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专利号: 2023113664616
申请人: 南京师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种融合了浮游藻类色素蛋白光谱与图像的水质分析方法,其特征在于,具体包括如下组成部分:

第一组成部分(1):光谱分析仪器模块,该光谱分析仪器模块包括光谱仪、分光计、光源、检测器和光学系统,用于测量通过滤膜收集设备处理过后的浮游藻类色素蛋白的光谱特征;

第二组成部分(2):数据处理单元模块:用于接收和处理光谱仪器采集到的浮游藻类的光谱数据;该数据处理单元模块包括计算机、处理器、算法和软件程序,用于分析浮游藻类中提取的色素蛋白的光谱数据并映射有关水质的相关信息;所述第二组成部分(2)中,数据处理单元模块接收和处理光谱仪器采集到的浮游藻类的光谱数据并提取有关水质的相关信息,具体包括如下步骤:(21)使用计算机和相应的软件程序对原始浮游藻类色素蛋白的光谱数据进行去除噪声、标准化;

(22)使用主成分分析算法和模式识别技术,从预处理的光谱数据中提取有关浮游藻类色素蛋白的数据特征,寻找特定波长范围内的峰值或波形模式,并计算相应的特征参数,包括波长、吸光度和峰面积;

(23)使用主成分分析算法通过线性变换将原始的高维光谱数据降维到较低维度的特征空间,使用PCA提取最具代表性的主成分,并保留色素蛋白的光谱数据中的主要信息;

第三组成部分(3):色素蛋白数据库模块:基于存储不同浮游藻类的不同色素蛋白光谱特征数据的色素蛋白数据库,将采集到的浮游藻类样本的光谱数据进行比对和匹配;该数据库包括已有的浮游藻类的光谱特征信息数据以及对应的与环境的映射关系;所述第三组成部分(3)中,利用已有浮游藻类的色素蛋白数据库,将采集到的浮游藻类样本的光谱数据进行比对和匹配,具体包括如下步骤:(31)该色素蛋白数据库基于已有采集样本数据建立,包含不同藻类的已知光谱特征信息;将提取的色素蛋白光谱特征数据存储到色素蛋白数据库中,并建立索引以实现数据访问;

(32)对色素蛋白数据库中的浮游藻类光谱数据进行标注和分类,以建立与环境的映射关系;根据浮游藻类的分类学信息、生态学特征和水质参数对数据进行分类和标记;

(33)利用机器学习和模式分类算法,将提取的光谱特征数据映射到建立好的浮游藻类色素蛋白数据库中,与色素蛋白数据库中的数据进行比对和匹配;

第四组成部分(4):数据分析和水质评估模块:该数据分析和水质评估模块用于对光谱数据进行分析和解释;将采集到的光谱数据与色素蛋白数据库进行比对,并根据匹配结果评估水质的相关指标;所述第四组成部分(4)中,数据分析和水质评估模块:用于对光谱数据进行分析和解释,具体包括如下步骤:分别使用相关系数和余弦相似度来计算浮游藻类色素蛋白的光谱数据与色素蛋白数据库中的样本的相似性;使用支持向量机进行浮游藻类的识别与分类;

(41)根据相似度匹配和查询处理的结果,返回与新样本最相似的浮游藻类的光谱特征信息和环境映射关系;如果匹配结果不满足要求或色素蛋白数据库中没有对应的数据,则考虑更新色素蛋白数据库,添加新的浮游藻类光谱特征数据,并进行相应的数据管理和索引更新;

(42)根据计算得到的水质指标,进行水质评估和污染程度分析;利用通过以上组成部分得到的色素蛋白反映的水质数据结合已有的水质标准、指标阈值或专家规则,对水质参数进行评估,判断水体是否处于正常状态、富营养化或污染;

第五组成部分(5):结果显示和报告模块:将分析得到的水质评估结果以可视化的形式综合显示;通过输出设备将分析所得数据信息和原始图像信息综合呈现给用户,并生成水质分析报告,展示检测水体的分析结果。

2.根据权利要求1所述的一种融合了浮游藻类色素蛋白光谱与图像的水质分析方法,其特征在于,所述第五组成部分(5)中,结果显示和报告模块:将分析得到的水质评估结果以可视化的形式显示,通过输出设备将结果呈现给用户,并生成水质分析报告,具体包括如下步骤:(51)根据数据和分析需求,将水质评估和分析结果以可视化的形式呈现给用户,包括色素蛋白数据对应的图表和水质热力图,以呈现水质参数的变化趋势和相对比例信息;

(52)将色素蛋白映射得到的水质评估数据结果通过计算机可视化工具进行绘制和展示;

(53)基于分析结果,综合信息生成水质分析报告,报告包含水质评估结果、数据图表和色素蛋白相关信息。