高光谱检测常态化：一个被低估的蓝海市场
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新冠肺炎疫情引发的卫生危机仍未结束。19日，巴黎市政府向媒体表示，巴黎水务部门实验室在27个非饮用自来水采样点中，检测到4个样本中存在新冠病毒。
据了解，这些非饮用自来水主要是用来清洗街道，但是为预防起见，巴黎市政府已立即暂停使用这些水源，此消息一经发出即引起广泛关注。我国早在二月份就注意到水体监测和保护在疫情防控中的重要意义。
1、已出台政策文件
2月1日，我国生态环境部办公厅印发《关于做好新型冠状病毒感染的肺炎疫情医疗污水和城镇污水监管工作的通知》，要求安排部署医疗污水和城镇污水监管工作，确保出水粪大肠菌群数指标达到相关排放标准要求，防止新型冠状病毒通过粪便和污水扩散传播。
2月20日财政部、生态环境部又再次出台《关于加强污染防治资金管理支持打赢疫情防控阻击战的通知》聚焦资金使用支出方向。根据疫情防控需要，要求水污染防治资金要支持开展应急监测和处置、加强饮用水水源地环境保护、垃圾填埋场地下水环境监管切实，保障群众用水安全。优化资金安排程序，切实保障疫情防控经费需求，并抓紧相关项目落地计划。
2、我国水质检测行业现状
中国是现今世界13个缺水国家之一，而长期“只污染、不治理”又降低了水体的使用功能，使水资源短缺雪上加霜。有资料显示：我国江河湖泊普遍遭受污染，全国75%的湖泊出现了不同程度的富营养化，90%的城市水系污染严重。以上这些对我国可持续成长战略的实施带来了负面影响。
水污染会严重破坏生态环境、影响人类生存，要想实现人类社会的可持续成长，首先要解决水污染疑难题目，其中的关键便是——高效准确的完成水质检测，从而为后续水资源治理、保护提供依据。
从2016年12月中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于全面推行河长制的意见》以来各省市抓紧围绕水资源保护、水域岸线管理、水污染防治、水环境质量、水生态功能、执法监督机制，水质保护至今已取得了显著成效但是传统的水质检测方法需要将样本带回实验室，检测过程繁琐。特别是当河流、湖泊面积较大时，需要研究人员在不同的位置采集样本，虽精度高，但是操作过程繁琐；并且由于送检等待耗时较长，易导致样本二次污染，无法满足现阶段简便高效的数据采集需求。
3、高光谱水质检测方法
什么是高光谱技术呢？高光谱技术利用物质的光谱吸收特性，实现对待测物质的检测，耗时短、精度高，具有大面积布设长时程在线监测的潜力，在水质检测领域大有可为。利用高光谱技术研发的水质光谱检测仪可实现水质参数的原位快速检测，具有无污染、快速、实时、全天候的技术优势，是水质检测领域的重大技术突破。水质光谱检测仪配合一款水质分析的APP软件，将光谱数据通过无线网络实时传输至云端大数据分析系统，通过系统中的预设模型计算得出各类水质参数，包括COD、总磷、总氮、溶解氧、氨氮、悬浮物浓度和浊度等参数，分析结果实时显示在智能手机终端，可以随时随地完成水质检测。
水质光谱检测系统示意图
水质光谱检测仪根据不同的需求可以进行固定式检测，还可以搭载在无人机和无人船上进行移动式检测，应用于多样使用场景。
固定式水质光谱检测
无人船载光谱检测终端与平台
大范围的获取河流、湖泊整个水域的成像光谱数据，还可以使用无人机搭载水质光谱检测式的方式进午数据采集。
无人机载光谱检测终端
4、应用案例效果
1、延庆智慧水务系统。延庆水务局水质在线监测系统，采用便携式光谱采集终端，采集河道水质状况，水体原始光谱数据通过无线网络实时传输至云端大数据分析系统，通过预设的模型可以实时反演水体叶绿素a浓度、浊度、悬浮物浓度、水色指数、总磷、总氮、COD（化学需氧量）、CDOM（有色可溶性有机物）、氨氮、溶解氧等水质参数，将结果展示在采集人员手机及延庆市政智慧水务系统大屏、管理员手机和iPad终端，能实时进行水质状况监控、超标报警等。与传统实验室水质化验分析相比，该系统最大的技术突破是快速、实时、智能，可满足环保、水务等有关行业部门对河流、湖泊等水质参数快速实时检测的需求，为政府部门宏观决策和微观管理提供强有力的支撑。下图为延庆区市政指挥大屏。
延庆区市政指挥大屏
延庆区进行实地测试
2、南京养殖业水质监测应用。2019年10月底，中科谱光在淳区阳江镇南溪村实际进行固定式水质监测仪实地测试。固定式水质监测设备由小型智能光谱数据采集模块、数据存储模块、无线传输模块、供电等辅助模块组成，由船携带，沿着蟹塘边绕蟹塘一周，对蟹塘整个水域进行扫描，监控蟹塘中水质指标有无跳变，并通过自定义配置每个参数的指标阈值来实现系统报警，历史数据追踪等；扫描完成后，将固定式水质监测设备固定于蟹塘一处，定时地获取水质光谱，设置10s为时间间隔采集不少于100组数据，通过4G/5G网络实时传输到监测平台，24小时实时在线显示水质检测结果，提供COD、总磷、总氮、溶解氧、氨氮、悬浮物浓度和浊度等参数，在监测平台进行数据读取；与此同时，通过手持式水质检测仪，对水体进行多次测量，通过移动PC电脑和移动智能终端观察数据与固定式水质监测设备有无偏差，实现随时随地查看水质状况。
水质光谱在线检测系统构架图
测试点地图
水质光谱在线监测系统的应用，将为我国水质在线检测提供全新的技术手段，一方面大量节省了监测投入成本，另一方面大幅提高了监测效率，且无二次污染，与传统方法相比，投入成本节省80%以上。目前水质光谱检测系统已经应用到深圳、北京、郑州等地的城镇水务、城市水体修复、农业养殖水质安全等相关领域，对当地的水资源管理保护、河道湖泊综合治理、水产品产量提升等工作起到了良好的促进提升作用，产生较好的社会反响。
5、其他相关检测可能性
光谱分析是判别物质属性的重要方式，这是因为不同的元素及其化合物都有自己独特的光谱特征，如果说普通光学成像能看到物质的形状、尺寸等信息，光谱分析则能获取物质的成分信息。光谱因此被视为辨别物质的“指纹”，尤其是高光谱技术，能在可见光到短波红外的光谱区间连续获取信号，所记录的通道数量可以达到数百个，且光谱通道很窄，分辨率很高，其光谱探测范围远远超过了人类肉眼的感知范围，能够探测人眼无法看到的大量信息。
所以高光谱检测技术也可以广泛应用于民生各个领域，如果蔬农残检测、奶粉品质检测、猪肉新鲜度检测、古书画文物检测等。
6、社会价值
形势决定任务，行动决定成效。当前，我国疫情防控向好态势进一步巩固，在常态化疫情防控中经济社会运行将逐步趋于正常，生产生活秩序加快恢复。与此同时，国际疫情持续蔓延，世界经济下行风险加剧，许多国家的麻烦已非疫情本身，由此产生的粮食、洁水资源短缺等衍生问题可能更为严重，并且难以预料。高光谱检测技术的推广应用不仅便利于防疫与污染检测工作的开展，在未来更会广泛应用于民生的方方面面，特别是食品安全和人脸识别领域，助力国民的健康和保障金融交易安全。
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