高光譜水質(zhì)在線監(jiān)測是一種融合高光譜技術(shù)與自動化監(jiān)測系統(tǒng)的手段，能夠?qū)λw質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行實時、連續(xù)且高精度的監(jiān)測。核心原理在于，水體中的各類物質(zhì)，像污染物、營養(yǎng)鹽、藻類等，會對特定波長的光產(chǎn)生獨特的吸收或反射規(guī)律，也就是“光譜特征”。比如葉綠素a在藍(lán)光和紅光波段有強吸收，在近紅外波段有反射峰；懸浮物會增強水體對可見光的散射，且散射強度隨顆粒物大小變化；有色可溶性有機物主要吸收藍(lán)光波段的光，吸收強度隨濃度升高而增強。高光譜技術(shù)可以檢測從紫外到近紅外甚至短波紅外的數(shù)百個連續(xù)波段的光譜數(shù)據(jù)，通過建立光譜特征與水質(zhì)參數(shù)濃度的數(shù)學(xué)模型，即“反演模型”，就能從光譜數(shù)據(jù)中計算出目標(biāo)參數(shù)的實時濃度。

實現(xiàn)“在線監(jiān)測”的系統(tǒng)由幾個部分組成。高光譜傳感器是核心檢測部件，根據(jù)監(jiān)測場景不同，可部署在固定式平臺如岸邊、浮標(biāo)或水下固定支架上，監(jiān)測特定點位的長期變化；也可搭載在無人機、監(jiān)測船等移動平臺上，實現(xiàn)大范圍水域的動態(tài)掃描；還能集成到小型設(shè)備中，用于小型水體的便攜監(jiān)測。自動化采樣與預(yù)處理模塊也是重要組成，部分系統(tǒng)會配套自動采樣裝置，保證傳感器穩(wěn)定采集代表性水樣的光譜數(shù)據(jù)，同時通過去除氣泡、控制光照干擾等預(yù)處理，減少環(huán)境因素的影響。數(shù)據(jù)傳輸與處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)將傳感器采集的光譜數(shù)據(jù)實時傳輸至后端平臺，由算法系統(tǒng)自動完成數(shù)據(jù)預(yù)處理、反演模型計算，并生成水質(zhì)參數(shù)濃度結(jié)果。可視化與預(yù)警模塊則將處理后的水質(zhì)數(shù)據(jù)通過平臺實時展示，當(dāng)參數(shù)濃度超過預(yù)設(shè)閾值時，自動觸發(fā)預(yù)警，支持快速響應(yīng)。

它能實現(xiàn)多參數(shù)同步監(jiān)測，一次光譜采集可同時反演數(shù)十種參數(shù)，無需為每個參數(shù)單獨部署傳感器；具有實時性與連續(xù)性，能實現(xiàn)分鐘級甚至秒級數(shù)據(jù)更新，檢測水質(zhì)的瞬時變化，而不是傳統(tǒng)方法的“定期采樣-滯后分析”；高精度與抗干擾能力強，高光譜的多波段數(shù)據(jù)能有效區(qū)分不同物質(zhì)的光譜重疊干擾，監(jiān)測精度遠(yuǎn)高于單波段或少數(shù)波段的技術(shù)；長期運行成本低，無需頻繁更換化學(xué)試劑，部分傳感器可遠(yuǎn)程校準(zhǔn)，減少現(xiàn)場維護(hù)工作量。