CN115639335A - 水质监测数据校准方法、***及计算机可读存储介质 - Google Patents

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解岩
董均锋
薛成自
张建康
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Abstract

本发明涉及水质监测技术领域，提出了水质监测数据校准方法、***及计算机可读存储介质，用于传感器检测数据的校准，包括：分别采集多个时刻的国标法检测数据和多个时刻的传感器检测数据；根据多个国标法检测数据拟合国标法检测曲线，根据多个传感器检测数据拟合传感器检测曲线；执行N次方程构建操作，得到N个方程组成的矩阵方程组，N为自然数，且N≥3；对任一传感器检测数据，将传感器检测数据作为自变量m，代入方程Z＝a2·m2+b2·m+c2，得到的Z值作为该任一传感器检测数据的校准值。通过上述技术方案，解决了相关技术中水质检测周期长以及检测精度低的问题。

Description

水质监测数据校准方法、***及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及水质监测技术领域，具体的，涉及水质监测数据校准方法、***及计算机可读存储介质。
背景技术
随着社会经济快速发展，人们物质生活水平不断提高，对生活质量的要求也明显提高，更加重视健康、自然、安全。由此，水质检测工作也变得更加重要。水质检测工作主要是对水质中各种微量元素的含量，以及所含细菌等物质进行充分的检测，包含的内容非常多非常广。水质检测工作的主要目的是为了检测水资源的质量是否符合国家标准，能否投入人们日常生活中作为饮用水、生活用水。
传统的水质检测有传感器测量和国标法测量两种方法。传感器测量法速度快，但是准确性差，只能监测趋势；国标法测量相比传感器测量而言准确度高，但国标法测量的检测时间长。
发明内容
本发明提出水质监测数据校准方法、***及计算机可读存储介质，解决了相关技术中水质检测周期长以及检测精度低的问题。
本发明的技术方案如下：
第一方面，水质监测数据校准方法，用于传感器检测数据的校准，包括：
分别采集多个时刻的国标法检测数据和多个时刻的传感器检测数据；
根据所述多个国标法检测数据拟合国标法检测曲线，根据所述多个传感器检测数据拟合传感器检测曲线；
执行N次方程构建操作，得到N个方程组成的矩阵方程组，N为自然数，且N≥3；任一次方程构建操作包括：
从所述传感器检测曲线和国标法检测曲线上，获取同一时刻的传感器检测数据以及国标法检测数据；
将传感器检测数据作为自变量m，同一时刻的国标法检测数据作为因变量Z，构建方程Z＝a2·m2+b2·m+c2；
求解所述矩阵方程组，所述矩阵方程组的解作为a2，b2，c2的取值；
对任一传感器检测数据，将所述传感器检测数据作为自变量m，代入方程Z＝a2·m2+b2·m+c2，得到的Z值作为该任一传感器检测数据的校准值。
第二方面，水质监测数据校准***，用于传感器检测数据的校准，包括：
采集模块，分别采集多个时刻的国标法检测数据和多个时刻的传感器检测数据；
拟合模块，根据所述多个国标法检测数据拟合国标法检测曲线，根据所述多个传感器检测数据拟合传感器检测曲线；
方程构建模块，执行N次方程构建操作，得到N个方程组成的矩阵方程组，N为自然数，且N≥3；任一次方程构建操作包括：
从所述传感器检测曲线和国标法检测曲线上，获取同一时刻的传感器检测数据以及国标法检测数据；
将传感器检测数据作为自变量m，同一时刻的国标法检测数据作为因变量Z，构建方程Z＝a2·m2+b2·m+c2；
第一计算模块，求解所述矩阵方程组，所述矩阵方程组的解作为a2，b2，c2的取值；
校准模块，对任一传感器检测数据，将所述传感器检测数据作为自变量m，代入方程Z＝a2·m2+b2·m+c2，得到的Z值作为该任一传感器检测数据的校准值。
第三方面，一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的水质监测数据校准方法的步骤。
本发明的工作原理及有益效果为：
本发明通过传感器和国标法相结合测量水质，利用国标法检测数据去校准传感器检测数据，从而实现测量周期短，精度高的一种测量方法。利用独有的计算和校准方法，实现了二者相结合，测量周期达到了5分钟，传感器检测数据精度达到国标法精度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1为本发明水质监测数据校准方法流程图；
图2为本发明水质监测数据校准***结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提出了水质监测数据校准方法，用于传感器检测数据的校准，包括：
S1：分别采集多个时刻的国标法检测数据和多个时刻的传感器检测数据；
利用国标法和传感器法同时对水质进行检测，采集多个时刻的国标法检测数据和传感器检测数据，并存入***数据库中。
S2：根据多个国标法检测数据拟合国标法检测曲线，根据多个传感器检测数据拟合传感器检测曲线；
从***数据库中选取最近24小时的多个国标法检测数据和多个传感器检测数据，分别拟合国标法检测曲线和传感器检测曲线，作为两条原始数据曲线。
S3：执行N次方程构建操作，得到N个方程组成的矩阵方程组，N为自然数，且N≥3；任一次方程构建操作包括：
S31：从传感器检测曲线和国标法检测曲线上，获取同一时刻的传感器检测数据以及国标法检测数据；
S32：将传感器检测数据作为自变量m，同一时刻的国标法检测数据作为因变量Z，构建方程Z＝a2·m2+b2·m+c2；求解矩阵方程组，矩阵方程组的解作为a2，b2，c2的取值；
执行一次方程构建操作，将会得到一个Z＝a2·m2+b2·m+c2方程，执行3次方程构建操作，得到3个方程组成的矩阵方程组。对原始数据曲线按照二次方程Z＝a2·m2+b2·m+c2建模，将传感器法曲线向国标法曲线拟合，拟合后得出拟合系数a2、b2、c2。
S4：对任一传感器检测数据，将传感器检测数据作为自变量m，代入方程Z＝a2·m2+b2·m+c2，得到的Z值作为该任一传感器检测数据的校准值。
例如，当传感器检测数据为m1时，代入方程Z＝a2·m2+b2·m+c2，拟合系数a2、b2、c2为常数，即可得到传感器检测数据的校准值Z1。从而实现按照拟合系数对传感器法的测量数据进行修正。
本实施例通过传感器和国标法相结合测量水质，利用国标法检测数据去校准传感器，从而实现测量周期短，精度准确的一种测量方法。利用独有的计算和校准方法，实现了二者相结合，测量周期达到了5分钟，传感器检测数据精度达到国标法精度。
进一步，本实施例中求解矩阵方程组，具体包括：通过高斯列主元消去法求解矩阵方程组。
高斯消去法是一种比较直观和简单的方法，但高斯消去法的特点是每次都是按照系数矩阵的主对角线上元素的顺序依次消元的，在这种迭代过程中容易出现两个问题：第一，一旦遇上某个主元等于零，消元过程便无法进行下去；第二，人们在长期的工作中发现，即使消元过程能进行下去，但当某个主元的绝对值很小时，求出的结果与真实值之相差甚远。为了避免高斯消元中出现的上述两个问题，一般采用高斯列主元消去法，其特点是：每次在系数矩阵中一次按列在主对角线及以下的元素中，选取最大的元素作为主元，将它调到主对角线上，然后用它消去主对角线以下的元素，最后化为同解的上三角形方程组去求解。
进一步，本实施例中在执行求解矩阵方程组的步骤之后，间隔设定时间，重复执行分别采集多个时刻的国标法检测数据和多个时刻的传感器检测数据的步骤。
本实施例中，进行24小时滑动计算修正系数，实时对传感器法测量数据进行校准，修正后传感器法测量数据可与国标法测量数据吻合。
实施例2
如图2所示，基于与上述实施例1相同的构思，本实施例还提出了水质监测数据校准***，用于传感器检测数据的校准，包括：
采集模块，分别采集多个时刻的国标法检测数据和多个时刻的传感器检测数据；
拟合模块，根据多个国标法检测数据拟合国标法检测曲线，根据多个传感器检测数据拟合传感器检测曲线；
方程构建模块，执行N次方程构建操作，得到N个方程组成的矩阵方程组，N为自然数，且N≥3；任一次方程构建操作包括：
从传感器检测曲线和国标法检测曲线上，获取同一时刻的传感器检测数据以及国标法检测数据；
将传感器检测数据作为自变量m，同一时刻的国标法检测数据作为因变量Z，构建方程Z＝a2·m2+b2·m+c2；
第一计算模块，求解矩阵方程组，矩阵方程组的解作为a2，b2，c2的取值；
校准模块，对任一传感器检测数据，将传感器检测数据作为自变量m，代入方程Z＝a2·m2+b2·m+c2，得到的Z值作为该任一传感器检测数据的校准值。
进一步，第一计算模块，用于求解矩阵方程组，具体包括：
通过高斯列主元消去法求解矩阵方程组。
进一步，还包括：数据更新模块，在执行求解矩阵方程组的步骤之后，间隔设定时间，重复执行分别采集多个时刻的国标法检测数据和多个时刻的传感器检测数据的步骤。
前述实施例1中的水质监测数据校准方法的各种变化方式和具体实例同样适用于本实施例的水质监测数据校准***，通过前述水质监测数据校准方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中水质监测数据校准***的实施方法，所以为了说明书的简洁，在此不再详述。
实施例3
基于上述实施例1相同的发明构思，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其中，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的水质监测数据校准方法的步骤。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.水质监测数据校准方法，用于传感器检测数据的校准，其特征在于，包括：
分别采集多个时刻的国标法检测数据和多个时刻的传感器检测数据；
根据所述多个国标法检测数据拟合国标法检测曲线，根据所述多个传感器检测数据拟合传感器检测曲线；
执行N次方程构建操作，得到N个方程组成的矩阵方程组，N为自然数，且N≥3；任一次方程构建操作包括：
从所述传感器检测曲线和国标法检测曲线上，获取同一时刻的传感器检测数据以及国标法检测数据；
将传感器检测数据作为自变量m，同一时刻的国标法检测数据作为因变量Z，构建方程Z＝a2·m2+b2·m+c2；
求解所述矩阵方程组，所述矩阵方程组的解作为a2，b2，c2的取值；
对任一传感器检测数据，将所述传感器检测数据作为自变量m，代入方程Z＝a2·m2+b2·m+c2，得到的Z值作为该任一传感器检测数据的校准值。
2.根据权利要求1所述的水质监测数据校准方法，其特征在于，所述求解所述矩阵方程组，具体包括：
通过高斯列主元消去法求解矩阵方程组。
3.根据权利要求1所述的水质监测数据校准方法，其特征在于，在执行求解所述矩阵方程组的步骤之后，间隔设定时间，重复执行所述分别采集多个时刻的国标法检测数据和多个时刻的传感器检测数据的步骤。
4.水质监测数据校准***，用于传感器检测数据的校准，其特征在于，包括：
采集模块，分别采集多个时刻的国标法检测数据和多个时刻的传感器检测数据；
拟合模块，根据所述多个国标法检测数据拟合国标法检测曲线，根据所述多个传感器检测数据拟合传感器检测曲线；
方程构建模块，执行N次方程构建操作，得到N个方程组成的矩阵方程组，N为自然数，且N≥3；任一次方程构建操作包括：
从所述传感器检测曲线和国标法检测曲线上，获取同一时刻的传感器检测数据以及国标法检测数据；
将传感器检测数据作为自变量m，同一时刻的国标法检测数据作为因变量Z，构建方程Z＝a2·m2+b2·m+c2；
第一计算模块，求解所述矩阵方程组，所述矩阵方程组的解作为a2，b2，c2的取值；
校准模块，对任一传感器检测数据，将所述传感器检测数据作为自变量m，代入方程Z＝a2·m2+b2·m+c2，得到的Z值作为该任一传感器检测数据的校准值。
5.根据权利要求4所述的水质监测数据校准***，其特征在于，所述第一计算模块，用于求解所述矩阵方程组，具体包括：
通过高斯列主元消去法求解矩阵方程组。
6.根据权利要求4所述的水质监测数据校准***，其特征在于，还包括：
数据更新模块，在执行求解所述矩阵方程组的步骤之后，间隔设定时间，重复执行所述分别采集多个时刻的国标法检测数据和多个时刻的传感器检测数据的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～3任一项所述的水质监测数据校准方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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