本公開涉及水環(huán)境檢測領(lǐng)域,尤其涉及一種測量方法及裝置、電子設(shè)備和存儲介質(zhì)。
背景技術(shù):
1、水體泥沙含量是重要的水文參數(shù)之一。對水體泥沙含量的監(jiān)測,對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、水源保護(hù)、水土流失治理等多個(gè)方面有重大意義。
2、現(xiàn)有的測量方法主要包括:(1)采樣分析:通過采集樣品,然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析,這種方法雖然準(zhǔn)確,但采樣頻率低,成本高,且無法提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。(2)光學(xué)儀器:如濁度計(jì),可以快速測量水體中的泥沙含量,但在高濁度或含有其他懸浮物質(zhì)的水體中準(zhǔn)確性較差。(3)聲學(xué)儀器:如超聲波泥沙儀,通過聲波在水體中的傳播特性來估計(jì)泥沙含量,但受水溫、鹽度等因素影響較大。
3、無論上述哪種方法,均僅適用于一定的場景下,并不能通用于各種場景,無法實(shí)現(xiàn)全時(shí)空域下的水體泥沙含量測量。
4、因此,亟需一種在全時(shí)空域下測量水體中泥沙含量的泛化方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此,本公開提出了一種泥沙指標(biāo)測量方案。
2、根據(jù)本公開的一方面,提供了一種測量方法,用于泥沙指標(biāo)測量,包括:獲取樣品的光譜信號以及泥沙指標(biāo)真值,所述光譜信號包括:散射信號,和/或透射信號,和/或反射信號;針對所述樣品,確定影響泥沙指標(biāo)的至少一種目標(biāo)因素;利用所述光譜信號,構(gòu)造表征各目標(biāo)因素的光譜特征,單個(gè)樣品對應(yīng)多個(gè)光譜特征;利用所述光譜特征以及所述泥沙指標(biāo)真值,構(gòu)造第一數(shù)據(jù);基于第一數(shù)據(jù),確定泥沙指標(biāo)計(jì)算模型,所述泥沙指標(biāo)計(jì)算模型用于對待測樣品的泥沙指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算;其中所述利用所述光譜信號,構(gòu)造表征各目標(biāo)因素的光譜特征,包括:
3、確定對目標(biāo)因素發(fā)生響應(yīng)的光譜的至少兩個(gè)第一波長,以及所述第一波長對應(yīng)的第一光譜信號,所述至少兩個(gè)第一波長對應(yīng)的第一光譜信號的差異滿足預(yù)設(shè)的強(qiáng)度差異條件;
4、對所述第一光譜信號進(jìn)行處理以消除本底信號或提升信號對所述目標(biāo)因素的敏感度,并得到至少一個(gè)候選特征;
5、從所述候選特征中,篩選出所述目標(biāo)因素的光譜特征。
6、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述光譜信號還包括:熒光信號;并且/或者,所述泥沙指標(biāo)包括:泥沙含量、泥沙平均粒徑、泥沙成分中的至少一種。在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述確定對目標(biāo)因素發(fā)生響應(yīng)的光譜的至少兩個(gè)第一波長,包括:根據(jù)光譜對所述目標(biāo)因素的響應(yīng)強(qiáng)度,確定所述第一波長;所述對所述第一光譜信號進(jìn)行處理以消除本底信號或提升信號對所述目標(biāo)因素的敏感度,并得到至少一個(gè)候選特征,包括:將兩個(gè)第一波長對應(yīng)的所述響應(yīng)強(qiáng)度的比值作為所述候選特征。
7、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述響應(yīng)強(qiáng)度包括信號強(qiáng)度,所述目標(biāo)因素包括目標(biāo)粒徑,所述根據(jù)光譜對所述目標(biāo)因素的響應(yīng)強(qiáng)度,確定所述第一波長,包括:基于所述樣品中泥沙粒徑分布,確定多個(gè)目標(biāo)粒徑;在針對單個(gè)所述目標(biāo)粒徑發(fā)生響應(yīng)的光譜的波長中,將信號強(qiáng)度之差大于第一強(qiáng)度閾值的波長對,確定為所述第一波長;并且/或者,所述響應(yīng)強(qiáng)度包括信號強(qiáng)度,所述目標(biāo)因素包括目標(biāo)成分,所述根據(jù)光譜對所述目標(biāo)因素的響應(yīng)強(qiáng)度,確定所述第一波長,包括:獲取所述樣品的水質(zhì)信息,所述水質(zhì)信息包括所述目標(biāo)成分;在針對單個(gè)所述目標(biāo)成分發(fā)生響應(yīng)的光譜中,確定目標(biāo)波段;將所述目標(biāo)波段內(nèi)的、信號強(qiáng)度之差大于第二強(qiáng)度閾值的波長對,確定為第一波長;并且/或者,所述響應(yīng)強(qiáng)度包括信號強(qiáng)度,所述目標(biāo)因素包括目標(biāo)成分占比,所述根據(jù)光譜對所述目標(biāo)因素的響應(yīng)強(qiáng)度,確定所述第一波長,包括:獲取所述樣品的水質(zhì)信息,所述水質(zhì)信息包括所述目標(biāo)成分占比;在針對單個(gè)所述目標(biāo)成分占比發(fā)生響應(yīng)光譜的波長中,將信號強(qiáng)度之差大于第三強(qiáng)度閾值的波長對,確定為第一波長。
8、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述從所述候選特征中,篩選出所述目標(biāo)因素的光譜特征,包括:確定各所述候選特征與所述泥沙指標(biāo)真值之間的相關(guān)性;根據(jù)所述相關(guān)性,確定所述目標(biāo)因素的光譜特征。
9、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述第一數(shù)據(jù)包括:訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù),所述基于第一數(shù)據(jù),確定泥沙指標(biāo)計(jì)算模型,包括:獲取多個(gè)初始模型;根據(jù)多個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)以及所述初始模型,確定多個(gè)第一模型、以及與各所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)對應(yīng)的第一計(jì)算泥沙指標(biāo),單個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)對應(yīng)一個(gè)泥沙指標(biāo)真值和一個(gè)第一計(jì)算泥沙指標(biāo);基于多個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)對應(yīng)的泥沙指標(biāo)真值和第一計(jì)算泥沙指標(biāo),對所述多個(gè)第一模型進(jìn)行篩選,得到至少兩個(gè)第二模型;利用所述測試數(shù)據(jù),在所述至少兩個(gè)第二模型中進(jìn)行篩選,得到所述泥沙指標(biāo)計(jì)算模型。
10、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述利用所述測試數(shù)據(jù),在所述至少兩個(gè)第二模型中進(jìn)行篩選,得到所述泥沙指標(biāo)計(jì)算模型,包括:將所述測試數(shù)據(jù)輸入所述第二模型,得到與所述測試數(shù)據(jù)對應(yīng)的第二泥沙計(jì)算指標(biāo),單個(gè)測試數(shù)據(jù)對應(yīng)一個(gè)泥沙指標(biāo)真值和一個(gè)第二計(jì)算泥沙指標(biāo);基于所述測試數(shù)據(jù)的泥沙指標(biāo)真值和第二計(jì)算泥沙指標(biāo)的差值,確定至少一個(gè)模型評價(jià)指標(biāo);基于所述模型評價(jià)指標(biāo),從所述第二模型中,確定出所述泥沙指標(biāo)計(jì)算模型。
11、根據(jù)本公開的另一方面,提供了一種測量裝置,用于泥沙指標(biāo)測量,包括:
12、樣品光譜信號以及泥沙指標(biāo)獲取單元,用于獲取樣品的光譜信號以及泥沙指標(biāo)真值,所述光譜信號包括:散射信號,和/或透射信號,和/或反射信號;
13、目標(biāo)因素確定單元,用于針對所述樣品,確定影響泥沙指標(biāo)的至少一種目標(biāo)因素;
14、光譜特征確定單元,用于利用所述光譜信號,構(gòu)造表征各目標(biāo)因素的光譜特征,單個(gè)樣品對應(yīng)多個(gè)光譜特征;
15、第一數(shù)據(jù)構(gòu)造單元,用于利用所述光譜特征以及所述泥沙指標(biāo)真值,構(gòu)造第一數(shù)據(jù);
16、泥沙指標(biāo)計(jì)算模型確定單元,用于基于第一數(shù)據(jù),確定泥沙指標(biāo)計(jì)算模型,所述泥沙指標(biāo)計(jì)算模型用于對待測樣品的泥沙指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算;其中,所述光譜特征確定單元,包括:
17、第一波長及第一光譜信號確定單元,用于確定對目標(biāo)因素發(fā)生響應(yīng)的光譜的至少兩個(gè)第一波長,以及所述第一波長對應(yīng)的第一光譜信號,所述至少兩個(gè)第一波長對應(yīng)的第一光譜信號的差異滿足預(yù)設(shè)的強(qiáng)度差異條件;
18、候選特征確定單元,用于對所述第一光譜信號進(jìn)行處理以消除本底信號或提升信號對所述目標(biāo)因素的敏感度,并得到至少一個(gè)候選特征;
19、光譜特征確定子單元,用于從所述候選特征中,篩選出所述目標(biāo)因素的光譜特征。
20、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述光譜信號還包括:熒光信號;并且/或者,
21、所述泥沙指標(biāo)包括:泥沙含量、泥沙平均粒徑、泥沙成分中的至少一種。
22、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述第一波長及第一光譜信號確定單元,進(jìn)一步用于:
23、根據(jù)光譜對所述目標(biāo)因素的響應(yīng)強(qiáng)度,確定所述第一波長;
24、所述對所述第一光譜信號進(jìn)行處理以消除本底信號或提升信號對所述目標(biāo)因素的敏感度,并得到至少一個(gè)候選特征,包括:
25、將兩個(gè)第一波長對應(yīng)的所述響應(yīng)強(qiáng)度的比值作為所述候選特征。
26、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述響應(yīng)強(qiáng)度包括信號強(qiáng)度,所述目標(biāo)因素包括目標(biāo)粒徑,所述根據(jù)光譜對所述目標(biāo)因素的響應(yīng)強(qiáng)度,確定所述第一波長,包括:
27、基于所述樣品中泥沙粒徑分布,確定多個(gè)目標(biāo)粒徑;
28、在針對單個(gè)所述目標(biāo)粒徑發(fā)生響應(yīng)的光譜的波長中,將信號強(qiáng)度之差大于第一強(qiáng)度閾值的波長對,確定為所述第一波長;并且/或者,
29、所述響應(yīng)強(qiáng)度包括信號強(qiáng)度,所述目標(biāo)因素包括目標(biāo)成分,所述根據(jù)光譜對所述目標(biāo)因素的響應(yīng)強(qiáng)度,確定所述第一波長,包括:
30、獲取所述樣品的水質(zhì)信息,所述水質(zhì)信息包括所述目標(biāo)成分;
31、在針對單個(gè)所述目標(biāo)成分發(fā)生響應(yīng)的光譜中,確定目標(biāo)波段;
32、將所述目標(biāo)波段內(nèi)的、信號強(qiáng)度之差大于第二強(qiáng)度閾值的波長對,確定為第一波長;并且/或者,
33、所述響應(yīng)強(qiáng)度包括信號強(qiáng)度,所述目標(biāo)因素包括目標(biāo)成分占比,所述根據(jù)光譜對所述目標(biāo)因素的響應(yīng)強(qiáng)度,確定所述第一波長,包括:
34、獲取所述樣品的水質(zhì)信息,所述水質(zhì)信息包括所述目標(biāo)成分占比;
35、在針對單個(gè)所述目標(biāo)成分占比發(fā)生響應(yīng)光譜的波長中,將信號強(qiáng)度之差大于第三強(qiáng)度閾值的波長對,確定為第一波長。
36、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述光譜特征確定子單元,進(jìn)一步用于:
37、確定各所述候選特征與所述泥沙指標(biāo)真值之間的相關(guān)性;
38、根據(jù)所述相關(guān)性,確定所述目標(biāo)因素的光譜特征。
39、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述第一數(shù)據(jù)包括:訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù),所述泥沙指標(biāo)計(jì)算模型確定單元,進(jìn)一步用于:
40、獲取多個(gè)初始模型;
41、根據(jù)多個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)以及所述初始模型,確定多個(gè)第一模型、以及與各所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)對應(yīng)的第一計(jì)算泥沙指標(biāo),單個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)對應(yīng)一個(gè)泥沙指標(biāo)真值和一個(gè)第一計(jì)算泥沙指標(biāo);
42、基于多個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)對應(yīng)的泥沙指標(biāo)真值和第一計(jì)算泥沙指標(biāo),對所述多個(gè)第一模型進(jìn)行篩選,得到至少兩個(gè)第二模型;
43、利用所述測試數(shù)據(jù),在所述至少兩個(gè)第二模型中進(jìn)行篩選,得到所述泥沙指標(biāo)計(jì)算模型。
44、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述利用所述測試數(shù)據(jù),在所述至少兩個(gè)第二模型中進(jìn)行篩選,得到所述泥沙指標(biāo)計(jì)算模型,包括:
45、將所述測試數(shù)據(jù)輸入所述第二模型,得到與所述測試數(shù)據(jù)對應(yīng)的第二泥沙計(jì)算指標(biāo),單個(gè)測試數(shù)據(jù)對應(yīng)一個(gè)泥沙指標(biāo)真值和一個(gè)第二計(jì)算泥沙指標(biāo);
46、基于所述測試數(shù)據(jù)的泥沙指標(biāo)真值和第二計(jì)算泥沙指標(biāo)的差值,確定至少一個(gè)模型評價(jià)指標(biāo);
47、基于所述模型評價(jià)指標(biāo),從所述第二模型中,確定出所述泥沙指標(biāo)計(jì)算模型。
48、根據(jù)本公開的另一方面,提供了一種電子設(shè)備,包括:處理器;用于存儲處理器可執(zhí)行指令的存儲器;其中,所述處理器被配置為在執(zhí)行所述存儲器存儲的指令時(shí),實(shí)現(xiàn)上述方法。
49、根據(jù)本公開的另一方面,提供了一種非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì),其上存儲有計(jì)算機(jī)程序指令,其中,所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法。
50、根據(jù)本公開的另一方面,提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品,包括計(jì)算機(jī)可讀代碼,或者承載有計(jì)算機(jī)可讀代碼的非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì),當(dāng)所述計(jì)算機(jī)可讀代碼在電子設(shè)備的處理器中運(yùn)行時(shí),所述電子設(shè)備中的處理器執(zhí)行上述方法。
51、在本公開實(shí)施例中,可以使用第一數(shù)據(jù)構(gòu)造(驗(yàn)證)、訓(xùn)練、測試模型,將滿足預(yù)先設(shè)定的條件的模型作為泥沙指標(biāo)計(jì)算模型。這里的條件可以包括多個(gè)維度的條件,例如:準(zhǔn)確性維度、穩(wěn)定性維度、泛化能力等維度。第一數(shù)據(jù)中包含了一種或多種表征目標(biāo)因素的光譜特征。由此,確定泥沙指標(biāo)計(jì)算模型的過程,實(shí)際上是尋找光譜特征與泥沙指標(biāo)之間的映射關(guān)系的過程。這樣一來,本公開實(shí)施例中的泥沙指標(biāo)計(jì)算模型可以僅依賴于光譜信號(光譜特征),便可以準(zhǔn)確地確定出泥沙指標(biāo),而不用再考慮其他因素,提高了確定出的泥沙指標(biāo)的準(zhǔn)確性和效率。另外,本公開實(shí)施例的方法,不受場景、時(shí)空域的限制,可以作為全時(shí)空域下確定樣品中泥沙指標(biāo)的泛化方法,提高了本公開方法的適用性。
52、根據(jù)下面參考附圖對示例性實(shí)施例的詳細(xì)說明,本公開的其它特征及方面將變得清楚。