[發明專利]基于支持向量機和樹葉磁學的大氣重金屬污染評估方法

在審

• 申請號: 201711380579.9
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108169316A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 錢新;許悅;李慧明;冷湘梓;王金花;劉雪梅
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N27/62
• 分類號: G01N27/62;G01N21/73;G01R33/12;G06F17/18
• 代理公司: 北京棧橋知識產權代理事務所(普通合伙) 11670
• 代理人: 劉亞娟

1.一種基于支持向量機和樹葉磁學的大氣重金屬污染評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1:大氣顆粒物樣品采集

使用中流量采樣裝置收集大氣顆粒物PM_2.5，采樣介質使用高純石英膜，采樣前后濾膜均恒溫恒濕48h并稱重，所述恒溫恒濕條件為溫度20-25℃，濕度40-50％；按一定條件進行采樣；

S2:樹葉樣品采集

在距離大氣顆粒物采樣點1km范圍內調查常青灌木或喬木分布情況，以1-3種樹木作為研究對象，采集葉片，每4天進行一次與顆粒物的同步采樣，采樣時佩戴一次性手套，避免其他物品直接接觸樹葉樣品，與大氣顆粒物同步采樣，周期為1年；樣品放入自封袋帶回實驗室放入冰箱冷藏室保存，以備測試；

S3:大氣顆粒物重金屬提取及分析

將大氣顆粒物采樣膜用陶瓷剪刀剪下1/2，并剪成條狀碎片，置于消解管中，加入HF、HNO₃和HCl進行提取；測試消解液中微量元素和測定消解液中大量金屬元素；取等面積空白濾膜，按樣品處理方法制成空白溶液并檢測元素濃度；

S4:樹葉樣品磁學參數測試

將樹葉樣品放入烘箱烘干，烘干后剪碎，稱取2g樣品用保鮮膜包裹放在圓柱狀聚乙烯樣品盒中，壓實待測；測量樣品的體積磁化率κ，經密度校正得到樣品的質量磁化率χ；進行退磁后，測量樣品的非磁滯剩磁ARM，并計算出無磁滯磁化率χ_ARM；對樣品進行脈沖磁化后，測試樣品的等溫剩磁作為飽和等溫剩磁SIRM；

S5:支持向量機磁學模型構建

分別以“氣象因子+污染物+樹葉磁學參數”，以及“樹葉磁學參數”作為輸入參數，所述氣象因子包括：溫度、相對濕度、氣壓和風速；所述污染物包括：PM_2.5、SO₂、NO₂和O₃濃度；所述磁學參數包括：樹葉的χ、χ_ARM和SIRM；以PM_2.5中重金屬濃度作為輸出層，建立大氣顆粒物重金屬污染磁學評估模型；

S6:模型誤差評估

使用相關系數，平均絕對誤差和均方根誤差來評價模型性能及預測效果；相關系數用于反映變量之間的相關關系密切程度，用于測量模型的擬合性能；平均絕對誤差是所有單個模擬值與實測值偏差絕對值的平均值，用于評估模型的預測效果；均方根誤差是誤差平方和的平均值的平方根，用于判定該模型的可靠性，其計算公式分別如下：

S7:模型實際應用

實際應用中，模型訓練完畢后，可針對任意區域任意時間段，采集不同位置用于建模的樹種的葉片并分析其磁學參數，然后將“樹葉磁學參數”或者“氣象因子+污染物+樹葉磁學參數”作為輸入因子，用上述已訓練好的模型預測該區域、該時段該位置對應大氣顆粒物重金屬的濃度，進而獲得重金屬濃度的時空分布情況。

2.根據權利要求1所述的一種基于支持向量機和樹葉磁學的大氣重金屬污染評估方法，其特征在于，所述S1中，采樣方法具體為：按季節采樣，每次采樣持續4天，每天固定采集8-12小時，每個樣品共采集32-48個小時，避免大風和雨雪等極端天氣，采樣為期1年。

3.根據權利要求1所述的一種基于支持向量機和樹葉磁學的大氣重金屬污染評估方法，其特征在于，所述S3中，測試消解液中微量元素有As、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Sb、Ti、TI和V；測定消解液中大量金屬元素有Al、Fe和Zn。

4.根據權利要求1所述的一種基于支持向量機和樹葉磁學的大氣重金屬污染評估方法，其特征在于，所述S3中，測試消解液中微量元素有十二種，所述微量元素分別是As、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Sb、Ti、TI和V。

5.根據權利要求1所述的一種基于支持向量機和樹葉磁學的大氣重金屬污染評估方法，其特征在于，所述S4中，使用陶瓷剪刀進行剪碎。

6.根據權利要求1所述的一種基于支持向量機和樹葉磁學的大氣重金屬污染評估方法，其特征在于，所述S4中，脈沖磁化的磁場強度為1000mT。