键词：归一化
- 主元分析降维联合广义判别分类的水质检测紫外-可见光谱数据处理方法被引量：5
- 2014年
- 针对环境水样快速、在线监测的需要,立足于水质(体)检测紫外-可见吸收光谱分析技术,研究了基于主元分析(PCA)的降维联合广义判别分析(GDA)分类的水质检测紫外-可见吸收光谱数据在线处理方法。通过对地表水、生活污水和工业废水共计160组水样的吸收光谱数据进行研究,结果表明:直接采用ANN-BP、SVM、LS-SVM、Fisher和GDA进行分类,虽分类精度较高,但耗时较长;采用PCA降维后再分类,虽分类精度降低,但分类速度得到了提升;采用PCA降维联合GDA分类,可在不影响分类速度的前提下,分类精度却达到最优。这为实时、在线的水质检测光谱数据分析与处理提供了一种新的途径。
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- 关键词：水质检测主元分析
- 一种基于FPGA的CCD图像传感器驱动系统设计被引量：14
- 2012年
- 针对CCD图像传感器ICX274驱动信号产生中已有驱动电路设计的某些不足,提出一种基于时序生成芯片CXD3609R的新方案,并设计了基于FPGA嵌入式平台的CXD3609R电路,以此实现对ICX274驱动信号的产生。实验结果表明,CXD3609R能够产生满足ICX274所需的时序驱动,验证了本设计系统的可行性,这为基于ICX274的成像系统的设计提供了一种新思路,并为后续的成像系统研究设计奠定了基础。
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- 关键词：CCD图像传感器FPGA
- 基于LabVIEW和VC^(++)的水质检测光谱信号小波去噪方法被引量：1
- 2015年
- 针对水质检测紫外-可见光原始吸收光谱中含有大量非平稳噪声的问题,该文研究了一种基于LabVIEW与C语言混合编程对水质检测吸收光谱进行改进阈值函数的小波阈值去噪处理方法。研究结果表明,通过引入VC++6.0,基于LabVIEW与C语言混合编程,不仅克服了LabVIEW和Matlab混合编程存在效率低、可移植性差、升级不便等缺点,而且采用db4小波基,使用C语言实现了小波阈值去噪处理。与QE65000科研级光谱仪采集数据进行对比,两者数据的互相关性和均方根误差均取得了满意效果,为实时、在线水质检测紫外-可见光吸收光谱的去噪处理提供了一种新的解决方案。
- 赵敬晓魏彪汤斌蒋上海罗继阳Vo Quang Sang毛本将姜赞成
- 关键词：紫外-可见光谱法水质检测小波去噪LABVIEWDLL文件
- 利用T矩阵模型计算水体中非球形悬浮颗粒物光散射特性被引量：7
- 2015年
- 水体中悬浮颗粒物的光散射特性是影响基于直接光谱法水质检测结果准确性的一个重要参数。依据T矩阵模型,研究了紫外-可见光照射下水体中非球形悬浮颗粒物的光散射强度特性。以藻类和泥沙类颗粒物为例,构造了椭球、圆柱和广义Chebyshev三种非球形粒子光散射模型,分析了入射光波长、悬浮颗粒物形状、复折射率与相对散射光强之间的关系,计算了不同悬浮颗粒物相对散射光强随波长、颗粒物尺寸以及旋转角变化的情况。数值仿真结果表明,不同种类非球形悬浮颗粒物的散射光强度均呈现出显著的变化。在200~800nm波长范围内,随入射波长的增大,粒子几何尺寸所带来影响逐渐减小,散射特性主要由复折射率决定。当粒子尺寸小于0.2μm或接近1μm时,在入射光波长位于紫外或红外的条件下,散射光强度较大且呈现强烈振荡;而当粒子尺寸r=0.3~0.9μm,散射强度较稳定,接近于0且受到入射光波长的干扰较小。这可为提高紫外-可见吸收光谱法的检测精度、抑制散射干扰提供一定依据。
- Vo Quang Sang冯鹏米德伶汤斌魏彪
- 关键词：水质检测
- 基于米氏散射理论的水中悬浮颗粒物散射特性计算被引量：15
- 2015年
- 降低或减少水体中悬浮颗粒物的光散射影响是直接光谱法检测水质化学需氧量（COD）的关键技术问题。为此,依据米氏散射理论,采用改进型连分式结合后向递推算法,研究了紫外-可见光照射下水体中藻类和泥沙类悬浮颗粒物的光散射特性。通过构造球形粒子的光散射模型,在入射光波波长为200~1000 nm、悬浮颗粒物尺寸为1~200μm的条件下,分析和计算了散射光强度和角度的变化规律。仿真结果表明：当改变粒子尺寸,调节入射光波长时,两种悬浮颗粒物的散射光强与散射角度呈现显著变化,这为进一步提高基于紫外-可见吸收光谱法的水质检测精度和降低散射影响提供了依据。
- Vo Quang Sang冯鹏汤斌赵敬晓蒋上海魏彪
- 关键词：光谱学紫外-可见光谱悬浮颗粒物
- 卷积神经网络的紫外-可见光谱水质分类方法被引量：1
- 2023年
- 水质污染源的及时精确定位和精细化的污染防治措施是打赢水污染防治攻坚战的迫切需求,为解决地表水实际水样高锰酸盐指数准确分类的实际问题,以光谱降噪和光谱有效信息提取为切入点,根据紫外-可见光谱数据的特点,提出使用一维卷积神经网络处理紫外-可见光谱数据。为验证检测一维卷积神经网络对地表水光谱信号分类的可行性,选取长江的某段流域作为取样点。采集当天的长江上游水、某河水、嘉陵江水,生活污水、500 mg·L^(-1)邻苯二甲酸氢钾溶液来模拟污染水源。将几种水样按不同的配比来模拟当天该流域的水污染变化情况。采集现有的单一水样及混合配比水样的光谱数据,根据各类水样的特征光谱信息进行区分,实现地表水高锰酸盐指数的预测分类,快速确定异常水样的污染来源,通过仿真实验,优化模型参数并完成优化训练。与K最邻近法、支持向量机等传统分类方法相比,该算法在光谱预处理复杂度和定性分析准确度方面有较大优势,在没有复杂的数据预处理前提下,将获取的350条光谱数据建立水质分类模型,随机选择其中245条数据作为训练集,另105条数据作为测试集,模型的混淆矩阵分类精度达99.0%。不仅简化了整个光谱分析流程,而且能保留更多的有效光谱信息,减小人为预处理对紫外-可见光谱数据的影响,实现地表水高锰酸盐指数的准确分类。实验结果表明该方法可对不同水体水样进行准确分类,快速定位污染源,为无法激发荧光的污染物溯源提供了科学依据,为与三维荧光技术辅助配合快速精确定位地表水污染源提供了可能,同时表明了深度学习在紫外-可见光谱法测量实际水样领域有着巨大的应用潜力和研究价值。
- 陈庆汤斌汤斌缪俊锋黄子恒戴若辰石胜辉石胜辉赵明富
- 关键词：水质紫外-可见光谱
