土壤重金属遥测仪无人载台地面测试系统设计与实现
这是一篇关于激光诱导击穿光谱,土壤重金属污染,快速检测,无人载台,嵌入式的论文, 主要内容为土壤是人类生产和生活最重要的资源,随着我国工业化进程的持续推进,土壤中的重金属元素超标以及土壤重金属污染问题也日趋严峻。土壤中的重金属含量过高,不仅对农业有很大的危害,对人体也有很大的影响。激光诱导击穿光谱技术(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)以其快速、可实现多组分同时检测等优势,在生物医学、军事安全、太空探测、工业过程控制、环境污染监测等方面获得了广泛应用。针对现有耕地土壤重金属污染物检测手段无法满足大面积快速检测、多种重金属元素同时联测,以及长期跟踪检测需求等问题,基于LIBS技术与嵌入式技术,结合实验室条件下无人载台进行无人载台控制及土壤重金属元素检测,从快速实时稳定检测分析的角度出发,具体开展了如下工作:(1)在实验室搭建LIBS检测系统,优化检测条件,获取含重金属的土壤光谱图,并对其进行数据分析。基于上述LIBS检测系统,搭载基于无人载台的LIBS检测系统,实现了实验室条件下数据采集到无人载台条件下测试系统数据采集的转换,制备土壤样品,对样品中重金属元素Cr进行光谱采集与数据分析。(2)设计了基于无人载台的LIBS自聚焦检测控制电子学系统。本研究以嵌入式微机为主要控制平台,以固体激光器、微型光纤光谱仪和嵌入式计算机仪器组成核心部件,完成高能量激光产生、光谱采集、光谱处理和分析等多项功能。将GPS定位模块、降压模块等作为环境或样本数据收集模块,与自主开发的电路模块相集成,实现对样本数据的收集。使用Altium Designer 20软件进行系统硬件电路图设计和PCB板设计。在此基础上,将LIBS自聚焦检测装置组装并与导轨滑块进行机械连接,利用电机控制驱动滑块,模拟无人机飞行环境,对电路性能进行测试验证,最终搭建基于无人载台的LIBS自聚焦检测硬件系统,实现了在无人载台模拟实验室环境下的高稳定性无人载台数据采集,完成了该电子学系统的联机测试。(3)开发了基于无人载台的LIBS自聚焦检测系统控制软件。以Linux操作系统为平台,使用Qt开发框架,并利用C++语言,开发了一款具有硬件设备控制功能和光谱数据采集功能的软件。为了实现上述功能,在Ubuntu和树莓派上分别搭建软件开发环境,并完成了主机从机的交互编译,最终成功实现了该软件的功能。在Qt中,通过对激光串行接口编程、对光谱仪的动态库的调用,可以完成对激光的控制、光谱仪的数据采集等功能。该软件操作简单、界面简洁,可有效控制无人载台启停及转速,可实现基于无人载台的光谱数据采集。该系统具有良好的工作性能,可实现土壤中重金属元素的快速原位检测,将地面无人载台测试系统采集数据与实验台测试数据进行对比,验证了该系统的稳定性与可靠性。本土壤重金属遥测仪无人载台地面测试系统通过数据采集和光谱对比验证了其稳定性和可靠性,为未来将LIBS系统架构在无人机上开展耕地土壤重金属远程遥测提供了基础。
土壤重金属遥测仪无人载台地面测试系统设计与实现
这是一篇关于激光诱导击穿光谱,土壤重金属污染,快速检测,无人载台,嵌入式的论文, 主要内容为土壤是人类生产和生活最重要的资源,随着我国工业化进程的持续推进,土壤中的重金属元素超标以及土壤重金属污染问题也日趋严峻。土壤中的重金属含量过高,不仅对农业有很大的危害,对人体也有很大的影响。激光诱导击穿光谱技术(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)以其快速、可实现多组分同时检测等优势,在生物医学、军事安全、太空探测、工业过程控制、环境污染监测等方面获得了广泛应用。针对现有耕地土壤重金属污染物检测手段无法满足大面积快速检测、多种重金属元素同时联测,以及长期跟踪检测需求等问题,基于LIBS技术与嵌入式技术,结合实验室条件下无人载台进行无人载台控制及土壤重金属元素检测,从快速实时稳定检测分析的角度出发,具体开展了如下工作:(1)在实验室搭建LIBS检测系统,优化检测条件,获取含重金属的土壤光谱图,并对其进行数据分析。基于上述LIBS检测系统,搭载基于无人载台的LIBS检测系统,实现了实验室条件下数据采集到无人载台条件下测试系统数据采集的转换,制备土壤样品,对样品中重金属元素Cr进行光谱采集与数据分析。(2)设计了基于无人载台的LIBS自聚焦检测控制电子学系统。本研究以嵌入式微机为主要控制平台,以固体激光器、微型光纤光谱仪和嵌入式计算机仪器组成核心部件,完成高能量激光产生、光谱采集、光谱处理和分析等多项功能。将GPS定位模块、降压模块等作为环境或样本数据收集模块,与自主开发的电路模块相集成,实现对样本数据的收集。使用Altium Designer 20软件进行系统硬件电路图设计和PCB板设计。在此基础上,将LIBS自聚焦检测装置组装并与导轨滑块进行机械连接,利用电机控制驱动滑块,模拟无人机飞行环境,对电路性能进行测试验证,最终搭建基于无人载台的LIBS自聚焦检测硬件系统,实现了在无人载台模拟实验室环境下的高稳定性无人载台数据采集,完成了该电子学系统的联机测试。(3)开发了基于无人载台的LIBS自聚焦检测系统控制软件。以Linux操作系统为平台,使用Qt开发框架,并利用C++语言,开发了一款具有硬件设备控制功能和光谱数据采集功能的软件。为了实现上述功能,在Ubuntu和树莓派上分别搭建软件开发环境,并完成了主机从机的交互编译,最终成功实现了该软件的功能。在Qt中,通过对激光串行接口编程、对光谱仪的动态库的调用,可以完成对激光的控制、光谱仪的数据采集等功能。该软件操作简单、界面简洁,可有效控制无人载台启停及转速,可实现基于无人载台的光谱数据采集。该系统具有良好的工作性能,可实现土壤中重金属元素的快速原位检测,将地面无人载台测试系统采集数据与实验台测试数据进行对比,验证了该系统的稳定性与可靠性。本土壤重金属遥测仪无人载台地面测试系统通过数据采集和光谱对比验证了其稳定性和可靠性,为未来将LIBS系统架构在无人机上开展耕地土壤重金属远程遥测提供了基础。
基于LIBS技术耕地土壤重金属监测预警与可视化信息服务平台设计
这是一篇关于土壤重金属污染,激光诱导击穿光谱,机器学习,数据可视化的论文, 主要内容为近年来,我国耕地土壤重金属污染面积日益扩大,严重的危害了耕地的经济收入、人们的身体健康和国家的繁荣稳定。耕地重金属污染的治理却十分困难,需要进行大量的资源投入和长期的治理实践才能找到合适的治理方案。作为耕地土壤重金属污染治理的重要环节,对耕地土壤重金属污染的监测是非常必要的。但是,面积广阔的重金属污染耕地,长期的监测需求,以及对监测中出现的大量数据的处理和重金属元素浓度的预测对耕地土壤重金属污染的监测提出了新的挑战。本文根据现阶段耕地土壤重金属污染面临的耕地土壤重金属污染大面积长期性监测、重金属污染的预测、区域重金属污染预警、大量数据存储和处理、重金属污染信息的可视化等问题提出了基于LIBS技术耕地土壤重金属监测预警和可视化信息服务平台的方案。其主要的工作内容如下:针对耕地土壤重金属预测问题,使用标准样品进行光谱采集,依靠这些光谱数据对决策树回归、LightGBM、TabNet使用网格搜索进行参数优化,并比较了优化后的模型在面对耕地土壤重金属预测任务时的效果,最终测得TabNet模型的均方根误差为7.91,明显优于另外两种算法模型,TabNet被选为进行耕地土壤重金属预测时的预测算法。针对区域重金属污染预警和可视化问题,采用了国家生态环境部给出的“土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)”中提出的风险筛选值和风险管制值作为预警等级划分依据对具体地块进行预警,采用内罗梅指数的形式对区域进行重金属污染预警。同时比较了径向基函数插值算法和三次样条插值算法对耕地土壤重金属含量空间插值的效果,选择了径向基函数插值算法对地块未检测点的重金属含量进行插值,并将插值结果以热力图的形式在地图中呈现,实现了耕地土壤重金属信息的可视化。针对耕地土壤重金属大范围长周期监测产生的大量数据处理和保存及相关的信息服务问题,设计了耕地土壤重金属污染的监测预警与可视化信息服务平台。采用RDSMySQL数据库作为数据保存和管理工具,flask、gunicorn和nginx作为后端框架处理采集到的光谱数据并接受和响应用户的请求。根据受众人群进行了使用场景分析,设计了元素检测、设备管理、专家咨询、个人中心等页面完成与耕地土壤重金属监测预警相关的可视化信息服务。
土壤重金属遥测仪无人载台地面测试系统设计与实现
这是一篇关于激光诱导击穿光谱,土壤重金属污染,快速检测,无人载台,嵌入式的论文, 主要内容为土壤是人类生产和生活最重要的资源,随着我国工业化进程的持续推进,土壤中的重金属元素超标以及土壤重金属污染问题也日趋严峻。土壤中的重金属含量过高,不仅对农业有很大的危害,对人体也有很大的影响。激光诱导击穿光谱技术(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)以其快速、可实现多组分同时检测等优势,在生物医学、军事安全、太空探测、工业过程控制、环境污染监测等方面获得了广泛应用。针对现有耕地土壤重金属污染物检测手段无法满足大面积快速检测、多种重金属元素同时联测,以及长期跟踪检测需求等问题,基于LIBS技术与嵌入式技术,结合实验室条件下无人载台进行无人载台控制及土壤重金属元素检测,从快速实时稳定检测分析的角度出发,具体开展了如下工作:(1)在实验室搭建LIBS检测系统,优化检测条件,获取含重金属的土壤光谱图,并对其进行数据分析。基于上述LIBS检测系统,搭载基于无人载台的LIBS检测系统,实现了实验室条件下数据采集到无人载台条件下测试系统数据采集的转换,制备土壤样品,对样品中重金属元素Cr进行光谱采集与数据分析。(2)设计了基于无人载台的LIBS自聚焦检测控制电子学系统。本研究以嵌入式微机为主要控制平台,以固体激光器、微型光纤光谱仪和嵌入式计算机仪器组成核心部件,完成高能量激光产生、光谱采集、光谱处理和分析等多项功能。将GPS定位模块、降压模块等作为环境或样本数据收集模块,与自主开发的电路模块相集成,实现对样本数据的收集。使用Altium Designer 20软件进行系统硬件电路图设计和PCB板设计。在此基础上,将LIBS自聚焦检测装置组装并与导轨滑块进行机械连接,利用电机控制驱动滑块,模拟无人机飞行环境,对电路性能进行测试验证,最终搭建基于无人载台的LIBS自聚焦检测硬件系统,实现了在无人载台模拟实验室环境下的高稳定性无人载台数据采集,完成了该电子学系统的联机测试。(3)开发了基于无人载台的LIBS自聚焦检测系统控制软件。以Linux操作系统为平台,使用Qt开发框架,并利用C++语言,开发了一款具有硬件设备控制功能和光谱数据采集功能的软件。为了实现上述功能,在Ubuntu和树莓派上分别搭建软件开发环境,并完成了主机从机的交互编译,最终成功实现了该软件的功能。在Qt中,通过对激光串行接口编程、对光谱仪的动态库的调用,可以完成对激光的控制、光谱仪的数据采集等功能。该软件操作简单、界面简洁,可有效控制无人载台启停及转速,可实现基于无人载台的光谱数据采集。该系统具有良好的工作性能,可实现土壤中重金属元素的快速原位检测,将地面无人载台测试系统采集数据与实验台测试数据进行对比,验证了该系统的稳定性与可靠性。本土壤重金属遥测仪无人载台地面测试系统通过数据采集和光谱对比验证了其稳定性和可靠性,为未来将LIBS系统架构在无人机上开展耕地土壤重金属远程遥测提供了基础。
基于Spring Boot的矿产品智能追溯系统设计与实现
这是一篇关于SpringBoot,卷积神经网络,数据挖掘,激光诱导击穿光谱,矿产品追溯的论文, 主要内容为我国资源及矿产品如铁矿、铜矿、煤炭和原油等进口量很大,但进口资源矿产以次充好、掺假作假等欺诈问题时常发生,本文结合多种算法对资源及典型矿产品的智能产地进行综合智能判别,利用Springboot实现资源及矿产品智能追溯系统,为资源、宝玉石类矿产品进口质量的监控提供辅助作用。首先,针对获取的业务原始数据进行预处理,通过缺失值填充、异常值检测、数据变换等手段进行数据清洗,最终得到系统需要的数据格式及类型;其次利用多种判别算法建立矿产品的智能产地溯源综合分析模型,对数据进行随机拆分进行模型训练和模型测试,通过调优模型的参数,使得追溯模型达到预期结果;再者对矿产品智能追溯系统进行需求分析、主要架构研究设计、系统详设、系统功能设计及数据库详细设计等,利用多种算法对10种典型矿产品的类别、产地溯源建立综合识别体系,开发并形成一套集追溯、统计、分析、判定、预警功能于一体的实时数据分析矿产品追溯系统;最后,完成系统测试规划,并且针对各功能模块编写测试用例,完成系统的功能测试、性能测试,结果显示系统各功能正常。
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