水是维系人类生存与发展的重要资源。然而,随着我国工业化和现代化进程的不断推进,大量工业废水和生活污水所造成的水环境污染日益严重,加强对水体环境的防治与监管已迫在眉睫。COD(Chemical Oxygen Demand),即化学需氧量,作为衡量水体水质状况的最重要参数之一,是水体环境监测的必测项目。因此,实现对水质COD参数的实时、在线监测,无疑具有重要的现实意义。诚然,目前水质COD检测已拥有众多的技术原理及方法。然而,基于紫外-可见(Ultraviolet-Visible:UV-VIS)光谱法的水质COD检测技术,它不仅具有灵敏度高、重复性好、检测精度高、分析速度快等优点,而且能够实现对地表水、生活污水、工业废水等多种场景下COD参数的在线、原位测量。尤其是,它与无线传感网络(Wireless Sensor Network:WSN)相结合,构建一种分布式水质COD在线、实时监测系统,既能实现水质在线监控的流域全覆盖,又能满足我国行业主管部门对水质联防联控的迫切需求。为此,本学位论文以四川省科技支撑计划项目(编号:2012SZ0111)和重庆市研究生科研应用型科研创新项目(编号:CYS14039)为依托,在充分调研国内外研究现状的基础上,遵循微型化、智能化、自动化的仪器设计要求,针对水质COD实时、在线监测的现实需要,提出了一种无线传感网络与紫外-可见光谱法相融合的分布式水质COD在线监测系统,以此实现对水质COD参数的实时、在线监测。本学位论文主要开展了如下研究工作:(1)研制了基于UV-VIS的现场水质监测装置硬件系统。根据监测装置的功能与需求分析,遵循模块化的设计原则,选用海洋光学的PX-2型脉冲氙灯光源、USB2000+工业级光纤光谱仪和爱万提斯的浸入式光谱探头作为水质信息的光谱采集系统;结合低功耗、高性能的嵌入式ARM?CortexTM-A7双核处理器,采用双通道设计的两级放大电路来扩大通信距离,开发设计了功耗低、体积小、传输远、响应速度快的水质监测终端样机。(2)研究了基于压缩感知的水质监测光谱数据压缩与恢复算法。针对水质COD紫外-可见吸收光谱数据量大、存在冗余,传输过程中有可能发生丢包等问题,采用小波变换与压缩感知相结合的方法,既能在大幅降低数据传输量时有效保留光谱特征,又具有良好的鲁棒性,在一定丢包率下(丢包率<25),仍能够高质量重构出原始光谱。(3)实现了无线传感网络的组建与维护,并设计了数据通信协议和分布式数据库。针对无线传感网络中设备的管理,采用监测装置的自组网和心跳机制,网络具有良好的灵活性和拓展性,可实时掌握网络中设备的运行状况。基于网络中数据的传输特点,根据分层设计的思想,从工程应用的角度,阐述了数据链路层、传输层和网络层的设计与实现,增强了网络的健壮性,确保数据高效可靠地传输。利用分布式数据库的设计原理,不仅解决了水质监测系统中数据的存放问题,而且还可通过数据库对丢失数据进行恢复。最后,测试了水质COD监测装置样机的性能和水质监测系统的各项功能,验证了该水质监测装置具有良好的实际应用性能,且水质在线监测系统能够满足在线、实时监测的需求。